刘昕霖 崔旭
中车大连机车车辆有限公司转向架分厂，辽宁 大连 116022
摘要：通过分析HXN3型机车一系轴箱弹簧拆解工艺，对原一系轴箱弹簧拆解过程存在的不足进行了阐述，并通过防护工装的设计与制作，提升了一系轴箱弹簧拆解的效率和安全性，降低了构架维修成本。
关键词：HXN3；一系轴箱弹簧；拆解；工装设计
1选题背景
HXN3型机车是为满足我国铁路快速发展和实现铁路装备现代化的需要而设计开发的大功率高速干线货运内燃机车，单台机车载重量可达5000t,最大运行速度可达120km/h。HXN3机车经过长时间运行，已进入到C6修检修阶段，预计年检修量几十台。在HXN3型机车C6修试修阶段，为了降低各偶换件的报废率，转向架拆解工序成了保证偶换件质量的源头。在转向架拆解过程中，原有的一系轴箱弹簧拆解方式，工装钢丝绳与构架的上盖板边缘直接接触，不仅增加构架维修成本和检修周期，也会带来安全隐患。因此，设计制作安全高效的拆解防护工装显得尤为必要。
2 HXN3型机车一系轴箱弹簧拆解工艺流程
HXN3型机车一系轴箱弹簧拆解工艺流程为固定轴箱底盖→对称放置拆解工装→钢丝绳绕过构架固定工装→液压泵开启，油缸伸长→压缩一系轴箱弹簧→拆除底部法兰与链条连接销→拆除链条→拆除轴箱与弹簧。因此，解决拆解工装钢丝绳与构架上盖板接磨问题，是保证产品质量的关键。
3钢丝绳磨损带来的隐患
钢丝绳通常有磨损、疲劳等磨损方式，均会影响钢丝绳的使用寿命。钢丝绳与上盖板边缘接触引起磨损，长时间会使绳径变细，表面被磨平，截面积变小，其破断载荷也相应下降。另外，由于接触部位所受负荷较大，弯曲时内部各细钢丝产生相互作用力和滑移，接触应力增加，循环使用会导致应力集中而发生折断。
钢丝绳不仅会因磨损出现断裂，还存在拆解工装重心偏移伤人的隐患。拆解工装工作时，钢丝绳受拉力拉紧，由于上盖板边缘较光滑，没有固定受力点，钢丝绳拉紧后，摩擦力不足以克服钢丝绳沿水平方向分力，导致钢丝绳在上盖板边缘发生滑移，拆解工装重心偏移，造成拆解工装失稳和弹簧弹出伤人的后果。因此，必须避免这种情况发生。
4一系轴箱弹簧拆解工装受力分析
钢丝绳与上盖板接磨问题同样会造成构架上盖板的损坏。两者接触后，钢丝绳作用于上盖板边缘的压力会非常大，直接损伤构架上盖板，增加构架维修成本。
一系轴箱弹簧是有垂向刚度的双圆螺旋弹簧，其主要计算参数如下：
轴向弹簧刚度k=419.3Ν/㎜
最大压缩量?x=55㎜
每个轴箱双圆弹簧数量2个
在弹力范围内，将上述计算参数代入弹力公式
F=k?x
弹簧最大压缩量时弹力
F1=419.3×55×2=46123Ν
为了简化计算，不考虑轴箱和工装自重，以该处构架为单元体，进行受力分析，见图1，
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图1 受力分析图
钢丝绳每侧拉力为
F3=F2/4=F1/4=46123/4=11530.75Ν
上盖板边缘接磨处压力为
F4=F3/sin45°=11530.75 /sin45°=16306.94Ν
分析可知，钢丝绳与上盖板边缘为线接触，接触面积小，压强大，极易导致上盖板变形损坏，增加不必要的维修成本。
5一系轴箱弹簧拆解防护工装设计
5.1设计思路
拆解工装钢丝绳为圆柱体，直径为35mm。为了避免钢丝绳沿上盖板边缘移动，使拆解工装安全有效地工作，防护工装应与钢丝绳圆弧贴合。经分析，在防护工装中设计圆弧形凹槽，使钢丝绳紧贴在凹槽中以防移动。
防护工装另一侧采用“C”形设计，两平面分别与构架立板和上盖板平面接触，增大了受力面积。构架上盖板突出部位水平长度15mm,竖直方向长度9mm，在设计时防护工装受力平面应避免与此处接触，以防构架上盖板边缘变形，影响产品质量。
5.2防护工装的三维建模
根据工装的设计思路和构架的相关尺寸，采用专业绘图软件Creo 5.0绘制防护工装的三维模型和CAD平面三视图，见图2、3。
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利用Creo 5.0分析参数，防护工装体积为6.47×105 mm3，密度7.85×10-6 kg/mm3(45钢)，质量5.08kg。以加工前圆柱体对称中心为原点建立空间坐标系，其重心位于工装内侧，坐标值为（-11.38，-11.38，0）。
5.3防护工装材料选择
根据现场实际情况，防护工装加工材料选用45钢。45钢是一种优质碳素结构钢，其特点是价格便宜，切削加工性能好，淬火后有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定的耐磨性。因此，材料选择45钢，既满足了结构强度，又节约了选用材料的成本。
5.4防护工装的加工方法
防护工装结构复杂，无法在同一工序中完成。经过分析，利用车床加工防护槽部分。将车刀固定，毛坯料装夹在车床主轴后，车刀加工旋转中未成形的工件。
利用电火花线切割加工方法防护工装其他部分。线切割是利用连续移动的细金属导线作为电极，在金属丝与加工件间施加脉冲电流产生放电腐蚀，对加工件切割成型。使用线径为0.18mm的电极丝定位工件圆心和切入点后，沿切割路线加工出成品，见图4。
6实效分析
防护工装投入使用后，按时地完成了三台机车C6试修。从成本角度来讲，防护工装避免了损坏构架上盖板，节约了构架维修成本；从安全性角度来讲，防护工装有效避免钢丝绳磨损及滑移，使拆解工装安全有效进行工作，避免伤人；从效率角度来讲，防护工装提高了一系轴箱弹簧拆解效率。经现场写实，3人同时作业，10分钟即可完成2个轴箱弹簧拆解，1台车轴箱弹簧拆解仅用时2小时，见图5。
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参考文献：
[1]曲天威，王惠玉，芮斌，郑长国.HXN3型机车转向架的设计开发理念[J].铁道机车车辆，2008，（12）：160-164
[2]曲天威，王惠玉，芮斌，郑长国.HXN3型机车转向架构架设计的思考[J].铁道机车车辆，2011，（2）：69-71