翟仕樂

(中國神華軌道機械化維護分公司肅寧工務(wù)機械段,河北 肅寧 062350)

穩(wěn)定裝置現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)淺析

翟仕樂

(中國神華軌道機械化維護分公司肅寧工務(wù)機械段,河北 肅寧 062350)

穩(wěn)定裝置是穩(wěn)定車主要工作裝置之一.本文介紹了穩(wěn)定裝置的主要結(jié)構(gòu),在穩(wěn)定裝置使用中,箱體出現(xiàn)裂紋,提供了一種穩(wěn)定裝置現(xiàn)場更換的方法,當(dāng)施工任務(wù)安排緊張時,現(xiàn)場更換穩(wěn)定裝置不受場地條件限制,可迅速更換穩(wěn)定裝置,對穩(wěn)定裝置箱體受力進行分析,并采用合理的焊接方式對更換下的穩(wěn)定裝置箱體進行修復(fù).

穩(wěn)定裝置;現(xiàn)場更換;箱體修復(fù)

1 概述

穩(wěn)定裝置是穩(wěn)定車的主要工 作裝置之一.其作用是使大、中修后的鐵道線路通過穩(wěn)定裝置作業(yè)能夠迅速地提高線路的橫向阻力和道床的整體穩(wěn)定性,從而為取消線路作業(yè)后列車慢行創(chuàng)造條件.穩(wěn)定裝置是模擬列車對軌道的動力作用原理而設(shè)計的.其工作時,由一臺液壓馬達驅(qū)動前后兩個穩(wěn)定裝置的兩激振器高速同步旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生水平振動力,與此同時,位于每條鋼軌兩側(cè)的兩只垂直油缸,自動地對每條鋼軌施加所需要的垂直下壓力,通過水平油缸作用,滾輪輪緣緊靠在鋼軌的內(nèi)側(cè),通過夾鉗油缸作用,夾鉗輪夾緊在鋼軌的外側(cè),使穩(wěn)定裝置、軌排和道床成為一體,同時振動.道碴在二力的同時作用下,相互移動、充填和密實.密實后不僅人為地使軌道下沉,而且更好的效果在于軌枕和高度密實的道床結(jié)構(gòu)之間會產(chǎn)生較高的平坦的粘著力,從而使軌道的橫向阻力達到最大程度.提高線路的橫向阻力和穩(wěn)定性,使線路維修間隔時間延長,保養(yǎng)費用降低.

目前常采用的線路維修作業(yè)機組,包括一臺連續(xù)式搗固車(09-32搗固車)或兩臺08-32自動抄平起撥道搗固車(08-32搗固車),一臺配碴整形車(SPZ-200配碴車)和一臺動力穩(wěn)定車(WD320穩(wěn)定車),簡稱MDZ機組,進行聯(lián)合作業(yè).

2 穩(wěn)定裝置主要結(jié)構(gòu)特點

穩(wěn)定裝置是模擬列車對軌道的動力作用原理而設(shè)計的.兩穩(wěn)定裝置位于車架下方,通過帶有橡膠減振器的縱向四桿機構(gòu)和垂直油缸柔性地連接在車架上.兩激振器之間用萬向傳動軸連接,這種用機械的連接方式將兩激振器連接在一起,就可以準(zhǔn)確、可靠地保持前后穩(wěn)定裝置的相位,實現(xiàn)同步振動.每個穩(wěn)定裝置由一個箱體、一個激振器部件、兩個夾鉗輪部件、四個滾輪部件、四只夾鉗油缸和兩只水平油缸等部件組成如圖1所示.

圖1 穩(wěn)定裝置示意圖

在作業(yè)時,由一臺液壓馬達通過傳動軸同時驅(qū)動兩個激振器,使其產(chǎn)生同步水平振動.調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速,可以改變激振器的振動頻率,液壓馬達的頻率為無級可調(diào)0~45Hz.振動頻率和振幅分別由安裝在穩(wěn)定裝置上的頻率傳感器和加速度傳感器檢測.在作業(yè)過程中,一旦作業(yè)走行突然停止,振動也自動停止.

激振器如圖2是整個穩(wěn)定裝置的關(guān)鍵部件.它由振動軸、齒輪、偏心塊、軸承、軸承座、骨架油封等零件組成.激振器采用全封閉,兩軸平行、上下水平布置.兩軸通過軸承座內(nèi)的軸承支承在箱體上,每根軸上對稱安裝著兩個偏心塊,每根軸中間安裝著參數(shù)相同的直齒圓柱齒輪,齒輪和軸承的采用飛濺潤滑,兩軸上的偏心塊必須保證成鏡面對稱布置.

激振器工作時液壓馬達帶動主動軸旋轉(zhuǎn),由嚙合齒輪驅(qū)動從動軸同步旋轉(zhuǎn).通過分析可得出:兩軸上偏心塊產(chǎn)生的激振力在垂直方向相互抵消,水平方向相互疊加,大小為p= P1+ P2=2 meω2cosωt,其中m為偏心塊質(zhì)量,e為偏心塊偏心距,ω為偏心塊角速度.因此激振器產(chǎn)生的激振力為水平方向的間諧激振力,頻率為45Hz時的激振力F:兩只穩(wěn)定裝置總激振力F總=8XF=8X55kN=440kN.

圖2 穩(wěn)定裝置激振器示意圖

3 穩(wěn)定裝置現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)

穩(wěn)定裝置的滾輪輪緣緊靠在鋼軌的內(nèi)側(cè),夾鉗輪夾緊在鋼軌的外側(cè),將穩(wěn)定裝置、軌排和道床成為一體,向道床施加激振力.穩(wěn)定裝置箱體是整個激振器的承載的框架,一臺進口穩(wěn)定裝置在外銷軸處出現(xiàn)裂縫,整個穩(wěn)定裝置無法工作.施工任務(wù)安排緊張時,需迅速更換穩(wěn)定裝置,并修復(fù)箱體,以滿足施工要求.

3.1 穩(wěn)定裝置施工現(xiàn)場更換方法

現(xiàn)場更換穩(wěn)定裝置時,由于更換現(xiàn)場沒有地坑、落輪機,起吊設(shè)備.穩(wěn)定裝置安裝在車架下,空間有限.以前更換穩(wěn)定裝置,需進出檢修庫進行更換,但一般檢修庫離現(xiàn)場距離較遠,需來回調(diào)車,穩(wěn)定裝置更換周期長,費用高,帶來資源浪費,因此,如何能將穩(wěn)定裝置現(xiàn)場更換顯得尤為重要.

現(xiàn)場更換穩(wěn)定裝置拆解和組裝時,需利用2根50#鋼軌,作為穩(wěn)定裝置支承和移出移入時的滑移軌道;同時,由于穩(wěn)定車車體下方空間有限,50#鋼軌高度低,為穩(wěn)定裝置的移出移入節(jié)省空間,50#鋼軌在更換現(xiàn)場比較容易獲得.穩(wěn)定裝置現(xiàn)場更換步驟如下.

步驟1:按穩(wěn)定裝置滾輪部件及夾鉗輪部件位置,橫向布置兩根50#鋼軌,把50#鋼軌翻轉(zhuǎn)90°放置于線路鋼軌上,將穩(wěn)定裝置落于50#鋼軌上方,拆下穩(wěn)定裝置.(穩(wěn)定裝置拆下的主要步驟:落下穩(wěn)定裝置→拆除穩(wěn)定裝置哈弗塊上的內(nèi)六角螺釘并使垂直油缸活塞桿伸出,使垂直油缸上的銷軸脫離穩(wěn)定裝置哈弗塊→卸掉各個油缸的壓力→拆解各個傳感器里的線并做好標(biāo)記→把各個傳感器的線從線管里抽出并捆扎在整車上的安全位置→拆除夾鉗油缸以及水平油缸上的油管并做好標(biāo)記,用接頭堵住油管接頭以及油缸管接頭,防止液壓油浪費和污染環(huán)境→拆除牽引桿、保持架及傳動軸→拆除水平油缸、夾鉗油缸及垂直油缸的油管管夾,并做好標(biāo)記,把油管安全捆扎在整車上→拆除垂直油缸的銷軸,卸下垂直油缸→移出穩(wěn)定裝置).

步驟2:把新的穩(wěn)定裝置用鏟車或叉車運至穩(wěn)定車下方50#鋼軌的上面,穩(wěn)定裝置枕梁與50#鋼軌接觸處,涂抹黃油,將穩(wěn)定裝置用葫蘆沿鋼軌拉至穩(wěn)定車車體的正下方,并微調(diào)穩(wěn)定裝置的位置.

步驟3:將穩(wěn)定裝置組裝至整車上,調(diào)整穩(wěn)定裝置前后牽引桿,保證穩(wěn)定裝置收放正常.(穩(wěn)定裝置組裝的主要步驟:安裝垂直油缸,敲入銷軸→安裝牽引桿、傳動軸及保持架→安裝水平油缸、夾鉗油缸及垂直油缸的油管→調(diào)整牽引桿使連桿機構(gòu)調(diào)至平行→按照規(guī)定把傳感器的線依次接好).

3.2 穩(wěn)定裝置箱體修復(fù)技術(shù)

穩(wěn)定裝置箱體結(jié)構(gòu)見圖3的設(shè)計.在滿足箱體功能要求的前提下,應(yīng)使力的傳遞路線更加合理,減小箱體薄弱零部件所受的應(yīng)力.整個箱體采用箱式閉式結(jié)構(gòu),箱體的剛度得到了提高.穩(wěn)定裝置產(chǎn)生的水平激振力的反作用力、水平油缸撐緊力的反作用力和垂直油缸下壓力的反作用力通過鋼軌、滾輪、滾輪軸、固定銷軸傳至枕梁.枕梁成為整個箱體的主要受力部件,枕梁厚實,強度高,箱體底板基本上只起支撐作用,這樣整個力的傳遞路線就比較合理.

穩(wěn)定裝置箱體是整個激振器的框架,采用優(yōu)質(zhì)板材經(jīng)過壓型后,焊接而成.箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且穩(wěn)定裝置作業(yè)工況惡劣、振動頻率大、載荷重,箱體容易產(chǎn)生疲勞裂紋,因此箱體焊接質(zhì)量尤為重要,必須嚴格控制箱體焊接工藝.所有焊接部位都應(yīng)按照要求或開帶鈍邊V形或雙V形坡口;采用負壓、二氧化碳氣體保護焊;焊前應(yīng)預(yù)熱,提高箱體的焊接質(zhì)量;箱體焊后進行去應(yīng)力退火,最大程度的消除焊接應(yīng)力;并對箱體焊縫進行磁粉探傷,檢查箱體焊接質(zhì)量.穩(wěn)定裝置箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計在滿足箱體功能要求的前提下,應(yīng)使力的傳遞路線更加合理,減小箱體薄弱零部件所受的應(yīng)力.整個箱體采用箱式閉式結(jié)構(gòu),箱體的剛度得到了提高.

圖3 穩(wěn)定裝置箱體

3.2.1 技術(shù)分析

穩(wěn)定裝置作業(yè)工況惡劣、振動頻率大、載荷重,進口的穩(wěn)定裝置經(jīng)過使用,箱體一側(cè)外銷軸處出現(xiàn)裂縫,現(xiàn)場更換后,返回修復(fù)時,箱體經(jīng)表面磁粉探傷,另一側(cè)銷軸也出現(xiàn)裂紋.

針對進口箱體探傷出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象,首先使用Ansys workbench對穩(wěn)定裝置箱體進行有限元分析,確定穩(wěn)定裝置箱體切割位置,再進行補焊處理.Ansys workbench是有限元軟件平臺,它能夠很好的與CAD系統(tǒng)連接,對CAD模型進行有限元分析.ANSYS Workbench與Pro/e軟件的數(shù)據(jù)交互接口的兼容性強,以項目流程圖的方式,將各種數(shù)值模擬方法集成到統(tǒng)一平臺中,進而實現(xiàn)不同軟件之間的無縫連接;而且,每個分析系統(tǒng)的界面都是獨立的,通過可以互聯(lián)的數(shù)據(jù),將復(fù)雜的CAD三維模型所構(gòu)造的有限元模型導(dǎo)入分析系統(tǒng)中,然后進行參數(shù)設(shè)置、載荷的施加和定義約束后,通過內(nèi)置求解器進行分析計算.穩(wěn)定裝置箱體承受水平激振力、垂直油缸壓力、夾鉗油缸對箱體作用力、杠桿板對箱體作用力、夾鉗體對箱體作用力、水平油缸對滾輪軸作用力.

根據(jù)穩(wěn)定裝置的對稱關(guān)系,取穩(wěn)定裝置的1/4作為模型,并施加對稱邊界約束,另外忽略模型中與力學(xué)計算無關(guān)的細節(jié),如小孔和凸臺等.對模型的網(wǎng)格劃分所示,得到126147個節(jié)點和66137個單元,經(jīng)過有限元分析得出穩(wěn)定裝置箱體應(yīng)力分布圖如圖4所示.

圖4 穩(wěn)定裝置箱體受力分析

圖5 穩(wěn)定裝置箱體切割示意圖

經(jīng)過有限元分析,根據(jù)箱體外銷軸處應(yīng)力分布狀態(tài),確定穩(wěn)定裝置承受應(yīng)力較小位置,在應(yīng)力最小位置進行切割,這樣可以保證在同等焊接的條件下,提高穩(wěn)定裝置箱體的使用壽命.通過按圖示位置切割鋼板,然后進行補焊(圖5).

3.2.2 焊接修復(fù)

二氧化碳氣體保護焊在焊接前必須做好準(zhǔn)備工作,焊件的坡口加工、待加工部位的表面清理、焊接的裝配以及工件焊前焊后的處理等.待焊部件的清理,焊件主要是去除銹蝕、油污及水分,防止細孔的產(chǎn)生,一般用噴砂、噴丸方法和手工清理.必要時用火焰烘烤待焊部件,以保證待焊部位的表面鐵銹氧化皮、油污等清理干凈.清理范圍應(yīng)該是在坡口兩側(cè)20mm區(qū)域內(nèi).

合理選擇和設(shè)計接頭的坡口尺寸,使之有利于坡口加工和焊透,提高整體的焊接質(zhì)量.焊件的坡口加工,首先把焊前準(zhǔn)備維修的穩(wěn)定裝置箱體需要維修的地方用角向砂輪機打磨一個四方形ABCD,然后把這塊需要補上去的四邊形板重疊上去,然后用石筆劃線,再用火焰氣割沿著線的內(nèi)側(cè)進行切割.切割完畢后,用砂輪機修邊,一定要修的橫平豎直.然后用氧乙炔進行坡口切割,最后再次用砂輪機進行細加工,裝配成X型坡口.

焊接前對箱體預(yù)熱.焊接前調(diào)好打底參數(shù)后進行焊接,二氧化碳氣體保護焊一般應(yīng)采用細焊絲、小電流焊接,熔滴以短路形式過渡.焊接時仔細觀察熔孔,并根據(jù)間隙和熔孔直徑的變化調(diào)整橫向擺動幅度和焊接速度,當(dāng)坡口間隙和熔孔增大時,焊槍橫向擺動幅度也要加寬,焊絲端部應(yīng)始終在熔池前半部燃燒,焊絲不得脫離熔池,盡可能的維持熔孔直徑不變.以此獲得寬度和高低均勻的反面焊縫,就此正面打底結(jié)束.

焊接時仔細觀察熔孔,并根據(jù)間隙和熔孔直徑的變化調(diào)整橫向擺動幅度和焊接速度,當(dāng)坡口間隙和熔孔增大時,焊槍橫向擺動幅度也要加寬,焊絲端部應(yīng)始終在熔池前半部燃燒,焊絲不得脫離熔池,盡可能的維持熔孔直徑不變.填充焊時,焊槍橫向擺動幅度要稍大一些.焊接時應(yīng)注意熔池兩側(cè)的熔合情況,保證焊道表面平整并稍下凹.如此正背面反復(fù)焊接到最后一道是蓋面焊.

蓋面焊的方法與工藝與填充焊是一樣的,但需要注意以下事項:保持噴嘴的高度,特別注意觀察熔池的邊緣,熔池邊緣必須超過坡口表面棱邊0.5~1.5mm、并防止咬邊.焊槍的橫向擺動幅度比填充焊稍大,盡量保持焊機速度均勻使焊縫外型美觀.收弧時特別注意,一定要填滿弧坑并使弧坑盡量短,防止產(chǎn)生弧坑和裂紋.

通過該方法進行補焊,穩(wěn)定裝置修復(fù)后經(jīng)探傷,無缺陷,經(jīng)裝車試驗,性能達到新造穩(wěn)定裝置箱體的要求.穩(wěn)定裝置箱體大修技術(shù)的運用,具有較好的經(jīng)濟效益,同時縮短了穩(wěn)定裝置修理周期.

4 結(jié)語

現(xiàn)場更換穩(wěn)定裝置所需的設(shè)備簡單,避免了進出檢修庫進行更換穩(wěn)定裝置帶來的資源浪費,現(xiàn)場更換穩(wěn)定裝置周期短,場地限制少,可縮短更換時間,費用比較低.在施工現(xiàn)場,已成功更換了穩(wěn)定裝置,該方法可廣泛運用到現(xiàn)場更換穩(wěn)定裝置.

拆卸后的穩(wěn)定裝置進行探傷檢查,針對箱體受力最小部位進行切割和焊補修復(fù),通過制定合理的焊接工藝,使修復(fù)后的穩(wěn)定裝置箱體滿足使用要求.經(jīng)穩(wěn)定裝置修復(fù)和組裝完成后,進行裝車試驗,運用情況良好,滿足穩(wěn)定車作業(yè)要求.

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U216.63+1

A

1671-0711(2017)11(上)-0149-03