（机械工程专业论文）铁路货车l型制动梁磨耗套铆钉机的研制.pdf

西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 页 摘要 车辆修造专用机械设各是保证车辆运用安全的重要工具，它能提高车辆修造 质量和效率，改善工人劳动强度，降低车辆修造成本，增强作业安全等。随着铁 路货车l 型制动梁的大量应用，根据制动梁检修工艺和技术要求，所有制动梁段 修对制动梁端轴探伤必须进行湿法探伤，因此，探伤过程中必须对旧型l b 制动 梁端轴磨耗套进行分解，探伤完毕后，将制动梁端轴磨耗套重新组装。另外，制 动梁端轴磨耗套磨耗超限后也要更换新品。 铁路货车l 型制动梁端轴磨耗套的铆钉是铝铆钉，而货车车辆上使用的大部 分为低碳钢铆钉，这些铆钉设备不能用于l 型制动梁端轴磨耗套铝铆钉的铆压上， 有的现场操作人员用大锤砸击的方法进行铆压，这种方式很难保证铆压质量，并 且劳动强度较大。基于以上原因，研制l 型制动梁磨耗套铆钉机就成为安全生产 和提高生产效率及检修质量的必需。 本论文根据l 型制动梁磨耗套段修工艺要求，提出铆钉机设计方案、主要技 术参数和技术特点。通过对铆钉机设计方案的论证，确定了一种比较符合现场实 际要求的方案，并对该方案进行了总体设计、液压系统设计、机械结构设计和电 气控制系统设计。 该设备的主要技术特点是作业过程能够完全符合工艺要求，作业劳动强度 低，有良好的操作性能，作业环境有较大改善。该铆钉机已在郑州北车辆段试用， 通过对8 千多个磨耗套的铆接，总成品率在9 9 以上，而且作业时间大大缩短， 效率提高3 倍多，降低了劳动强度，深受一线操作人员的欢迎。 关键诃制动梁；磨耗套；铆钉机；技术参数 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第页 a b s 仃a c t s p e c i a l - p u r p o s em a c h i n e f o rt h ev e l a i e l em a n u f a c t u r i n gi st h ei m p o r t a n tt o o lo f l r a n s p o i t a t i o ni n s u r a n c e i tc a nb et oi m p r o v eq u a l i t ya n de f f i c i e n c y , r e d u c et h e w o r k e r s l a b o ri n t e n s i t y 、c u tt h ec o s to re n h a n c es e c u r i t ys a f e g u a r da n ds oo f tw i t ht h e l a r g e - s c a l ea p p f i c a t i o no f i _ , - s l a r l p e db l a k eb e a mo nw a g o n s ，a c c o r d i n g t or e p a i r i n g t e e l a n o l o g ya n dt e e l a n i c a lr e q u i r e m e n t so f b r * d k eb e a m ，a l lo f t l a eb l a k eb e a m - a x l e t e s t i n gm u s tb ec a r r i e do u tw e tm a g n e t i cp o w d e re y , 锄l i n a l i o ni nb l a k eb e a mr e p a i r i n g , s ob l 。d k eb e a mw e a l s l e e v em u s tb eb r e a k e nd o w ni nt h et e s t i n gp i _ o c e s s ，w h e nt e s t i n g h a sb e e nc o m p l e t e d , b l a k eb e a mw e a l - s l e e v ew i l lb ea s s e m b l e d i na d d i t i o n , b r a k e b e a mw e a l - s l e e v ew i l lb er e p l a c e di f i ti st o 既c e e dw e a l l i m i t t h er i v e tf o rl - s h , a r , e db r a k eb e a mw e a rs l e e v eo l lw a g o n si st h ea l u m i n l l mr i v e t , t h em a j o r i t yr i v e t so f w a g o n si sl o wc a r b o ns t e e lr i v e t s ，t h e s ed e v i c e sc a l ln o tb eu s e d t ol s h a p e db l a k eb e a mw e a l - s l e e v e s o m eo p c l a t o r sa d o p tas l e d g e h a m m e rs m a s h i n g b l o wm e t h o d sw h e nt h er i v e ti sr i v e t e d , i nt h i sw a y , i tc a nh a r d l yb eg u a r a n t e e d r i v e t i n gq u a l i t y , a n dl a b o ri n t e n s i t yi sg r e a t e r f o rt h ea b o v el e a s o l l s ，i ti s n e c e s s a r y t od e v e l o p m e n to f t h er i v e t i n gd e v i c ef o rl - s h a p e db l a k eb e a mw e a l s l e e v eo nw a g o n s ， t h er i v e t i n gd e v i c ei si m p o r t a n tt os a f ep r o d u c t i o na n di m p r o v ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y a n dq u a l i t yo f m a i n t e n a n c e i nt h i sp a p e r , a c c o r d i n gt ol - s h a p e db l a k eb e a mw e 缸s l e e v er e p a i rt e e l m o l o g y , i ti sp u tf o r w a r do f r i v e td e v i c ed e s i g n ，t h em a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa n dt e e l m i c a l f e a t u r e s t h r o u g ht h ed e m o n s t r a t i o no f r i v e td e s i g n ，ap r o j e c ta c c o r d i n gt op r a c t i c a l r e q u i r e m e n t si sa s c e r t a i n e d , a n d t h eo v e r a l ld e s i g no f t h e p r o g r a m , h y d r a u l i cs y s t e m d e s i g n ，m e c h , a n i c a ls t r u c t u r ed e s i g na n de l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e ma l ed e s i g n e d t h er i v e td e v i c em a i nt e c h n i c a lc l a a r a e t e r i s t i c so ft h ep r o c e s so p e r a t i n ga l e c o m p l e t e l ys a t i s f i e di nt h et e c l m i c a lr e q u i r e m e n t s ，l o wl a b o ri n t e n s i t yo p e , l a t i o i l s ，a g o o dp e r f o r m a n c e ，t h eo p e r a t i n ge n v i r o n m e n th a v eb e e ng r e a t l yi m p r o v e d t h er i v e t d e v i c eh a sb e e nt e s t e di nz h e n g z l a o un o r t hr o l l i n gs t o c ko e p o t , r i v e t i n go v e r8 , 0 0 0s e t s o fw e a rs l e e v e ，t h et o t a ly i e l dw a sm o l et h a n9 9 ，a n do p e r a t i n gt i m e ss h o r t e ng r e a t l y a n de f f i c i e n c yi n c r e a s e dm o l et h a nt l l r e et i m e s ，l a b o ri n t e n s i t yr e d u c e d , i ti sv e r y 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第页 k e yw o r d b r a k eb e a m ：w e a r s l e e v e ：r i v e t i n gd e v i c e ；t e c h n i c a lp a r m n e t e r 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 i 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密口，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：杨树森 日期：2 0 0 7 1 2 一1 5 指导老师签名： 日期： 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研 究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) l 型制动梁端轴磨耗套铆钉机首先解决了部分检修现 场没有适合于l 型组合式制动梁端轴磨耗套铆钉铆压作业的工 装问题，避免使用锤击铆压时不能保证检修质量，避免可能对 工人造成的意外伤害，提高压装工作效率。 ( 2 ) l 型制动梁端轴磨耗套铆钉机采用液压方式对磨耗套 铆钉进行铆压作业，作用力持续、稳定，对铆钉本身的影响很 ，j 、。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第l 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 1 1 1 我国货车发展方向 通过对我国铁路货车发展历史的回顾及国外铁路货车发展概况 的了解，为了适应我国目前经济发展的整体运输需求和铁路跨越式 发展的要求，我国铁路货车的发展方向有以下几点： 1 ) 整车以提速、重载为主。继续发展四轴货车，并向专用化方 阿发展。货车商业运营速度，快运货车应达到1 6 0k m h ；2 1t 2 3 t 轴重的通用货车应普遍达到1 2 0k m h ；2 5t 轴重的通用和专用货 车应不低于l o ok m h ；特种长大货物车空车应不低于1 0 0k m h ， 重车应根据不同情况达到7 0k m h 1 0 0k 皿h 。由于多轴货车的发 展受到速度的制约，因此我国通用货车仍应以四轴货车为主要车辆 结构形式，以提高轴重为主来提高车辆载重量。轴重应向2 3t 2 5t 发展。提高专用货车的比重，大力发展煤炭、粮食、油料、木材、 水泥、集装箱、汽车等专用车，适应国民经济多元化发展的需要。 对通用敞车，今后应继续以提高每延米重为目标，增大载重量， 车体结构应具有一定的强度和刚度储备，坚固耐用，适应恶劣装卸 作业条件的要求。同时，应进一步优化、改进敞车车体结构。提高 其抗腐蚀能力，对下侧门、中立门、下侧梁等易腐蚀部件可以采用 不锈钢制造。 从运用经验看，大秦线运煤专用敞车的开发设计应考虑以下3 点：( 1 ) 车辆使用频繁，年走行里程远远高于普通敞车，同时还要满 足2 万t 编组的要求，因此与普通货车相比，车辆结构应具有更高 的强度和刚度储备，车辆用材应具有更高的抗腐蚀能力( 耐大气和煤 腐蚀) ，车体内部尽量采用圆滑过渡结构，减少积煤和冻煤的可能因 素。( 2 ) 与秦皇岛3 、4 期煤码头匹配，即车辆长度、车辆定距、空车 最大高度适应翻车机压车粱的要求；车辆端部符合翻车机拨车臂作 业空间：侧柱的布置应避开翻车机振车器振车头的位置，转向架设 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第2 页 计s d 应考虑适应翻车机夹轮器位置要求等。( 3 ) 适应装车地点的装车 条件要求，在满足侧墙刚度的条件下，尽量降低车内撑杆的高度， 提高撑杆强度储备，或将c 8 0 型敞车铝制撑杆和撑杆座处结构改为 钢制结构，以免出现因装载机意外碰到撑杆而损坏等问题。敞车比 容应选择在1 0 8 m 3 t 1 1m 3 t 之间，适应大同地区的煤炭容重 要求。 对通用型棚车，应迸一步研究提高其比容和载重利用率，建议 发展采用轻质结构塞拉门，提高车门及门锁的运用可靠性和防盗性 能。研究采用隔墙、车端缓冲垫等防护装置，提高货物运输完好性。 对特种棚车，必须研究货物加固技术，并进一步提高新型机构运用 的可靠性。 共用平车除了轴重提高到2 3 t 2 5 t 以外，还必须提高集载能力， 适应新型桥梁、军运特载、大型钢卷的运输要求，并适应货物多样 性需求，发展桥梁、钢卷专用车。为节约木材资源，应加大对复合 地板、其他替代地板的耐久性的研究，并逐步全部采用替代地板。 对集装箱专用车，在有条件的线路上开行双层集装箱车，可以最大 限度地提高运输能力，其他线路开行缩短型集装箱车，缩短车辆长 度，在8 5 0 m 或1 0 5 0 m 的有效站台长度上尽量编组更多的车辆，增加 运输箱数，提高集装箱运输能力。此外，还应进一步研究提高集装 箱锁闭装置的可靠性。 从我国长大货物车发展和运用情况看，长大平车和落下孔车应 进一步完善载重系列化。长大平车载重目前有6 0 t 、1 2 0 t 、2 5 0 t 、2 6 0 t 、 2 6 5 t 几种，应补充载重2 0 0 t 、3 0 0 t 的长大平车。落下孔车载重目前 有1 5 0 t 、1 5 5 t 、2 5 0 t 、3 5 0 t 几种，应补充载重1 0 0 t 、2 0 0 t 、3 0 0 t 的落下孔车。从电力、冶金、化工等行业发展情况看，我国电力工 业中建设电厂的单机功率有由6 0 0 m w 向9 0 0m w 1 0 0 0w w 发展的趋 势，9 0 0m w 1 0 0 0m w 的整体式发电机定子的重量为4 5 0 t 5 0 0 t ， 采用三相分离式的内定子的重量在3 6 0 t 3 8 0 t 之间；冶金工业中， 最大板宽达到5m 的轧钢机牌坊重量为4 0 0 t 4 2 0 t ；化工行业中， 重油裂化装置和国家正在加紧立项建设的煤化油特大工程所需要的 各种催化、裂化、加氢反应器，其直径在4 m 5 m 左右，长度为8 m 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第3 页 3 0 m ，重量在4 0 0 t 1 0 0 0t 之间。根据以上情况，我国应发展4 5 0 t 左右的落下孔车，3 6 0 t 凹底平车4 5 0 t 落下孔车组合车，同时应研 制载重4 0 0 t 4 5 0 t 、专门运输大直径筒形反应器的中心梁式新型长 大货物运输车。 应研究发展大载重、低重心专用罐车，提高其运输能力和结构 设计可靠性，改善其运行品质。粮食和煤炭漏斗车应采用新型车体 结构，进一步研究采用气动或电动装卸货机构，提高其可靠性和装 卸效率。对冷藏车，应尽快淘汰或改造转型现有的状态不良、检修 费用大的冰冷车和机冷车，研究新型快速机械冷藏车、冷板冷藏车， 采用新型结构增强其抗腐蚀性，提高产品档次和运用经济性。 2 ) 货车零部件通用化。提高使用可靠性。为降低车辆制造和采 购成本，方便检修，货车主要零部件应向通用化、系列化方向发展。 已定型的转向架，建议强制采用统一的标准弹簧、斜楔、制动梁、 承载鞍等。进一步研究关键部件如车钩、缓冲器、制动装置、转向 架等的运用可靠性。 3 ) 完善标准，积极采用国外先进车辆标准。近年来，随着我国 铁路提速和重载技术的发展，部分铁路客车和货车的主要结构及零 部件出现了不同程度的损坏，没有达到正常的使用年限，这说明现 有的车辆考核标准难以适应车辆发展要求。因此，应进一步完善、 修订车辆强度和动力学的考核规范，制定各种专用货车的考核标准， 如长大货物车、大秦线运煤专用敞车等，并补充车辆主要结构和部 件的疲劳可靠性设计评估标准。根据铁路发展要求，结合国内外多 年来的运用经验和国内大量试验情况，修改、完善制约货车运用的 规章和条文，如铁路货物装载加固规则中有关货车重心高度与 速度的规定，以及提高铁路桥梁设计活载标准等。 从美国、欧洲和澳大利亚的铁路车辆强度标准来看，对车体的 刚度并没有具体的规定，而车辆的使用频次与我国基本相当或略低 些。我国的车辆强度规范除长大货物车外，其他各类客货车均对车 体刚度有严格的规定。因此，目前采用高强度钢材后，由于受到车 体刚度严格规定的制约，材料强度并没有得到充分的利用，建议今 后根据国内外的车辆运用情况，参考国外标准，放宽车体刚度指标 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第4 页 的考核标准。 1 1 2 制动梁发展及检修中存在的问题 铁路货车基础制动装置中，制动梁是受力比较复杂的部件，制 动梁要承受制动缸经各杠杆传动扩大后的负荷，又要使闸瓦贴紧车 轮踏面，是个重要配件。货车制动梁主要有两种形式的制动梁，一种 是t 形制动梁，另一种是弓形制动梁。t 形制动梁有旧型货车用的t 形制动梁和滑块式t 形制动梁：弓形制动梁有五大类： 1 ) 弓形滚子轴式滑槽制动梁。滚子轴式滑槽制动梁是由滑块式 滑槽制动梁改进而成的。 2 ) 槽钢弓形杆滚子轴式滑槽制动梁。在运用中发现，滚子轴式 滑槽制动梁的弓形杆因强度不足而折断的较多，现己将圆钢弓形杆 改为槽钢弓形杆。 3 ) 防脱式槽钢弓形杆滚轴滑槽制动梁。为消除槽钢弓形杆滚轴 滑槽制动梁的滚轴折断而发生制动梁脱落的故障，铁道部决定自 1 9 9 7 年起，新造和厂修的货车均改为防脱式槽钢弓形杆滚轴滑槽制 动梁。 4 ) 转k 3 型转向架制动梁。此种制动梁目前用在x ，k 型快速集装 箱货车转k 3 型转向架上。 5 ) l _ a 、l b 、l c 组合式制动梁。转8 a 型转向架的制动梁原为 滑块式制动梁，因滑块与侧架的滑槽间阻力大，容易发生闸瓦不缓解 和换闸瓦不便等问题，曾将滑块改成滚套加滚轴的结合方式，解决了 上面存在的问题但是滚子轴经常折断，制动梁脱落时有发生，严重 威胁行车安全为此又曾两次将制动梁滚子轴加粗并在闸瓦脱上增 设防脱翼板等措施这些局部改进没有本质上的结构改变，制动梁仍 然存在很多问题。近年来通过研究和实验，设计出组合式制动梁， 现己大量装车使用。 组合式制动梁分为卜a 、l - b 、l c 等三种型号，其中l - a 、l b 型是借鉴美国a a r 技术标准开发的，如图1 1 所示，l - c 型是在吸收 法国阿贝尔公司制动梁优点的基础上研制的，如图卜2 所示。l - a 、 l b 、l - c 等三种型号的制动梁是目前铁路货车转向架可整体互换使 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第5 页 用的通用制动梁，可用于转k 2 、转k 4 、转8 g 、转8 a g 、转8 a 等型 转向架上。l a 、l b 型制动梁的结构特点：( 1 ) 采用了模块化的组合 圈卜1l a 型、l - b 型制动梁 式结构，整个制动梁由几个主要部件组装在一起构成。( 2 ) 制动梁架 是特殊形状截面的异型钢材经切分、拉制而形成的弓形梁。( 3 ) 支柱 与夹扣是成对使用的部件，支柱前端的u 型接口支撑在制动梁架的 前杆部位，支柱后端和夹扣均有u 型接口，两者共同夹持在制动梁 架的后杆部位。( 4 ) 闸瓦托装在制动梁架两端，闸瓦托后部带有与制 动梁架截面形状相适应的止孔，制动梁架采用压力装配方式装入闸 瓦托的止孔内。( 5 ) 制动梁为滑块式结构，滑块在闸瓦托上铸出。 ( 6 ) 采用非金属滑块磨耗板。( 7 ) 制动梁为无焊缝结构，疲劳试验次数 达2 7 0 万次。l - c 型制动梁的主要结构特点：( 1 ) 由转8 a 型的滚子轴 式改为扁头的滑块式。滑块与制动梁端头连成一体，用优质钢整体 锻造，消除了原制动梁滚子轴焊缝裂损、折断的缺陷，并可防止闸 瓦低头磨轮。( 2 ) 支柱卡装在制动梁架中央，由定位螺栓在撑杆中央 处定位。材质由2 5 号铸钢改为优质钢锻造，消除了铸造缺陷，提高 了其强度等级，其结构经优化后，抗扭能力提高，可有效消除现有 制动梁支柱槽口裂纹。( 3 ) 弓形杆为轧制的优质圆钢，撑杆为轧制无 缝钢管。弓形杆与制动粱端头、撑杆与制动梁端头采用了过盈热套 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第6 页 新结构，使弓形杆与端头、撑杆与端头紧密连接而不产生应力集中。 ( 4 ) 闸瓦托与端头采用折头螺栓和防松螺母连接。端头伸出闸瓦托的 扁方头，即为制动梁的滑块，其上套有含油尼龙的滑块磨耗套，伸 入侧架的滑槽内。( 5 ) 滑块与制动梁端头锻成一体，取代了旧型制动 梁在闸瓦托圆弧槽中加焊滚子轴的结构，从源头上解决制动梁脱落 问题。( 6 ) 取消了受力焊缝连接结构，制动梁强度、刚度和疲劳强度 增大。 图卜2l - c 型制动粱 在铁路货车主要配件中，制动梁一直是故障率较高的配件之一， 是铁路货车安全防范的重点。在铁路货物运输向提速、重载发展的 形式下，随着列车制动力的加大、制动频次的增加和制动时间的延 长，制动梁的可靠性问题变得更加突出。 随着l 型制动梁的大量应用，根据铁道部运装货车 2 0 0 5 5 号 文件组合式制动梁检修工艺和技术要求，所有组合式制动梁段修时 制动梁端轴必须进行湿法磁粉探伤。因此，段修探伤过程中必须对 制动梁端轴磨耗套进行分解，探伤完毕后，再将制动梁端轴磨耗套 重新组装。另外，段修时如果发现制动梁滑块磨耗套裂纹、破损以 及厚度小于或等于4 m m 时要更换新品。 l 型制动梁端轴比早期的制动梁端轴有了很大的改进，早期圆端 轴加滚套的形式被淘汰，进而采用方端轴加磨耗套的形式，如图1 - 3 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第7 页 所示。方端轴的根部横截面积比圆端轴的根部面积大，根部受力状 况得到了极大的改善，但应力集中仍然存在，所以在货车段修组合 式制动梁检修工艺中，仍然要求对每根端轴进行探伤，不允许存在 深度超过1 毫米的裂纹等表面缺陷，存在深度不超过1 毫米的上述 缺陷时，允许用磨削方法消除。l 型制动梁端轴磨耗套的材质是含油 尼龙或改性尼龙，尼龙磨耗套是用铝制铆钉铆在制动梁滑块上，铆 接时不允许对铆钉进行加热，铆接后磨耗套不允许产生裂纹等破损 现象，且应将铆钉头高出滑块磨耗套表面的部分磨去。 目前，铁路货车l 型组合式制动梁( 以下简称制动梁) 已成 为我国铁路货车的主型制动梁。自2 0 0 2 年3 月首批制动梁开始装车 至今，国铁5 5 4 万辆货车中已有2 0 多万辆装用了此型号的制动梁， 近期仍将以每年1 0 万辆的速度递增。因此，该型制动梁的制造质量 直接影响着我国铁路的运输安全。但l 型组合式制动梁磨耗套在使 用中仍存在不同程度的损伤，比如2 0 0 3 年1 1 月，重庆西车辆段共检 修装用l b 型组合式制动梁的新造p 6 4 c x 型棚车1 1 辆。该车的闸瓦 托及端头采用一体式精铸件并用哈克铆钉与梁体连接，制动梁端头 装有含油尼龙滑块磨耗套。检修中发现，1 1 辆车的4 4 根组合式制动 梁端头滑块磨耗套共8 8 个均有不同程度的熔化破损或裂纹，其中最 严重的一个滑块磨耗套完全破碎，造成端头直接在侧架滑槽磨耗板 上滑行，严重危及行车安全。所以车辆段修时分解组装l 型制动梁 磨耗套的工作量非常大，急需既能够满足段修工艺要求又能降低工 人劳动强度的专用设备，于是铁路货车l 型制动梁滑块磨耗套铆钉 机就应运而生了。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第8 页 h 三卞寸 岁夕 t 卜ih，、 l f 向 二 一 零i 一 翻 i 呈小斌 l奢i 一一盈 弩复 一j fk i 可 自 二 一 靠器 9 、i (，ll 一 譬ri 蛤j 嚼， 忒 犷 夕 图1 - 3l 型制动粱滑块磨耗套 1 2 国内外研究现状 由于组合式制动梁使用时间还不长，所以组合式制动梁的检修 工艺装备也不完善。目前所使用的工艺装备主要有组合式制动梁检 修流水线、制动梁自动检测机、端头湿法探伤机、闸瓦托弧面铣床、 拉力试验器、乙炔切割设备、可移式拔套镶套机等。 l 型制动梁滑块磨耗套的铝铆钉，是由一根直径8 m m 长5 8 m m 的 铝杆制成，两端为平头，铆压过程为冷铆压。尽管货车车辆上使用 铆钉数量众多，但大部分为低碳钢铆钉，铆压过程也为热铆，铆头 形状也不尽相同。这些铆钉设备都不能用于l 型制动梁滑块磨耗套 铝铆钉的铆压上。现场操作中，由于没有适当的工具，操作人员就 使用下边垫砧铁，上边用大锤砸击的方法来进行铆压。这种方式自 由灵活，但是却很难保证铆压质量，由于在l 型制动梁滑块磨耗套 上，为铝铆钉的铆头预制了铆头坑，而这个铆头坑是稍大于铝铆钉 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第9 页 的，因此，砧铁固定不当或大小不合适的时候，其结果就是砧铁垫 在了尼龙磨耗套上，铆压过程中，不能将铆钉真正铆紧，而且将磨 耗套表面硌伤。同时，使用一般的小锤砸击，力度不够，使用大锤 砸击，同样也容易将磨耗套本身砸伤而不能铆紧铆钉。还有手工操 作对于铆头形状、压紧程度等都没有办法来控制。国际上由于美国 和法国采用组合式制动梁的时间较早，所以铆压设备比较成熟，而 国内此类设备相对比较少见，据了解辽宁本溪某单位研制了一种名 叫l 型制动梁磨耗套铝销冲铆机的设备，但该设备压紧力无法控制， 作业效率较低。另外有一种实用新型专利产品名为“铁路车辆转向 架制动梁端轴磨耗套破套夹具”，该产品专利可使制动梁端轴磨耗 套精确快速破裂，并不伤及端轴基体。它包括制动梁、拉环、端轴 外套、端轴，其特征在于：还有夹具底板、端轴锥面夹具、活动夹 具导杆、活动夹具、六角螺母、顶紧夹具、加力手轮、夹具加力螺 杆、活动夹具项块，制动梁的端轴锥面与端轴锥面夹具夹接，夹具 底板与端轴锥面夹具相接，并与顶紧夹具相接，活动夹具项块嵌装 于活动夹具的上部，夹具加力螺杆穿装于项紧夹具上，其一端顶住 活动夹具内的活动夹具项块，另一端与加力手轮相接，活动夹具导 杆分别穿过端轴锥面夹具下部、活动夹具下部及项紧夹具下部，并 由六角螺母固定于项紧夹具上。可使制动梁端轴磨耗套精确快速破 裂，并不伤及端轴基体。但这种产品破坏了制动梁端轴磨耗套，而 且还没有转化成产品。 基于以上原因，为了使铆钉头符合铆压要求，合理控制铆钉压 紧力，提高铆压质量，研制l 型制动梁磨耗套铆钉机就成为安全生 产和提高生产效率及检修质量的必要工装。 1 3 研制的主要内容、目标及步骤 为保证l 型制动梁磨耗套铆钉机研制成功，首先进行广泛的调 查研究，收集各种相关资料，在此基础上，对其进行归纳总结，设 定研制目标，形成初步解决方案，通过分析论证，可行性分析，最 终选定方案。设计步骤、主要内容及研制目标为： 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 0 页 1 3 1 调查研究 调查研究的主要内容包括查阅槽钢制动梁、防脱制动梁、组合 式制动梁型号、材料、重要尺寸及制动梁的发展趋势等；熟悉组合 式制动梁检修工艺流程、工序及技术要求；了解组合式制动梁检修 工艺装备：实地了解制动梁检修过程，研究分析检修中存在的问题， 查阅、搜集和分析检修台帐及有关资料，吸收类似车辆修造专用设 备的优点和其他先进的科学技术成就，为l 型制动梁磨耗套铆钉机 的研制提供设计依据。 1 3 2 研制目标 根据调查研究的结果，专用设备首先要满足组合式制动梁检修 工艺流程、工序及技术要求；其次应该提高l 型制动梁端轴磨耗套 铆接效率，保证铆接质量，减轻工人劳动强度；最后在满足基本功 能的前提下，尽量使结构简单，使用方便，减少环境污染等。 研制目标具体设定如下： 1 ) 按组合式制动梁检修工艺要求完成l 型制动梁端轴磨耗套铝 铆钉的铆接工作； 2 ) 预设铆接速度高于3 条分钟，工装准备时间少于2 分钟； 3 ) 在满足前两条的前提下，尽量减少噪音、粉尘等环境污染。 1 3 3 总体方案设计 总体方案设计的主要内容包括制定总体结构和工艺方案，l 型制 动梁端轴磨耗套铆钉机分为固定式和移动式两种，检修作业采用流 水线方式用固定式，检修作业采用定位作业方式用移动式。两种方 式在工作原理、性能和技术参数上基本一样。固定式铆钉机采用悬 臂吊悬挂，液压站放置在地面固定位置；移动小车式采用平衡转臂， 液压站随车移动，并作为配重放置在转臂后侧。 确定铆钉机的基本组成和工作原理，选定液压站和控制系统操 纵方式以及铆压部分作业原理。编制铆钉机总体设计方案框图并提 出有关的设计参数。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 l 页 1 3 4 技术设计和工作设计 技术设计就是根据总体设计已确定的工作原理及整体方案，设 计铆钉机铆压部分结构总图、液压系统原理图和电器控制原理图等。 在设计过程中，对总体方案设计中初定的数据、结构等做相应的调 整和修改。 完成技术设计并通过审查后，即可开展工作设计，即绘制各个 专用部件结构的施工样图、编制各部件零件明细表、编写设计计算 说明书、铆钉机使用及维护说明书等。 1 3 5 生产制造、试用及验收等 生产制造主要包括按照设计图纸进行零件加工、组织外协件生 产、通用零部件采购、装配、调试等。通过实践的检验，发现问题 解决问题，修改设计不足和错误。只有把研制的专用设备制造成功 了，经过试验鉴定合格，交付使用单位投入生产了，研制工作才算 圆满完成。 因此，一个完整的设计、制造项目，其研究的技术工作涉及面 广，工作量大，综合性与实践性较强。由于时间和篇幅的原因，本 论文仅对总体方案设计和技术设计进行了分析与论述，主要内容包 括铆压部分分析与设计、液压传动设计、电气控制设计等主要技术 问题，并对试用中出现的问题进行了分析和修正。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 2 页 第2 章铆钉机总体方案论证 2 1铆钉机设计任务书的确定 2 1 1 组合式制动粱检修工艺流程 研制l 型制动梁磨耗套铆钉机之前首先应该熟悉组合式制动梁 的检修工艺流程、工序及技术要求。 2 1 1 1 检修工艺流程 如图2 1 为车辆段对组合式制动梁检修工艺的流程图。 图2 - 1 组合式制动梁检修工艺流程 2 1 1 2 工序及技术要求 1 ) 检查鉴定 制动梁尺寸：进行测量，不符合时加修或更换。 衬套：检查裂纹、破损、松动或磨耗情况，对于具有裂纹、破损、 松动或磨耗大于2 m m 时更换新品。 磨耗套：检查裂纹、破损和厚度，对于具有或裂纹、破损和厚度小 于或等于4 m m 时更换新品。 制动梁安全链及吊座：链环直径原型为1 2 m m ，剩余直径小于9 m m 时 更换。安全链环吊座厚度原型为8 m m 。剩余厚度小于4 m m 时更换。 下拉杆安全吊：直径原型为1 2 m m ，剩余直径小于9 m m 时更换。安全 吊厚度原型为直径6 m m ，剩余厚度小于3 m m 时更换。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 3 页 2 ) 湿法磁粉探伤：对l a 、l b 型制动梁闸瓦托滑块根部和l - c 型制动梁端头进行湿法磁粉探伤。 3 ) 分解重新组装的制动梁需进行挠度载荷试验。 4 ) 涂打检修标记。 5 ) 填写质量记录及h m i s 录入。 2 1 2 铆钉机整体方案 目前车辆段制动梁的检修既有采用流水作业方式的也有采用定 位作业方式的，以流水作业为主，所以为了扩大铆钉机的适用范围， 应研制两种型号的铆钉机，即固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机和移动 式l 型制动梁磨耗套铆钉机，但是为了生产和检修方便，除了固定式 铆钉机增加了二节式悬臂吊，移动式铆钉机增加了移动台位的小车 式液压站以外，其他部分如铆压部分、液压控制部分、电气控制部分 等完全相同。 2 1 3 铆压部分设计方案及技术参数 研制目标要求既要满足组合式制动梁检修工艺要求，又要提高 工作效率，缩短工装准备时间，因此铆压部分采用弓形夹对位，冷 挤压直接成型的方案。磨耗套铝铆钉为标准件，根据受力分析计算 得知其铆压力在1 8 0 k n 左右，磨耗套铆钉机的铆压力是铆钉机后续 设计的基础。关键的作业部分尺寸确定后，根据相应的大小，确定 了铆压头等外围部件的尺寸。 2 1 4 液压系统设计方案及技术参数 铆压力确定以后，接着就要选配合适的液压驱动系统。首先是 油缸直径和系统压力的选择。根据液压工程手册，采用3 1 5 m p a 的 液压系统压力，在此基础上确定油缸直径。接着利用相关公式确定 系统流量和最终功率。选定油缸后，根据设定的作业时间目标，可 得出需要的系统流量，并计算出最终功率。目标设定中，铆压工序 时间为2 分钟，去除其他准备时间，铆压过程要小于2 0 秒钟，即油 缸单行程时间小于2 0 秒。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 4 页 2 2 铆钉机设计方案论证及整体设计 2 2 1 铆钉机设计方案论证 根据铆钉机设计任务书的要求，铆钉机将被研制成两种型式， 即固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机和移动式l 型制动梁磨耗套铆钉 机，铆压部分、液压控制部分、电气控制部分等相同的结构可以互 换。 l 型制动梁端轴磨耗套铆钉机采用液压直压方式，依靠液压缸的 推力，将磨耗套铝铆钉压制成型。 l 型制动梁端轴磨耗套铝铆钉机前部为一个开口为1 0 5 m m 的弓形 夹，弓形夹一端内侧安有一个砧垫，另一端安装液压缸，在内侧安 有一个可快速更换的铆头。工作的时候，将安有砧垫的弓形夹一头 项住端轴磨耗套铝铆钉一头，铆头对准铝铆钉另一头，按动控制按 钮，液压缸推动铆头压制铝铆钉成型。 弓形夹的横截面积为5 0 m m x 6 0 m m ，为了改善弓形夹的抗弯性能， 将其弯角部分设计成圆弧形状，在载荷集中点弓形夹的横截面很大， 在满足铆压力的同时，弓形夹能够保持很小的变形量。在设计时， 通过模拟计算，在保证强度的前提下，通过在弓形夹侧面开槽，减 轻了重量，改善了弓形夹的外观。最后完成的弓形夹尺寸在3 0 0 x 1 6 0 以内，可提供的压力保证达到1 8 0 k n ，保证了工作需要。 铆钉机的铆压头为一个快换铆压头，铆压头的尺寸按照铝铆钉 头的形状可以选用不同大小。 铆钉机的液压系统采用压力限定控制。即行程不限，只要铆压 力达到设定值，液压系统就不再推动铆头向前，而是保持压力。该 设计防止了因为铆钉尺寸不合适而硬压，造成构件损伤，压坏磨耗 套或产生铆压不合格。 在铆钉机的控制按钮电气回路上，采用2 4 v 的低电压，即使在 使用过程中发生线缆破损，按钮被水泡油浸发生漏电，工人的人身 安全也不会有任何危险。 在铆钉机的手柄上，有平衡器吊环，在平衡器作用下，整体操 作轻松自如，极大的方便了工人对位，该平衡器可以在一定范围内 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 5 页 调节平衡重量，根据工人习惯，可以调整工具手感。 2 2 2 铆钉机的整体设计 l 型制动梁磨耗套铆钉机主要有液压系统、控制系统、铆压部分、 工具吊架等组成。由于各站段的工艺线不尽相同，造成了制动梁的 检修工位不一致，因此，l 型制动梁磨耗套铆钉机又分为固定式和移 动式两种。 2 2 2 1 固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机 固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机组成如图2 2 ，主要由工具吊架 横梁、工具重量平衡器、工具吊架立柱、铆压部分、液压站及控制 箱等部分组成。 工具吊架立柱是固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机的基础，预埋 在组合式制动梁段修检修线的制动梁磨耗套铆压工作台位边上。 工具吊架横梁架设在工具吊架立柱上，可以围绕立柱做3 6 0 度 旋转，并且可以使铆压部分在制动梁两个磨耗套安装位置间转换。 工具重量平衡器悬挂在工具吊架横梁上，由弹簧作辅助力，可 以使铆钉机铆压部分在一定高度内自由浮动，以方便作业对位。 铆钉机铆压部分是整个铆钉机的核心部分，铆钉和磨耗套就是 在铆压部分的作用下，完成了分解或组装。 控制按钮安装在铆压部分上方的手柄上，通过简化动作，合并 了作业流程，只要通过两个按钮就可以完成磨耗套的分解组装作业。 液压系统是整个机器的动力来源，采用了3 1 5 兆帕的高压系统， 较高的富余动力系数使得系统负担很轻，延长了使用寿命，减少了 维护工作量。 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 6 页 叠木l 毫 1 i i 正培置电l l 一i 井曩赛木羹曩 i 平鲁吊曩i 妄i t l 定_ ，工鼻旱l l 彳时不完 i i 囊l 重量量- l 皇_ 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 7 页 2 - 2 固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机 2 2 2 2 移动式l 型制动梁磨耗套铆钉机 移动式l 型制动梁磨耗套铆钉机的液压系统、工具重量平衡 ，器、控制按钮和铆压部分与固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机相应部 分功能一样。 图2 3 是移动小车，它是移动式l 型制动梁磨耗套铆钉机的基 础，图中l 为铆钉机液压系统；图中2 为移动小车平台，它是装载 液压系统、工具悬挂臂的平台，可以在各工位间移动，方便定位作业； 图中3 为工具悬挂臂，工具悬挂臂是铆钉机铆压部分的悬挂位置， 为了便于作业，悬挂臂可以在小车平台上作大范围的摆动；图中4 为工具重量平衡器，使铆钉机铆压部分在一定高度内自由浮动，以方 便作业对位。 图2 - 3 移动小车 2 2 3 铆钉机尺寸选择和设计 2 2 3 1 固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机各部分尺寸确定 固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机主要应用在有固定检修流水线 的站段修车库，立柱高度不能高于检修线内侧空间。根据调研情况 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 8 页 一般车辆段采用的流水线内侧高2 7 米左右，因此立柱高度选择2 5 米，尽量向上侧靠近，为下边留出更多的工作空间，便于作业。立 柱可以借用检修线本身的立柱，也可以采用直径2 0 0 m m 的圆钢管焊 接而成。根据流水线尺寸和周边环境，工具吊横梁长度选择0 9 m ， 以免与其他检修设备发生干涉。根据工具重量和平衡器的重量，横 梁选用6 0 m m x 6 0 m m 的方钢管焊制即可满足强度需要，为了配合整体 流水线外观，采用8 0 m m x s o m m 的方钢管制作与流水线外观协调起来。 铆钉机铆压部分理论重量计算为2 21 唔，采用调整范围在1 7 2 5 蚝 的工具重量平衡器比较合理。 、固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机的外观尺寸及重量 外观尺寸( 长高x 宽) ：1 0 0 0 m m x 2 0 0 0 m m x 6 0 0 m m 整体重量：440kg 工具吊横梁回转尺寸( 半径角度) ： 9 0 0 m m x 3 0 0 。 2 2 3 2 移动式l 型制动梁磨耗套铆钉机各部分尺寸确定 移动式l 型制动梁磨耗套铆钉机主要应用在需要对制动梁检修 工位进行一定调整的站段。移动小车是保证可以进行工位调整的基 础，既要求能够灵活移动，又能在作业时保证足够的稳定性。考虑 现场环境，小车不能太大，否则不便于移动，设计尺寸为1 0 0 0 m m x 6 5 0 m m 。工具悬挂臂辅助吊起工具，下方就是作业空间，应尽可能保 证高度。悬挂臂伸展后，高度大于1 8 0 0 m m ，前伸长度大于1 0 0 0 m m ， 同固定式铆钉机一样，工具重量平衡器选择1 7 2 5 】唔。 移动式l 型制动粱磨耗套铆钉机的外观尺寸及重量 外观尺寸( 长x 高x 宽) ：1 3 0 0 m m x l l o o m m x 7 0 0 m m 整体重量：3 4 0 k g 悬挂臂展开尺寸( 前伸升高) ：1 0 0 0 m m x l 8 0 0 m m 悬挂臂回转尺寸( 半径角度) ： 1 0 0 0 m m x l 2 0 。 2 3 小结 研制l 型制动梁磨耗套铆钉机首先要确定设计任务书，设计任 务书的确定依据是组合式制动梁的检修工艺流程、工序及技术要求。 由于车辆段制动梁的检修线有流水作业和定位作业之分，因此需要 西南交通大学工程硕士研究生学位论文第1 9 页 研制两种型号的铆钉机，即固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机和移动 式l 型制动梁磨耗套铆钉机， l 型制动梁磨耗套铆钉机主要有铆压部分、液压控制部分、电气 控制部分等组成，固定式l 型制动梁磨耗套铆钉机还增加了工具吊 架横梁、工具吊架立柱等结构，移动式l 型制动梁磨耗套铆钉机增 加了移动小车，它是装载液压泵站、工具悬挂臂的平台，可以在各 工位间移动，方便定位作业。 综合考虑车辆段制动梁检修状况，确定固定式和移动式l 型制动 梁磨耗套铆钉机外观尺寸。 西南交通大学工程硕士研