熊學(xué)木

(中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司武漢大功率機(jī)車檢修段，湖北 武漢 430000)

0 引言

齒輪空心軸裝置是HXD1D型電力機(jī)車驅(qū)動裝置檢修過程中的重要部件之一，起著支撐大齒輪、連接牽引電機(jī)和六連桿驅(qū)動裝置的作用[1]。齒輪空心軸裝置在檢修過程均進(jìn)行翻轉(zhuǎn)作業(yè)，目前現(xiàn)場使用天車吊裝方式落地進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，會造成空心軸及部件的損傷而影響質(zhì)量，且在翻轉(zhuǎn)過程使用特種設(shè)備存在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)和研究一種自動化的齒輪空心軸裝置翻轉(zhuǎn)設(shè)備，對提升齒輪空心軸裝置檢修過程中的質(zhì)量和人身安全具有十分重要的意義。文獻(xiàn)[2-4]研究了多種翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和設(shè)備的設(shè)計(jì)方案及研究思路，本文借鑒設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)和研究出了齒輪空心軸裝置翻邊機(jī)。

1 齒輪空心軸裝置翻邊機(jī)的設(shè)計(jì)

HXD1D型電力機(jī)車齒輪空心軸裝置由空心軸套、軸承座、傳動軸承、連桿一、連桿二、傳動盤、六連桿、大齒圈等部件組成。齒輪空心軸結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 齒輪空心軸結(jié)構(gòu)圖

齒輪空心軸裝置合裝前，將組裝合格的齒輪轂及軸承座整體用天車吊入空心軸套，與左側(cè)六連桿裝置組裝(見圖1)，再將右側(cè)傳動盤和六連桿裝置組裝。齒輪空心軸裝置組裝完成后，要右側(cè)朝下與副輪進(jìn)行組裝。在左側(cè)朝下的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)180°才能右側(cè)朝下，用天車落地進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)會造成配件的損傷，天車操作過程存在較大的人身安全風(fēng)險(xiǎn)。而本文設(shè)計(jì)的齒輪空心軸裝置翻邊機(jī)，能大大提高現(xiàn)場作業(yè)效率，并有效控制現(xiàn)場安全。該翻轉(zhuǎn)設(shè)備包括2個(gè)相對間隔設(shè)置的翻轉(zhuǎn)裝置。每個(gè)翻轉(zhuǎn)裝置由機(jī)架、升降組件和翻轉(zhuǎn)夾具構(gòu)成。升降組件包括升降架和升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)，升降架可豎直滑動地安裝于機(jī)架上，翻轉(zhuǎn)夾具可轉(zhuǎn)動地安裝于升降架上，翻轉(zhuǎn)夾具用于夾持待翻轉(zhuǎn)的帶齒輪空心軸裝置。齒輪空心軸的翻轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 齒輪空心軸的翻轉(zhuǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

1.1 翻轉(zhuǎn)裝置的基座、機(jī)架和立柱的設(shè)計(jì)

基座的底部安裝用若干調(diào)平螺栓固定，調(diào)平螺栓的螺紋連接基座和地面，通過調(diào)節(jié)調(diào)平螺栓的高度，可有效實(shí)現(xiàn)基座的調(diào)平，保證了機(jī)架整體的位置穩(wěn)定性。機(jī)架和2個(gè)立柱安裝在機(jī)座上。翻轉(zhuǎn)裝置各重要組件的示意圖如圖3所示。

1.2 升降架的設(shè)計(jì)

升降架由架體、導(dǎo)向輪和限位輪組成，導(dǎo)向輪和限位輪均可轉(zhuǎn)動地安裝于架體上，導(dǎo)向輪與導(dǎo)向滑軌滾動配合設(shè)置，限位輪設(shè)置于限位槽中，為保證限位效果，限位輪設(shè)計(jì)為2組，分別安裝于架體的上下部，限位輪在對應(yīng)的限位槽內(nèi)滑動，導(dǎo)向輪與導(dǎo)向滑軌的外側(cè)抵接滑動，以保證升降架順暢升降。

圖3 翻轉(zhuǎn)裝置的示意圖

1.3 翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括鏈輪提升電機(jī)、鏈輪、鏈條和鏈條掛。鏈輪提升電機(jī)安裝于立柱的上端，鏈輪驅(qū)動連接于鏈輪提升電機(jī)的輸出端，鏈條的一端通過鏈條掛與升降架相連，鏈條的另一端配合連接于鏈輪。為了有效拉直鏈條，防止鏈條彎折，保證鏈條的使用壽命，升降驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了若干靠輪和張緊錘，鏈條靠近鏈輪的一端繞過鏈輪與張緊錘相連，若干靠輪緊靠鏈條安裝，確保拉直鏈條。

1.4 翻轉(zhuǎn)夾具的設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)夾具包括轉(zhuǎn)輪、安裝座、翻板、壓板和限位件。轉(zhuǎn)輪可轉(zhuǎn)動地安裝于升降架的一側(cè)，轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動軸線水平設(shè)置，2個(gè)翻轉(zhuǎn)夾具對應(yīng)的轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動軸線理論上應(yīng)保持共線。安裝座安裝于轉(zhuǎn)輪遠(yuǎn)離升降架的一側(cè)，安裝座設(shè)計(jì)了翻板和壓板安裝基體，翻板和壓板可分別轉(zhuǎn)動地安裝于安裝座的兩端，翻板的轉(zhuǎn)動軸線和壓板的轉(zhuǎn)動軸線平行設(shè)置，當(dāng)翻板和壓板繞其自身軸線轉(zhuǎn)動時(shí)，翻板和壓板之間的夾角發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了夾持待翻轉(zhuǎn)的帶齒輪空心軸裝置翻轉(zhuǎn)功能。

1.5 翻板、壓板的設(shè)計(jì)

由于帶齒輪空心軸裝置的齒輪的一側(cè)端面具有安裝槽，因而壓板靠近翻板的一側(cè)設(shè)計(jì)成有限位弧形條，限位弧形條用于與帶齒輪空心軸裝置的齒輪的側(cè)面安裝槽限位固定，因而翻板和壓板共同形成夾持部，其中限位件可拆卸地安裝于夾持部以使夾持部分別具有一個(gè)使用狀態(tài)和一個(gè)空閑狀態(tài)。

當(dāng)夾持部處于使用狀態(tài)時(shí)，翻板和壓板相互靠近，限位件的兩端分別與翻板和壓板連接，以限制翻板和壓板的轉(zhuǎn)動。當(dāng)處于空閑狀態(tài)時(shí)，限位件的兩端分別與翻板和壓板斷開連接，翻板和壓板可自由轉(zhuǎn)動。翻板和壓板相對應(yīng)的位置分別形成有固定孔，安裝限位件時(shí)，限位件放置于翻板和壓板之間，限位件的兩端通過螺絲和螺母連接固定，螺母和對應(yīng)翻板和壓板之間安裝有U形墊圈。另外，可在翻板的邊緣安裝登山扣，在轉(zhuǎn)輪對應(yīng)的邊緣安裝勾環(huán)，當(dāng)夾持部處于空閑狀態(tài)時(shí)，采用登山扣和勾環(huán)連接，以保證翻板位置穩(wěn)定。升降架、翻轉(zhuǎn)夾具和翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 升降架、翻轉(zhuǎn)夾具和翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)示意圖

1.6 翻轉(zhuǎn)限位的設(shè)計(jì)

該限位驅(qū)動件為一帶鎖止位置的連桿機(jī)構(gòu)，通過連桿運(yùn)動，其與限位銷連接實(shí)現(xiàn)驅(qū)動限位銷的伸出和收縮，并使限位銷在伸出和收縮時(shí)能鎖定，防止其發(fā)生位移；限位驅(qū)動件設(shè)計(jì)為伸縮氣缸，該伸縮氣缸的驅(qū)動軸與限位銷連接。

限位組件可限制對應(yīng)升降架上的翻轉(zhuǎn)夾具轉(zhuǎn)動，翻轉(zhuǎn)限位組件包括限位安裝座、限位銷和限位驅(qū)動件。限位安裝座固定安裝于對應(yīng)的升降架且其上形成有通孔，限位銷可活動地穿過通孔，轉(zhuǎn)輪靠近升降架的一側(cè)相對的兩端均形成有限位孔，限位驅(qū)動件驅(qū)動連接于限位銷，限位銷穿過通孔與限位孔配合進(jìn)行限位。翻轉(zhuǎn)限位組件的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 翻轉(zhuǎn)限位組件的結(jié)構(gòu)圖

1.7 翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動翻轉(zhuǎn)夾具為主動端，另一相對的翻轉(zhuǎn)夾具為從動端。翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動電機(jī)、主動齒輪、回轉(zhuǎn)支承和從動齒輪。驅(qū)動電機(jī)為帶自鎖機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)固定安裝于對應(yīng)的升降架，主動齒輪驅(qū)動連接于驅(qū)動電機(jī)的輸出軸，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈固定安裝于升降架的一側(cè)。作為一種優(yōu)選的實(shí)施案例，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈固定安裝于升降架的一側(cè)，可采用在架體的側(cè)面固定連接一環(huán)形圈，回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)圈固定套設(shè)在該環(huán)形圈上；從動齒輪與回轉(zhuǎn)支承的外圈固定安裝，并與主動齒輪嚙合傳動，轉(zhuǎn)輪固定連接于回轉(zhuǎn)支承的外圈，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)的輸出軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就能帶動主動齒輪轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動從動齒輪和轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)帶齒輪空心軸裝置的翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖

2 齒輪空心軸裝置翻邊機(jī)的應(yīng)用

首先，通過天車將帶齒輪空心軸裝置吊運(yùn)至翻邊機(jī)上，將帶齒輪空心軸裝置的齒輪兩側(cè)分別放置到兩側(cè)的壓板上，并且保證短軸段位于長軸段的下方，使壓板上的弧形限位條與帶齒輪空心軸裝置的齒輪側(cè)面上的安裝槽限位固定，然后打開登山扣，將限位件安裝到夾持部上，確保夾持部對齒輪的夾持穩(wěn)固，然后撤回限位銷，解鎖轉(zhuǎn)輪，啟動驅(qū)動電機(jī)，使轉(zhuǎn)輪緩慢旋轉(zhuǎn)90°，此時(shí)帶齒輪空心軸裝置的軸線水平，然后啟動鏈輪提升電機(jī)，將安裝有帶齒輪空心軸的升降架提升一定高度后，驅(qū)動電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)而完成帶齒輪空心軸裝置的翻轉(zhuǎn)。齒輪空心軸裝置翻轉(zhuǎn)示意圖如圖7所示。

圖7 齒輪空心軸裝置翻轉(zhuǎn)示意圖

2021年1月—12月，用該翻邊機(jī)對72個(gè)帶齒輪空心軸裝置進(jìn)行翻邊，翻轉(zhuǎn)1個(gè)帶齒輪空心軸裝置只需要2 min，與用天車對齒輪空心軸裝置進(jìn)行翻轉(zhuǎn)需要5 min比較，該翻轉(zhuǎn)機(jī)的使用節(jié)約了3 min。用天車在地面翻轉(zhuǎn)會造成配件的磕傷，影響空心軸裝置的檢修質(zhì)量，且對天車操作技能要求較高，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，而該翻邊機(jī)在使用中，72個(gè)空心軸裝置均未造成磕傷，翻轉(zhuǎn)過程安全系數(shù)較高。齒輪空心軸裝置翻邊機(jī)的實(shí)物圖如圖8所示。

圖8 齒輪空心軸裝置翻邊機(jī)

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的齒輪空心軸翻邊設(shè)備較之現(xiàn)有的翻轉(zhuǎn)方式，由于可采用驅(qū)動電機(jī)和鏈輪提升電機(jī)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動和提升，節(jié)省了人力，有效提高了作業(yè)效率。另外，帶齒輪空心軸裝置的齒輪兩側(cè)被翻轉(zhuǎn)夾具夾持，帶齒輪空心軸裝置不會向機(jī)架一側(cè)傾倒，只需要對上料間隔對應(yīng)的前后方向做好防護(hù)即可，因而減少了占地面積，無需大面積的安全防護(hù)區(qū)，也減少了帶齒輪空心軸裝置翻轉(zhuǎn)的安全隱患，同時(shí)提高了翻轉(zhuǎn)過程的檢修質(zhì)量。齒輪空心軸裝置經(jīng)現(xiàn)場使用后，取得預(yù)期的良好效果，該設(shè)備具有重要的推廣價(jià)值。