轴箱内置式转向架轮对组装工艺技术研究

李勇 宋小凡

摘要：轴箱内置式转向架将轴箱位置设计在轮对内侧，相较于现有的城轨、轻轨转向架轮对有明显的区别，其轮对组装工艺较其他车型有明显的区别。本文对轴箱内置式转向架轮对组装工艺流程进行分析，重点介绍了试制过程中的工艺难点及解决方案。

关键词：轴箱内置式;轴箱组装;轮对组装;工艺技术

中图分类号：U270.33                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）08-0035-03

1  概述

转向架是支承车体、传递牵引及制动力的重要零部件，通常由轮对、轮对轴箱装置、一系悬挂装置、二系悬挂装置、基础制动装置、牵引装置等组成。轴箱在车轮外侧装配时称为轴箱外置转向架结构，轴箱设计到车轮内侧，该结构称为轴箱内置轮对结构。公司中标的某轻轨项目，其车辆下部限界与传统城轨项目相比更为狭小，传统的轴箱外置式转向架超限不能适用，同时考虑到该项目轻量化的需求，因此采用轴箱内置转向架以满足车辆限界和技术要求。该轻轨项目为3编组的轻轨车辆项目，包含8动4拖轮对，轮对分为动车轮对轴箱组装、拖车轮对轴箱组装，主要由轴盘、齿轮箱、轴箱装置、车轮等组成。

该项目为公司首次采用轴箱内置式轮对驱动结构，相较于现有的城轨、轻轨转向架轮对其组装工艺流程有明显的区别，轮对压装及轴箱组装在设计开发及生产制造过程中有诸多难点和重点。本文主要介绍了该项目轮对组装生产试制过程中遇到的工艺难点、解决措施及采用的专用工艺装备等。

2  轴箱内置式轮对组装工艺

2.1 轴箱内置式轮对组装工艺流程

该轻轨项目首次采用轴箱内置式轮对驱动结构，需要先压装轴盘、再进行轴箱组装，最后完成轮对组装;根据设计图纸工艺分析，将各部件按组装先后进行工序划分，其组装工艺流程如图1。

其中轴箱轴承压装、轴圈尺寸配磨、车轮压装定位及内侧距控制、轮对反压均为组装工艺技术难点。

2.2 轴箱组装工艺难点及解决措施

2.2.1 轴承压装

轴箱组装为前工序，组装时尚未压装车轮，只完成齿轮箱组装及轴盘压装，已压装轴盘的拖车轴或带齿轮箱动车轴利用现有工装无法支撑，轴承无法进行压装压装;根据轮对设计结构，设计制作全新的支撑工装，保证动车车轴带齿轮箱组装/拖车车轴支撑基本水平，并锁紧车轴，保证轴承压装。其中带齿轮箱组装动车车轴由于空间限制，只能支撑车轴一侧并锁紧，另一侧空间限制无法支撑车轴，只能支撑齿轮箱，齿轮箱为铸造件，且齿轮箱地面有铸造斜度，支撑难度较高，对支撑车轴的支撑座及齿轮箱支撑座高度进行核算，设计制作齿轮箱支撑座及车轴支撑座，制作专用动车/拖车轮对轴箱组装支撑工装（图2），保证支撑后车轴基本水平。

轴箱采用内置式结构，位于车轮内侧，通过测速齿轮、接地装置外圈、轴承压盖对轴箱轴承进行定位，轴箱轴承压装后距车轴端面196.5mm，预套距离及压入距离均较长，现有轴承压装工装无法满足压装要求，重新设计制作轴箱轴承压装工装及退卸工装。轴承自动压装机无法满足轴承压装要求，采用移动式轴承压装机进行轴承压装，经工作试件及首件轮对轴箱轴承压装验证（图3），轴箱支撑工装及轴箱轴承压装工装满足轴承压装工艺要求。

2.2.2 轴圈配磨尺寸计算

根据轮对设计结构，轮对压装前需要在压装前配磨轴圈（厚度尺寸），从而控制车轮压装后轮对内侧距。因此。在轴箱组装时，需测量车轴两侧轴肩定位距离、轴承宽度、测速齿轮、接地装置外圈、轴承压盖等配件轴向定位尺寸，并根据轮对内侧距尺寸范围计算轴圈厚度，配磨轴圈从而控制轮对内侧距。根据组装各配件定位尺寸链分析，轮对内侧距取中间值1359mm，车轴两侧轴肩定位距离取中间值896mm，单个车轮内侧轮辋面与车轮内侧轮毂面距离为25.5mm，推出轴圈厚度计算公式如下：轴圈厚度E=[1359-896-（A1+A2）-（C1+C2）-51]/2mm，其中A1、A2为轴承宽度测量尺寸， C1 、C2 为测速齿轮、轴承压盖或接地装置外圈轴向定位厚度尺寸。

通过工作时间轮对计算配磨轴圈，安装并压装车轮后验证轮对内侧距合格，计算公式可行。

2.3 轮对组装工艺难点及解决措施

2.3.1 车轮压装

该项目轮对车轮位于轴箱轴承外侧，且轮座位置为车轴最外端，压装时无轴颈对车轮进行支撑导向，车轮与车轴轮座为锥度过盈配合;为保证车轮预套支撑，需增加工艺假轴延长车轴，用于车轮预套支撑、导向及轮对吊运。且车轮压装后将与轴圈紧贴，紧贴后车轮压装力会出现陡升，车轮压装力控制较为困难。根据公司现有轮对压装设备，车轮压装有两种工艺方案：

①方案1-MAE轮对压装机压装：MAE轮对压装机压装时，压装机顶尖通过顶紧车轴端面中心孔定位，保证车轮压装时同轴度;该项目由于车轮位于外侧，压装机顶尖无法伸入直接顶紧车轴中心孔，因此工艺假轴需要有顶尖孔。

②方案2-4#轮对压装机压装：4#轮对压装机压装时，压装机油缸通过压装车轴端面进行压装，压装虎口顶紧车轮外侧轮毂面，压装过程中不使用车轴中心孔，因此只需增加工藝假轴延长车轴，工艺假轴不需增加顶尖孔。

两种压装工艺方案各有优劣，通过工作试件对轮对压装工艺方案进行压装验证，选择较优压装方案，压装试制验证情况如下：

1）方案1-MAE轮对压装机压装验证：

首次工作试件压装时，工艺假轴通过3个螺栓安装在轴端定位;在MAE压装机压装时，发现车轴、车轮顶紧后车轮与压装机插板虎口间一侧未贴紧，两侧车轮压装时压装曲线斜率均较大（见图4），车轮未压装到位即达到最压装力最大值，压装自动停止;后续退轮重新压装，压装结果与首次压装相同，无法压装到位压装力即达最大值。通过验证结果分析，由于工艺假轴只通过3件螺栓安装在轴端，两侧假轴安装后无法保证两侧假轴顶尖孔同轴，导致压装机顶紧车轴时出现不同轴问题，从而压装车轮时车轮偏斜，压装过程中车轮压力偏大，车轮内孔异常挤压，且车轮退卸后检查车轮内孔相对中心线有歪斜。

因此，在MAE压装时需保证车轴两侧安装工艺假轴的同轴度，需对工艺假轴有一定的定位，最大限度保证两侧假轴的同轴度;由于现有车轴无专用定位孔，考虑在工艺假轴端面增加顶尖，两侧工艺假轴通过顶尖顶入车轴中心孔进行定位;设计制作带顶尖的工艺假轴（图5），工艺假轴顶尖长度需长于车轴中心孔长度，顶尖顶紧假轴后假轴端面与车轴端面需要存在间隙，使两侧假轴完全靠中心孔定位;工艺假轴设计时中心孔、顶尖及安装孔的加工精度要求较高，保证假轴的顶尖及中心孔同轴。

经过使用多次安装带顶尖工艺假轴，发现工艺假轴安装螺栓使用扭矩完全拧紧时，会出现假轴不完全按顶尖孔定位而靠螺栓定位的情况，导致假轴安装歪斜，两侧顶尖无法同轴;因此总结出带顶尖工艺假轴安装及车轮压装时注意事项：在车轮预套后吊运前，工艺假轴需使用3件轴端螺栓拧紧，拧紧螺栓时需分步同时拧紧3件螺栓，保证假轴安装时基本保持顶尖对中，将预套好车轮的轮对吊上压装机运输小车后，将工艺假轴3件安装螺栓需松开半圈，保证在MAE压装机压装时，压装机顶尖端面顶紧工艺假轴端面，两侧工艺假轴通过顶尖导向进入车轴中心孔并通过顶尖自定位，保证两侧工艺假轴在MAE压装机顶紧后的同轴度;在压装时，压装机插板虎口顶紧车轮时，需操作者检查虎口是否贴紧车轮外侧轮毂面，需在完全贴紧车轮外侧轮毂面后再进行压装（图6）。车轮压装到位后，车轮内侧轮毂面与轴圈端面紧贴，压力曲线将出现陡升现象，操作者需在陡升出现时，马上停止压装作业;通过曲线陡升现象，可判断出车轮与轴圈是否紧贴，保证车轮压装到位（图7）;压装后检查车轮内侧轮辋面、踏面跳动均合格，符合设计要求，压装工艺满足需求。通过多次使用该工艺方法压装工作试件，压装曲线及压装后车轮跳动均合格，压装工艺得到充分验证。

2）方案2-4#轮对压装机压装验证：

在4#压装机压装时，只需延长车轴，用于车轮预套支撑、导向及压装机油缸压装使用。工作试件试制时，在4# 压装机试压拖车（图8），车轴可通过压装机支撑工装支撑，使用安邦线车轮压装虎口，虎口顶紧车轮外侧轮毂面，车轮压装到位后车轮内侧轮毂面与轴圈紧贴时，操作者根据压装机曲线显示停止手动及时压装过程，一侧压装完成后掉头压装另一侧车轮;经工作试件压装验证，在4# 装机可完成该项目拖车轮对车轮压装。但由于动车轮对车轴与齿轮箱间空间较小，且齿輪箱尺寸及重量较大，4#压装机现有支撑工装无法满足车轴支撑及齿轮箱支撑，在4#压装机无法进行该项目动车轮对车轮压装。

综上分析验证，为实现动车轮对车轮压装，且保证车轮压装后车轮内侧轮辋面跳动及踏面跳动合格，选择方案1-MAE轮对压装机进行压装，压装时在车轴轴端安装带顶尖工艺假轴，该工艺方法压装后车轮压装力、车轮内侧轮辋面、踏面跳动均合格，符合设计要求。

2.3.2 轮对反压工艺难点及解决措施

由于轮对组装后车轮内侧轮毂与轴圈紧贴，根据EN13260标准及车轮为锥度过盈配合的情况，无法在车轮内侧轮毂面进行反压压力试验，也无法通过正压试验进行压力试验;经与相关设计及质量人员讨论可在车轮内侧轮辋面进行车轮反压压力试验。在反压时，需安装工艺假轴延长车轴用于车轴支撑，该工艺假轴不做定位使用，不需安装带顶尖工艺假轴。在反压时，需将轴箱体旋转一定角度，保证反压机虎口插入卡紧车轮内侧轮辋面时不与轴箱体干涉（图9），顺利完成反压压力试验。

3  结束语

通过对轴箱内置式转向架轮对组装结构和工艺难点分析，并提出了优化解决方案，尤其是轴承压装、轴圈配磨、轮对压装工艺，设计并优化制作专用工装并进行验证，通过项目工作试件组装试制验证，验证了轴箱内置式转向架轮对组装工艺流程和工艺装备，形成了完整的轴箱内置式转向架轮对组装工艺，并通过了首列车试制生产的检验，为公司轴箱内置式转向架轮对组装的生产积累了宝贵的经验。

参考文献：

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