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        牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤抗傾翻能力試驗(yàn)研究

        2021-10-16 09:37:34宋新華文春景
        山東交通科技 2021年4期

        宋新華,文春景

        (山東省交通科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250031)

        引言

        由于牽引桿掛車的制造成本低、列車運(yùn)行燃油經(jīng)濟(jì)性好,得到了市場的認(rèn)可。牽引桿掛車的關(guān)鍵是牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤,在掛車中起著承載徑向載荷和水平推力的作用,決定汽車列車的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。二十世紀(jì)七十至九十年代,我國機(jī)械加工能力和水平處于起步階段,轉(zhuǎn)盤的制作加工處于很低的水平。由于轉(zhuǎn)盤的技術(shù)水平低,造成了列車在轉(zhuǎn)彎運(yùn)行或者緊急制動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)盤發(fā)生破壞,上下轉(zhuǎn)盤脫開造成掛車側(cè)翻或者導(dǎo)致安全事故;由于轉(zhuǎn)盤的上下轉(zhuǎn)盤軸向和徑向間隙過大,造成掛車后軸擺動(dòng)量過大,影響其他車輛正常行駛。隨著高速公路運(yùn)輸?shù)钠占埃珤燔嚨陌踩院头€(wěn)定性帶來了高速行駛的安全隱患,被相關(guān)部門禁止行駛,從而造成全掛汽車列車的市場萎縮,影響了全掛車列車的發(fā)展。

        1 牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤傾覆因素分析

        牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤是一種適用于汽車、拖拉機(jī)運(yùn)用的全掛車轉(zhuǎn)盤,該轉(zhuǎn)盤的上、下法蘭盤之間設(shè)有含滾珠的環(huán)形滾道。轉(zhuǎn)盤通過滾珠支撐,具有轉(zhuǎn)向和承受力的作用。滾珠既承受來自掛車重量的垂直力,也承受來自牽引和制動(dòng)的水平力。由于滾珠與環(huán)形滾道之間具有間隙,造成列車運(yùn)行過程中的左右擺動(dòng);在遇到緊急情況下列車側(cè)翻時(shí),造成轉(zhuǎn)盤傾覆,從而上下法蘭盤脫開。這兩種情況給列車運(yùn)行安全帶來了極大的安全隱患。

        1.1 轉(zhuǎn)盤軸向和徑向間隙過大造成轉(zhuǎn)盤傾覆

        作為轉(zhuǎn)盤使用的支承軸承,由于采用了軸承的相關(guān)規(guī)范,嚴(yán)格控制了軸向和徑向間隙,具有很高的抗傾覆能力。而牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤,沒有參照軸承的要求,其相關(guān)的軸向徑向間隙和受力等都存在一定的缺陷,加之制作技術(shù)落后,為了讓轉(zhuǎn)盤在額定工作載荷下能靈活運(yùn)轉(zhuǎn),生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤軸向和徑向間隙普遍大于1.5 mm。

        1.2 牽引桿轉(zhuǎn)盤的球墨鑄鐵滾道沒熱處理

        牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤大多是球墨鑄鐵制造的,內(nèi)滾道不進(jìn)行熱處理,造成過度磨損。磨損后的轉(zhuǎn)盤間隙進(jìn)一步加大,增大了傾翻的發(fā)生。檢測發(fā)現(xiàn),磨損后的轉(zhuǎn)盤,其軸向和徑向間隙在2 ~2.5 mm 之間。

        2 新型牽引桿轉(zhuǎn)盤抗傾翻試驗(yàn)

        針對牽引桿轉(zhuǎn)盤易傾翻問題,通過大量的現(xiàn)場考察調(diào)研發(fā)現(xiàn),大量的轉(zhuǎn)盤傾覆造成上下轉(zhuǎn)盤脫開的原因是軸向和徑向間隙過大。參考《回轉(zhuǎn)支承》(JB/T2300—2011)的技術(shù)要求,試制了牽引桿轉(zhuǎn)盤[1]。分別是單排四點(diǎn)角接觸球式轉(zhuǎn)盤、雙排同徑四點(diǎn)角接觸球式轉(zhuǎn)盤、雙排異徑球式轉(zhuǎn)盤。軸向間隙控制在0.25 mm 內(nèi),徑向間隙控制在0.35 mm 內(nèi),對滾道進(jìn)行了熱處理,硬度達(dá)到了55 HRC,有效硬度達(dá)到48 HRC 以上的層深度>3.0 mm?;剞D(zhuǎn)支承可以同時(shí)承受較大的軸向、徑向負(fù)荷和傾覆力矩,按照要求制作的轉(zhuǎn)盤應(yīng)具有相同的功能。試制的轉(zhuǎn)盤檢測數(shù)據(jù)見表1。

        表1 牽引桿轉(zhuǎn)盤技術(shù)數(shù)據(jù)測量結(jié)果/mm

        2.1 傾覆力矩試驗(yàn)

        傾覆力矩是回轉(zhuǎn)支承的重要技術(shù)指標(biāo)。作為牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤,因制作材料多為球墨鑄鐵,與軸承鋼制作的回轉(zhuǎn)支承相比,其剛度和屈服強(qiáng)度是有差別的。為驗(yàn)證材料不同而造成的抗傾翻能力的不同,制作了傾覆力矩試驗(yàn)裝置,對牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤的傾覆力矩進(jìn)行試驗(yàn)。

        2.2 傾覆力矩試驗(yàn)測試原理

        傾覆力矩試驗(yàn)采用錨桿拉拔儀作為加力和測力合一的測量儀器,上支架為加力裝置,下支架為固定裝置,上下支架與轉(zhuǎn)盤之間通過安裝孔用相應(yīng)的螺栓進(jìn)行緊固連接,拉拔儀安裝在上下支架延伸處,以便施加一定的力,產(chǎn)生傾覆力矩。原理見圖1。

        圖1 傾覆力矩試驗(yàn)原理

        2.3 傾覆力矩試驗(yàn)

        試驗(yàn)選用雙排異徑球式轉(zhuǎn)盤,在所有型式的轉(zhuǎn)盤中,雙排異徑球式理論上抗傾覆能力最差。因?yàn)樵陔p排異徑球中,其中一排異徑球承受壓力,不能承受抗傾覆力矩。采用的加力點(diǎn)與轉(zhuǎn)盤中心距離為1 200 mm,拉拔儀的最大施加力為200 kN,見圖2。

        圖2 傾覆力矩試驗(yàn)

        2.4 試驗(yàn)結(jié)果

        采用破壞性試驗(yàn),獲得了最大傾覆力矩,最終有一個(gè)螺栓被拉開。試驗(yàn)結(jié)果見表2,被破壞的轉(zhuǎn)盤見圖3。

        表2 牽引桿掛車轉(zhuǎn)盤傾覆力矩試驗(yàn)結(jié)果

        圖3 最大傾覆力矩試驗(yàn)受損轉(zhuǎn)盤

        3 結(jié)語

        為了驗(yàn)證牽引桿轉(zhuǎn)盤掛車在發(fā)生事故時(shí),轉(zhuǎn)盤的上下盤被脫開的原因,進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來看,嚴(yán)格按照《支承軸承》(JB/T2300—2011)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的牽引桿轉(zhuǎn)盤,抗傾覆力矩能力非常強(qiáng)大,最終螺栓被拉開,法蘭部分稍見變形損壞,但轉(zhuǎn)盤的上下盤沒有脫開,可見過去生產(chǎn)的轉(zhuǎn)盤,沒有安裝軸承的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造,所制造的轉(zhuǎn)盤不具備抗傾覆能力。

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