梁俊峰

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江 齊齊哈爾 161002)

0 概述

車鉤是連接鐵路貨車傳遞縱向力的關(guān)鍵部件(見圖1)[1]，車鉤理論承載時(shí)，鉤體上、下牽引臺(tái)工作面應(yīng)分別與鉤舌上、下牽引臺(tái)工作面完全同時(shí)貼靠，如圖2所示。故牽引臺(tái)是車鉤傳遞牽引力的主要承載部位，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到車鉤的壽命及貨運(yùn)運(yùn)輸?shù)陌踩Ｄ壳?，各車鉤制造廠均采用鑄造方式直接成型鉤體，鉤體內(nèi)部上、下牽引臺(tái)工作面的精度基本依靠鑄造手段來保證，造成實(shí)物鉤體上、下牽引臺(tái)工作面弧形中心的同軸度及該中心相較于鉤耳孔中心的偏心量均無法滿足要求, 必須依靠樣板進(jìn)行人工修磨，修磨主要采取工人手持角磨機(jī)對(duì)牽引臺(tái)工作圓弧錐面進(jìn)行加工打磨，然而打磨位置位于鉤腔內(nèi)部，且打磨面朝鉤腔內(nèi)側(cè)，操作時(shí)看不見，加之鉤腔內(nèi)部空間有限，工人進(jìn)行加工打磨時(shí)完全憑借經(jīng)驗(yàn)操作，其加工精度和質(zhì)量都難以保證，致使車鉤實(shí)際連掛牽引時(shí)，鉤體與鉤舌上、下牽引臺(tái)工作面不能完全同時(shí)貼靠，產(chǎn)生偏載偏磨現(xiàn)象，惡化了車鉤受力狀態(tài)，易造成牽引臺(tái)及鉤耳裂損，影響行車安全。

圖1 鐵路貨車車鉤

圖2 車鉤牽引剖視圖

據(jù)了解為解決上述問題，某車輛段曾制作出一種鉤體牽引臺(tái)加工機(jī)床(見圖3)，用該機(jī)床加工鉤體牽引臺(tái)工作面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量合格率較低，事實(shí)證明失敗。究其原因，用機(jī)床加工的方案設(shè)計(jì)原理及加工方法理論上是可行的，但由于機(jī)床動(dòng)力頭組件結(jié)構(gòu)尺寸偏大且牽引臺(tái)工作面理論弧形中心又位于鉤體鉤耳孔內(nèi)部，致使機(jī)床動(dòng)力頭很難通過對(duì)刀方式對(duì)鉤體牽引臺(tái)工作弧面中心進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并且牽引臺(tái)該圓弧錐面位于鉤腔內(nèi)部，其空間狹小，加工刀具進(jìn)出不便，因而采用加工機(jī)床加工該工作面的方案不可行。

圖3 某車輛段制作的機(jī)床加工牽引臺(tái)工作面方案圖

綜上所述，研制一種適合的鐵路貨車車鉤鉤體牽引臺(tái)打磨專機(jī)非常重要和急迫。

1 總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)

鑒于某車輛段加工機(jī)床失敗的案例，此次研究的方案為：不采取鉤體放置在加工設(shè)備上固定后再對(duì)其進(jìn)行加工的方式，而是讓該加工專機(jī)能夠安裝定位在鉤體牽引臺(tái)的某個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)上，然后再以這個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為專機(jī)的加工零基點(diǎn)，通過進(jìn)給實(shí)現(xiàn)對(duì)鉤體牽引臺(tái)工作面的打磨加工。由圖4所示的鉤體圖紙分析可知，上面提及的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)應(yīng)為牽引臺(tái)工作弧面中心，因該弧面中心位于鉤耳孔內(nèi)部偏心位置處，故通過借助定位長圓形鉤耳孔而使該專機(jī)定位到鉤體牽引臺(tái)工作弧面中心成為可能。研制一種身材小巧、動(dòng)力強(qiáng)勁的車鉤鉤體牽引臺(tái)打磨專機(jī)，通過借助鉤體上、下鉤耳孔將本專機(jī)定位于鉤體上，采用的專用仿形旋轉(zhuǎn)磨頭隨專機(jī)沿牽引臺(tái)工作弧面徑向、軸向及周向方向的精確進(jìn)給下，完成對(duì)鉤體內(nèi)腔不可見牽引臺(tái)工作面的打磨修整。該加工方案可有效保證加工后鉤體上、下牽引臺(tái)工作面弧形中心的同軸度及該中心相較于鉤耳孔中心的偏心量，從根本上解決鉤體與鉤舌承載時(shí)上、下牽引臺(tái)面偏載偏磨的現(xiàn)象。

圖4 某型車鉤鉤體牽引臺(tái)部分結(jié)構(gòu)圖

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖5、圖6所示，打磨專機(jī)主要由定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)和動(dòng)力組成兩部分構(gòu)成。定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)借助鉤體鉤耳孔定位在構(gòu)體上，為動(dòng)力組成的打磨加工提供加工零基點(diǎn)，同時(shí)也用于定位、夾緊動(dòng)力組成并對(duì)動(dòng)力組成的加工位置進(jìn)行精確控制；動(dòng)力組成安裝固定在定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，可隨該機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)，用于對(duì)鉤體牽引臺(tái)工作圓弧錐面進(jìn)行打磨加工。

圖5 車鉤鉤體牽引臺(tái)打磨專機(jī)三維結(jié)構(gòu)圖

圖6 車鉤鉤體牽引臺(tái)打磨專機(jī)二維結(jié)構(gòu)剖視圖

3 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)

定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由耳孔偏心定位進(jìn)給組成和動(dòng)力夾持進(jìn)給組成兩部分構(gòu)成(見圖7)。兩耳孔偏心定位進(jìn)給組成分別穿設(shè)于鉤體上、下鉤耳孔內(nèi)，并均借助長圓形鉤耳孔面偏心的安裝定位在鉤體上、下鉤耳孔上，從而一方面使兩耳孔偏心定位進(jìn)給組成的軸線同軸，另一方面也使該同軸的軸線與待加工牽引臺(tái)工作弧面設(shè)計(jì)中心重合，為后續(xù)動(dòng)力組成的打磨加工提供了必要的加工零基點(diǎn)，同時(shí)也能提供加工過程中的沿牽引臺(tái)工作弧面中心軸向方向的精確進(jìn)給；動(dòng)力夾持進(jìn)給組成球鉸接于兩耳孔偏心定位進(jìn)給組成伸出的各自主軸前端，并能夠繞兩主軸共同確定的軸線(即牽引臺(tái)工作弧面設(shè)計(jì)中心)旋轉(zhuǎn)，為后續(xù)動(dòng)力組成的牽引臺(tái)工作弧面周向打磨加工提供有效進(jìn)給，同時(shí)該夾持進(jìn)給組成在加工過程中也能提供沿牽引臺(tái)工作弧面徑向方向的精確進(jìn)給。

圖7 定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖

耳孔偏心定位進(jìn)給組成主要由主軸、偏心錐套基座、導(dǎo)向螺釘、微分筒和偏心錐套滑塊構(gòu)成(見圖8)。主軸穿入偏心錐套基座的軸孔內(nèi)，并通過導(dǎo)向螺釘限制兩者間的繞軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，確保主軸在偏心錐套基座內(nèi)部只能沿軸向移動(dòng)；微分筒通過雙向推力球軸承安裝在主軸末端，確保微分筒能繞主軸無間隙轉(zhuǎn)動(dòng)，并能將主軸承受的加工軸向力傳導(dǎo)至偏心錐套基座上；微分筒前端內(nèi)螺紋與偏心錐套基座的空心軸末端外螺紋形成精密螺紋副配合，依據(jù)螺紋放大原理，微分筒旋轉(zhuǎn)一周，主軸軸向前進(jìn)或后退一個(gè)螺距的距離，因此，沿主軸方向的微小加工進(jìn)給(精度0.1 mm)，就能通過控制微分筒的旋轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)；偏心錐套滑塊套入偏心錐套基座的空心軸前端，因在兩者局部部位均設(shè)有與鉤體長圓形鉤耳孔形狀互補(bǔ)的配合外定位面，該外定位面相較于兩者的軸線偏心布置，其偏心布置的位置與牽引臺(tái)工作弧面理論中心位于鉤耳孔內(nèi)部偏心位置相同，同時(shí)該外定位面還帶有一定導(dǎo)向斜度，所以在軸向鎖緊螺母的緊固下，隨著偏心錐套滑塊的軸向移動(dòng)，使得兩者的外定位面均能進(jìn)入鉤耳孔內(nèi)部仿形定位，從而為后續(xù)動(dòng)力組成的打磨加工提供了必要的定位承力圓心主軸，即加工零基點(diǎn)。

圖8 耳孔偏心定位進(jìn)給組成二、三維結(jié)構(gòu)圖

如圖9所示，動(dòng)力夾持進(jìn)給組成主要由空心主軸、擺動(dòng)基座、導(dǎo)向螺釘、微分筒、定位球套和彈性夾頭構(gòu)成?？招闹鬏S穿入擺動(dòng)基座的軸孔內(nèi)，并通過導(dǎo)向螺釘限制兩者間的繞軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；微分筒通過雙向推力球軸承安裝在空心主軸末端，其能夠?qū)⒖招闹鬏S承受的加工軸向力傳導(dǎo)至擺動(dòng)基座上，同時(shí)微分筒前端內(nèi)螺紋與擺動(dòng)基座空心軸末端外螺紋形成精密螺紋副連接，可實(shí)現(xiàn)加工過程中沿軸向的微小進(jìn)給(精度0.1 mm)；定位球套通過圓錐滾子軸承分別安裝在擺動(dòng)基座上、下安裝孔內(nèi)，其內(nèi)部自帶的內(nèi)球面能夠分別與上、下耳孔偏心定位進(jìn)給組成主軸前端外球面形成球面配合，同時(shí)兩定位球套同軸軸線與擺動(dòng)基座軸孔軸線又位于同一平面且相互垂直，從而確保動(dòng)力夾持進(jìn)給組成能夠繞上、下耳孔偏心定位進(jìn)給組成主軸共同軸線(即牽引臺(tái)工作弧面設(shè)計(jì)中心)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也能保證該夾持進(jìn)給組成提供的軸向進(jìn)給與牽引臺(tái)工作弧面設(shè)計(jì)中心嚴(yán)格垂直；彈性夾頭安裝在空心主軸前端軸孔內(nèi)，其自帶的外錐面與空心主軸前端相應(yīng)內(nèi)錐面導(dǎo)向配合，工作時(shí)，在軸向鎖緊螺母的緊固下，彈性夾頭沿導(dǎo)向錐面向空心主軸軸孔內(nèi)移動(dòng)，并迫使該夾頭前端的簧瓣產(chǎn)生徑向位移變形，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力組成直角拐彎器的定心夾持。

圖9 動(dòng)力夾持進(jìn)給組成二、三維結(jié)構(gòu)圖

3.2 動(dòng)力組成

動(dòng)力組成是打磨加工鉤體牽引臺(tái)工作面的主要部件，主要由馬達(dá)、軟軸、直角拐彎器和磨頭構(gòu)成(見圖10)，其中直角拐彎器和軟軸從一端穿設(shè)于動(dòng)力夾持進(jìn)給組成的空心主軸內(nèi)，通過該主軸前端的彈性夾頭對(duì)直角拐彎器進(jìn)行定心夾持，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)力組成在定位夾持進(jìn)給機(jī)構(gòu)上的安裝固定。動(dòng)力源選用動(dòng)力強(qiáng)勁、速度可調(diào)的便攜式馬達(dá)，該馬達(dá)體積和重量只有普通馬達(dá)的一半；軟軸為SU紋軸，可適應(yīng)高速連續(xù)工作場合，運(yùn)行安靜；直角拐彎器能將軟軸傳輸?shù)膭?dòng)力平穩(wěn)地轉(zhuǎn)向90°輸出，其內(nèi)置高精密錐形齒輪和滾珠軸承，并且結(jié)構(gòu)緊湊；磨頭為陶瓷性質(zhì)結(jié)合劑粘合混合磨料而成的高強(qiáng)度磨具，具有硬度高且均勻，磨削鋒利，耐磨性強(qiáng)的特點(diǎn)。

圖10 動(dòng)力組成三維結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語

目前該打磨專機(jī)完成了工作室試驗(yàn)應(yīng)用階段(見圖11)。

圖11 打磨專機(jī)試驗(yàn)應(yīng)用照片

從試驗(yàn)應(yīng)用效果來看， 該專機(jī)能夠滿足鉤體上、 下牽引臺(tái)工作面弧形中心同軸度及該中心相較于鉤耳孔中心偏心量的加工要求， 解決了新造和焊修車鉤鉤體內(nèi)部牽引臺(tái)工作圓弧錐面的加工打磨難題， 有效提高了車鉤鉤體牽引臺(tái)工作面形位尺寸精度和質(zhì)量， 確保車輛連掛牽引時(shí)， 鉤體與鉤舌上、 下牽引臺(tái)面不產(chǎn)生偏載偏磨現(xiàn)象， 具有廣闊的推廣使用前景。