FXD1B型机车齿圈吊装工装设计

 

杨洁涛 徐科学

【摘要】：在FXD1B型机车转向架驱动单元组装过程中，需要将齿圈吊运入齿轮箱中，再将带齿轮毂的车轴送入齿轮箱中完成装配。特殊结构和组装工艺要求使用专用的齿圈吊具完成齿圈的装配,需要进行专用吊具设计。

【关键词】：齿圈吊具 装配 设计

1概述

在FXD1B型机车驱动装置组装过程中，驱动的结构特性决定了现场操作者需要先将从动齿圈以竖立姿态装入齿轮箱内，再将带齿轮毂的车轴送入齿轮箱中，将齿轮毂与齿圈通过螺栓进行连接。在整个组装过程中，齿圈处于立式状态，现场没有合适的齿圈吊具工装对齿圈进行吊运，因此，需要研究设计专用的、适合的齿圈吊具工装。

本文针对FXD1B型机车提出专用齿圈吊具工装设计方案，使用CAD软件进行图纸绘制，利用UG高级仿真功能和强度校核公式计算对该工装主要受力部件进行了静力分析，验证了工装合理性。

2 齿圈吊具工装的设计

根据驱动装置及各零部件的结构和齿圈装配工艺流程，设计了齿圈吊具，齿圈吊具机械结构主要由起吊部分，梁体，基座和锁紧装置四部分组成。操作者通过手柄调节锁紧装置对齿圈进行有效锁紧，然后通过调节吊耳在横梁上的位置调节起吊重心，最后使用天车起吊已安装好齿圈的吊具，进行齿圈的装配，如图1所示。

图1 齿圈吊具工装二维结构图

2.1 吊具梁体设计

考虑到从动齿圈需要在水平方向移动吊入齿轮箱，而又在竖直方向与天车连接。因此梁体设计成“7”字型，这样的梁体既可以将齿圈送入齿轮箱内，又可以避免在工作过程中与齿轮箱发生干涉。

2.5 锁紧装置设计

锁紧装置最主要的功能在于有效锁紧齿圈，锁紧装置一共有4个，主要是通过锁紧钩来实现齿圈的锁紧。

3 强度校核与静力分析

通过对齿圈吊具工装进行强度校核和静力分析，能够验证工况下工装的承受载荷能力和抵抗变形能力是否满足要求。对于本工装的连接件和锁紧装置，主要受剪切和拉压，可以不进行计算；对于梁体，主要受弯曲，是受力主体部分，需要进行计算和分析，因此工装的强度校核和静力分析主要是在梁体部分。

3.1 梁体强度校核

根据齿圈质量确定工装额定载荷350Kg，在吊运齿圈过程中可以看作是匀速运动，因此作用在梁体上的天车拉力为：

由于起吊位置的变化会导致梁体所受力矩的变化，吊具最远起吊位置距离为800mm，因此可以计算出最大力矩为：

对于弯曲强度校核需要根据截面形状确定抗弯截面系数，梁体的截面可视为的空心方钢管，其抗弯截面系数为：

根据机械弯曲强度计算公式可得出横梁所受弯曲应力为：

梁体材料采用的是Q345B低碳合金钢，屈服强度为[σ]=345，因此：

所以，梁体弯曲强度符合要求。   

3.2 梁体的静力分析

通过使用UG软件中的高级仿真模块对梁体进行了静力分析。

图 2 梁体受力应力云图

从应力云图2中可以发现，梁体最大应力为45.9053MPa，与强度校核计算得出的应力值42.02MPa相比较误差较小，验证了此次有限元分析的可靠性，应力最大位置在横梁纵梁交汇处，因此在后期设计中在该处焊接了加强板，进一步提高工装的安全性能。

4 工装使用效果验证

在齿圈吊具制作完成后，对工装进行使用效果验证。现场操作者按照工艺规程使用齿圈吊具工装对一个FXD1B齿圈吊具进行装配。

在上述整个过程中，齿圈吊具梁体承重良好，横梁上重心调节顺利，锁紧装置能够有效锁紧，但基座部件有部位未进行圆角处理，有伤及齿面的风险，已通知制作厂家进行返工。总体上，齿圈吊具工装使用验证效果良好，能够满足日常工作使用要求。

5  结论

本文为FXD1B齿圈吊具工装的设计，对工装做了结构设计和静态分析，并在工装制作完成后进行了现场使用验证。经现场实际使用验证，齿圈吊具工装满足要求，使用效果良好，可以投入日常工作使用，同时后续其他类似结构也可采用同样的设计。

参考文献

[1]孙志礼,马星国,黄秋波等. 机械设计[M].北京:科学出版社,2007.

[2]成大先主编.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2017.

[3]GB/T 26079-2010,梁式吊具[S].北京:中国标准出版社,2011.

[4]麓山文化.UG NX7.0从入门到精通[M].北京：机械工业出版社,2010.