尹小平 晏紅衛(wèi) 蔣瑞秋 楊 明

(株洲時代新材料科技股份有限公司，湖南株洲 412000)

0 引言

球型鋼支座是一種連接橋梁梁體與橋墩、在橋梁及建筑工程領(lǐng)域上廣泛應(yīng)用的支座，具有承載豎向力、水平力，同時在橋梁梁體相對橋墩運動時提供滑移、轉(zhuǎn)動的功能。球型鋼支座主要由上支座板、球冠襯板、平面及球面耐磨板、不銹鋼板、下支座板等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 球型鋼支座結(jié)構(gòu)示意圖

球型鋼支座的轉(zhuǎn)動功能是由球冠襯板與球面耐磨板組成的轉(zhuǎn)動副實現(xiàn)的，球面耐磨板鑲嵌在下支座板的球形凹槽內(nèi)，對于球面耐磨板與下支座板凹槽之間的間隙，球型支座技術(shù)條件TB/T 17955規(guī)定見表1。

表1 球面耐磨板與凹槽之間的組裝間隙 mm

球面耐磨板采用聚四氟乙烯(PTFE)或超高分子量聚乙烯(UHMWPE，Ultra-high Molecular Weight Polyethylene)壓制成型，這兩種材料都具有摩擦系數(shù)小、自潤滑的特性，但硬度、強度較大，對于標準中的配合間隙要求而言，成型及裝配的難度大。

隨著球型鋼支座不斷推廣，尤其是近年來在鐵路簡支梁上的大批量應(yīng)用，球面耐磨板成型、組裝工藝亟待提高。本文結(jié)合生產(chǎn)實踐，探索出了一種操作簡單、流程少、安全性高、裝配效率高、裝配合格率高、成本低廉的成型及組裝工藝方法。

1 現(xiàn)有工藝方案分析

目前采用的球面耐磨板成型、組裝方案及優(yōu)缺點如表2所示。

表2 現(xiàn)有球面耐磨板成型、組裝方案及優(yōu)缺點

對比四種方案，雖然方案三、四增加了工裝生產(chǎn)成本，但是生產(chǎn)效率、合格率較高，因此被普遍采用。進一步對比方案三與方案四，如圖2所示。

圖2 方案三與方案四示意圖

方案三與方案四的不同之處在于:壓裝時球面耐磨板的放置方向。從圖2a)中看出，下支座板耐磨板嵌槽上部尺寸φA較下部尺寸φB略小，采用方案三壓裝時，會造成球面耐磨板邊緣破損，影響耐磨板性能;方案四可以克服方案三的缺點，但是由于球面耐磨板頂部為球型，壓裝時接觸面極窄，因此存在安全隱患。

2 方案設(shè)計

根據(jù)上文對現(xiàn)有各工藝方案的優(yōu)缺點分析可以得出，方案三、四在生產(chǎn)效率方面具有更大的優(yōu)勢，因此可以確定新工藝方案沿用兩者的思路，并進行改進。

方案三較方案四具有更高的安全性，其原因是壓裝時球面耐磨板凹面朝上，與球冠襯板接觸面積大，穩(wěn)定性好，因此初步設(shè)想在方案四的基礎(chǔ)上，增大壓裝時的接觸面積以增加穩(wěn)定性。

初步設(shè)計方案如圖3所示:首先，在一定的溫度和壓力下，利用工裝將平面耐磨板成型為圖3a)所示形狀，即“M”型;然后如圖3b)所示將耐磨板壓裝如下支座板嵌槽內(nèi)。

圖3 球型耐磨板成型及裝配初步方案

由圖3可知，該方案沿用了工藝方案四中的壓裝方式，但將耐磨板初步成型為球型改為“M”型，增加了壓裝時球冠襯板與耐磨板的接觸面積，不僅保留了方案四的優(yōu)點，更增加了操作安全系數(shù)，具有較高的可行性。

3 工藝方案實施

本方案具體工藝實施過程:首先采用如圖4所示“M”型耐磨板成型工裝成型，完成后按圖3b)所示反扣于下支座板嵌槽，并涂抹硅油脂，然后將球冠襯板置于耐磨板凹球面內(nèi)，再使用壓力機將耐磨板壓入下支座板嵌槽內(nèi)，完成組裝。

圖4 “M”型耐磨板成型工裝

與現(xiàn)有方案相比，新工藝方案將壓裝前的耐磨板由球型改為“M”型，壓裝工藝未作改變，因此“M”型耐磨板的外形尺寸是否合理關(guān)系到本工藝方案能否順利實施以及實施效果，下面以5 500 kN球型鋼支座用球面耐磨板為例，進行工藝探索。圖5為5 500 kN球型鋼支座用球面耐磨板。

圖5 5 500 kN球型鋼支座用球面耐磨板

當采用工裝壓制“M”型耐磨板時，對此后壓裝效果影響較大的尺寸為圖4中的SR1及SR2，其中SR1影響壓裝后耐磨板與嵌槽的間隙，SR2影響組裝時的安全性。SR2影響相對較小，且僅需滿足壓裝時，球冠襯板可以穩(wěn)定放置于耐磨板上即可，因此首先可定SR2=120 mm。

根據(jù)方案四中采用的工裝尺寸，暫定SR1=255.5 mm研究得出，在此尺寸組合的情況下，壓裝后球面耐磨板回彈尺寸如表3所示。

表3 SR1=255.5 mm時，球面耐磨板回彈尺寸 mm

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可計算得出表4。

表4 計算結(jié)果 mm

計算三種曲率:

根據(jù)經(jīng)驗公式定義回彈前后的曲率比為回彈比η，即:

則工裝的修正曲率δx應(yīng)該滿足:

因此修正后的工裝球徑:SR1=1/δx=1/0.003 1=322.5。

根據(jù)修正球徑改進工裝，并進行驗證，結(jié)果如表5所示。

表5 修正后驗證結(jié)果 mm

根據(jù)表5數(shù)據(jù)計算球面耐磨板平均回彈球徑SR1=628 mm＜SR=636 mm，基本滿足尺寸要求，本工藝方案驗證可行。

4 結(jié)語

本文提出的球型鋼支座球面耐磨板成型及組裝工藝方法，在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了突破，提高生產(chǎn)效率的同時，降低了生產(chǎn)成本，使得球型鋼支座的批量生產(chǎn)成為現(xiàn)實。

［1］ 莊軍生.橋梁支座［M］.第2版.北京:中國鐵道出版社，2000.