轮对反压试验及退轮设备研制

李光远

【摘 要】本文主要针对大型养路机械设备轮对反压实验及退轮进行研究，并对如何通过制作工装确保完液压式轮对压装机实现轮对反压及退轮操作进行了介绍。

【关键词】轮对反压实验；轮对退轮；工装制作

中图分类号： J905 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）12-0004-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.12.002

Wheelset Back Pressure Test and Development of Backwheel Equipment

LI Guang-yuan

（China Railway Construction High-tech Equipment Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650215， China）

【Abstract】This paper studies large maintenance machinery wheel back pressure experiment and the back wheel， and on how to make tooling to ensure complete hydraulic wheel pressing machine to realize wheel back pressure and back wheel operation are introduced.

【Key words】Reverse pressure test of wheelset； Wheelset pulley； Tooling

1 研究目的及意义

轮对对于铁路机械车辆来说，是影响行车安全的关键部件，必须对其生产全过程实施全面的质量控制。据调查，轮对与轮饼均为合金钢材料的轮对正压组装后100%都要进行反压试验；轮对与轮饼均为碳钢材料的，组装工艺要求抽样10%做反压试验。而现有液压式轮对压装机，其压装后座的半圆槽的直径太小，不能满足主动轮对反压试验及退轮工序。要求那么如何居于现有设备设计工装，实现轮对反压及退轮操作，是一个急需解决的问题。

2 需求分析

根据目前大型养路机械在生产产品轮对具体参数分析，并对所有轮对主动轮的齿轮直径进行测量，其中，QS-650清筛机的齿轮直径最大：Dmax=550mm。现有液压式轮对压装机位移传感器测量的识别界限为1mm。也就是说：在压装过程中变形量不能大于1mm。如果在压装过程中的变形量大于1mm，计算机就会误判轮轴与轮饼已发生相对位移，压装轮对不合格。为此，设定目标改造值如下：

（1）半圆槽直径：D设计≥550mm

（2）变形量：δ≤1mm

3 方案设计

对轮对压装设备实体尺寸进行测量和受力分析，设计制作一个焊接结构件，满足轮对压装及反压试验标准的轮对压装后座。

方案涉及到对现有工装设备实体外形尺寸，装配尺寸的测量、筛选材料、模拟模型建立、对模型进行模拟受力分析、对受力分析结果进行分析、改进模型应力集中部分的强度及受力情况等，技术复杂。

3.1 初步建立模型

根据实体测量的数据，初步设计了模型的外形结构及几何尺寸。半圆槽设计尺寸直径：D=600mm>550mm（目标值）。借助SolidEdge三维绘图软件设计模拟的模型如图1所示：

3.2 分析受力情况

根据实际轮对压装及反压试验的情况分析，轮对压装后座的受力情况如图2所示：

3.3 选择材料

根据模型建立的两个基本条件：一是轮对压装后座承受的最大载荷为1960kN；二是设计轮对压装后座的变形量要求δ≤1mm。经过对公司现有几种常用材料进行了模拟力学分析和变形量计算，初步选定Q345A。Q345A的物理属性和设计要求最接近，其弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，材料的许用应力为345MPa。

3.4 对模型进行有限元分析

通过分析和与实际中的情况相结合，决定采用实体单元来进行建模，并选用20节点的SOLID186单元来进行计算，其单元支持塑性、超弹性、蠕变、应力钢化、大变形和大应变能力，其具有二次位移模式，可以更好的模拟不规则的网格，所以其计算结果较SOLID45理论上较为准确。

通过比较，本次计算采用35mm尺寸的单元进行划分，总节点数为162738个，单元数为101282个。划分结果如图3所示。

3.5 计算求解

根据实际压装轮对过程加载的载荷情况，针对设计的模型，进行了6种工况的有限元受力分析，分别计算了Z方向的位移、总位移和最大应力。

图4至图6是以加载最大载荷2940kN工况下的计算结果：

由于我们关心Z方向的位移，所以在结果中罗列了各工况下的Z方向位移，以判断该工件是否符合要求，另外根据第四强度理论，即当量应力来判断该工件在各种工况下其当量应力是否超过该材料的屈服应力，从而来判断该工件是否被破坏。

3.6 计算结果分析

（1）实际使用的最大载荷为1960kN时，设计轮对压装后座的变形量为：

δ=0.608mm<1mm，满足目标值。

（2）当载荷超过最大载荷1.5倍时，即2940kN工况下，设计的轮对压装后座的变形量为：δ=0.972mm<1mm，也满足目标值。

從以上结果可以看出，从工况1到工况6其Z 方向的位移均未超过1mm，且其最大当量应力也未超过材料的屈服极限。此外，还值得注意的是在一些焊缝区或连接区域（如图7箭头指示部分），其当量应力的数值比较大，应注意这些焊缝位置的焊接质量。

通过上述论证，该方案的工艺流程包含：板材下料、加工，结构箱体焊接，整体焊接件的热处理及加工。以上各道工序通过生产指挥中心统一安排、各分公司配合就可以完成。且大部分材料都是利用正常生产下料余料制作，节约了成本，缩短了制作周期。

4 结果验证

通过对设计轮对压装后座15天的正常试用，并收集了《轮对压装压力曲线图表》和《轮对反压压力曲线图表》供分析、论证。

对反压压力曲线图表分析：加载载荷与位移的变化量是呈线性增加的；而卸载时载荷的减小不引起位移的变化。从而可以得知：研制的轮对压装后座在压装过程中发生的变形满足实验要求。

5 总结

经工装改造后的液压轮对压装设备能够实现轮对反压及退轮操作，满足了设计需求，大大提高了轮对压装的合格率，并对轮对压装的过程实现了质量监控。