電氣化鐵路特形定位器彎管工裝設(shè)計

馬仕祥

（中鐵建電氣化局集團軌道交通器材有限公司，江蘇 常州 213179）

接觸網(wǎng)在電氣化鐵路供電回路中起著十分重要的作用，為了滿足鐵路運輸?shù)男枰佑|網(wǎng)必須全天候不間斷供電，直接影響著電氣化鐵路的運行可靠性。接觸網(wǎng)作為無備用的供電設(shè)備，必須保證高的可靠性。特形定位器主要用于絕緣關(guān)節(jié)中心柱處固定接觸線位置，保證接觸線工作平面平行于軌面，并承受接觸線的水平拉力。在實際生產(chǎn)過程中，容易產(chǎn)生管材彎曲部位附近的直線段截面發(fā)生畸變的問題，不僅影響著后續(xù)產(chǎn)品裝配導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，也制約著定位管質(zhì)量的提高。因此，對現(xiàn)有的特形定位器管彎管工藝進(jìn)行優(yōu)化不僅是對公司產(chǎn)品質(zhì)量的保證，更是對廣大旅客的生命安全和國家財產(chǎn)安全的負(fù)責(zé)。

1 現(xiàn)有特形定位器管彎管問題分析

如圖1所示為特形定位器示意圖，特形定位器管的材料為6082鋁合金，需經(jīng)管材彎曲成形。在彎曲初始階段，特形定位器管的彎曲內(nèi)側(cè)半徑大于凸模的圓周角半徑，隨著彎管機上凹模的旋轉(zhuǎn)，直管與凸模表面逐漸靠緊，當(dāng)凸模、管材、凹模三者完全壓合時，彎曲過程結(jié)束。在此過程中，管材彎曲的圓弧部位會逐漸變扁，其內(nèi)壁上承載著很大的變形力，容易導(dǎo)致管材需要彎曲部附近的直線段截面發(fā)生畸變，通過生產(chǎn)統(tǒng)計可知管徑彎曲后變形尺寸超過0.5mm，不僅導(dǎo)致后續(xù)的裝配效率低下，而且部分變形尺寸過大的定位器管無法完成裝配而造成報廢，提高了成本；此外，過大的變形量會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，在工作狀態(tài)下與工作荷載疊加容易使管材發(fā)生開裂，為通車后的實際應(yīng)用過程帶來安全隱患。因此，針對特形定位器管彎管成形存在的問題進(jìn)行深入的研究，通過必要的實驗驗證和數(shù)據(jù)分析，設(shè)計開發(fā)一種防變形彎管工裝，有效解決上述技術(shù)缺陷，消除長期困擾電氣化鐵路接觸網(wǎng)定位裝置的一大隱患。

2 防變形彎管工裝方案設(shè)計

2.1 方案的提出

圖1 特形定位器示意圖

針對現(xiàn)有彎管過程中與變形圓弧連接的直線段容易發(fā)生截面畸變的問題，提出了一種防變形彎管工裝設(shè)計的方案，將該工裝在彎管過程中置于定位器管的直線段部位，撐住定位器管內(nèi)壁，防止其發(fā)生變形。由于定位器管在彎曲過程中會使定位器管產(chǎn)生變形而夾緊放置在管內(nèi)的工裝，所以該工裝的外徑需要設(shè)計成可調(diào)整的形式，在管材抱緊該工裝后，通過變小工裝外徑尺寸，使其能順利從管材中取出，故考慮將該防變形彎管工裝設(shè)計成由彈性夾頭和定位管芯軸組成的結(jié)構(gòu)形式。彈性夾頭利用摩擦力的原理，設(shè)計為莫氏錐度，具有自鎖能力。

2.2 方案的設(shè)計思路

如圖2所示為防變形彎管工裝示意圖，該工裝由彈性夾頭和芯軸兩部分組成，分別如圖3和圖4所示。彈性夾頭外形為兩段直徑不等的柱形整體結(jié)構(gòu)，大頭外徑尺寸視所彎管管材內(nèi)徑尺寸設(shè)計，其值略小于所彎曲管材的內(nèi)徑尺寸，小頭外徑為大頭外徑的4/5，內(nèi)部具有與芯軸外形相配合的通孔，彈性夾頭的通孔分為通孔上段、通孔中段和通孔下段，通孔上段呈光滑的倒錐形，通孔中段呈光滑的圓柱形，通孔下段呈具有內(nèi)螺紋的圓柱形，沿彈性夾頭的上半段開設(shè)有4個沿圓周均勻分布的縱向豎槽，彈性夾頭的下半段橫向開設(shè)有圓孔，豎槽延伸至圓孔，且豎槽底部與圓孔相連。

芯軸分為上段、中段和下段，芯軸上段呈光滑的倒錐形，與彈性夾頭通孔上段相配合；芯軸中段與通孔中段相配合呈光滑的圓柱形；芯軸下段具有與彈性夾頭通孔下段相配合的外螺紋。芯軸的上端面設(shè)有一體結(jié)構(gòu)的圓柱豎桿，并設(shè)有與圓柱桿一體的六角螺母，以向芯軸加載扭矩。芯軸的外側(cè)與彈性夾頭的內(nèi)側(cè)相配合，并通過螺紋連接，螺紋配合的松緊控制彈性夾頭大頭的外徑在一定范圍內(nèi)變化。

彎曲管件之前，彈性夾頭和芯軸螺紋之間為松動配合，使芯軸的錐形外壁與彈性夾頭的錐形內(nèi)壁不接觸，保證彈性夾頭大頭外徑為原始狀態(tài)，并將彈性夾頭和芯軸組成的整體放入管材內(nèi)變形圓弧過渡的直線段部位，然后擰緊螺紋，芯軸的錐形外壁與彈性夾頭的錐形內(nèi)壁貼合，并撐開彈性夾頭的大頭，使彈性夾頭的大頭外徑增大并與所需彎曲的管件內(nèi)壁緊密貼合，此時，彈性夾頭和芯軸組成的整體為剛性結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行管件彎曲工序，待管件彎曲結(jié)束后，旋松彈性夾頭和芯軸之間螺紋，隨著螺紋的旋松，芯軸的錐形外壁與彈性夾頭的錐形內(nèi)壁由貼合到逐漸分離，彈性夾頭大頭外徑將恢復(fù)原始狀態(tài)，此時，彈性夾頭和芯軸組成的整體可順利從管內(nèi)抽出。

圖2 防變形彎管

圖3 彈性夾頭示意圖

圖4 芯軸示意圖

2.3 生產(chǎn)試驗驗證

如圖5所示為所設(shè)計的防變形彎管工裝實物圖，芯軸與彈性夾頭通過螺紋連接，芯軸圓柱桿通過焊接固定在芯軸上端面。彈性夾頭和芯軸均采用40Cr材料加工成形，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后可得到較高的強度和韌性等綜合機械性能，能有效地抵抗彎管過程管材變形所產(chǎn)生的壓力。在彎管前將保持螺紋松動狀態(tài)的彈性夾頭和芯軸整體放置于鋁管內(nèi)孔中，然后在芯軸螺桿上施加扭矩，使彈性夾頭圓柱外表面與鋁管內(nèi)壁緊密貼合，如圖6所示。之后啟動彎管設(shè)備彎曲管材，由于彈性夾頭圓柱體外表面與定位器管直線段內(nèi)表面緊密貼合，能有效避免了管材上與彎曲部位相連的直線段截面容易發(fā)生變形的問題。如圖7所示為彎曲后的定位器管，使用該工裝后，管徑的變形尺寸控制在0.06mm以內(nèi)，遠(yuǎn)小于改進(jìn)前的0.5mm，在極大地提高了產(chǎn)品合格率以及后續(xù)裝配工作效率的同時，也提高了產(chǎn)品質(zhì)量，從而保證了接觸網(wǎng)定位裝置的安全性和可靠性。

圖5 防變形彎管

圖6 彎管過程

圖7 定位器管實物圖

3 結(jié)語

通過對現(xiàn)有特形定位器管彎管成形過程中存在的問題進(jìn)行分析，設(shè)計了一種防彎管工裝，解決了原彎管過程中管材直線段截面變形尺寸過大的問題，成功克服了彎管過程中的此類技術(shù)缺陷，使管徑變形尺寸控制在0.06mm以內(nèi)。使用該防變形彎管工裝后的特形定位器已大批量生產(chǎn)并使用，效果良好。該設(shè)計方案可廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)金屬管材彎曲過程中，預(yù)防彎曲部位附近的直線段截面發(fā)生畸變的問題。