建立一个更安全的程序，为PRASA汽车教练提供服务

南非客运铁路管理局(PRASA)是一家国有企业，负责在整个南非提供客运铁路服务。他们有2228公里的轨道，1311辆汽车客车和3424辆客车可供使用。大部分客车采用5M系列牵引电动机。这些必须在规定的时间间隔内或当电机发生故障时进行维修。在这些事件中，电枢轴轴承是最经常更换。尽管有工作说明规定使用感应加热器来释放轴承最初恢复的过盈配合，但由于每天都要拆卸轴承套圈的体积，因此从未被视为可行的替代方案，因此没有遵循该程序。所涉及的工匠声称，没有向他们提供感应加热器，因此他们退回到使用氧乙炔加热轴承的旧方法，如图1所示。然后用撬棍把轴承从轴上撬开。目前的程序需要三个人的工作。在与PRASA管理层的对话中，拆卸轴承的过程被认为是整个过程中的一个严重问题。

图1:轴承预热[Page, 2019]

由于以下几个原因，这种方法是不可接受的:

• 由于温度过高，对维护人员有伤害危险
• 有一个安全问题，因为使用氧乙炔，特别是如果瓶子没有正确固定或如果应该有泄漏
• 它带有损坏电枢本身的危险，特别是由于使用撬棍而导致的接线转弯
• 当轴承从轴上松开并掉到地板上时，维修人员有被烧伤的危险
• 由于所使用的工艺不符合规定的官方工作指示，因此公司有可能因使用危险的工艺而对维修人员造成伤害
• 错误判断加热时间或没有去除同轴轴的race导致程序必须重复，一旦零件冷却
• 使用氧乙炔加热轴承套圈是主要的安全隐患，并且在加热过度或加热不均匀时经常导致延迟。

主要针对这些原因，轴承拉套系统被认为是最合适的。PRASA要求设计一种工具来拆卸轴两端的轴承。

吸引人的设计

经典的三颚轴承拉拔器的设计是众所周知的，但由于轴承的尺寸和在提取过程中需要牢固地固定它们，因此不适合这种特殊情况。它们需要在对电枢轴损害最小的情况下拆除，并尽可能消除对人员的危险。因此，拉杆应将轴承包裹起来，使其与轴正确对齐。该组件如图2所示。

图2:轴承提取器工具的半部分[Page, 2019]

换向器端环分为两半，以便它可以安装在轴承和拉管上。它由固定环固定在位置上。布什，最初指定为黄铜，最终是由磷青铜和螺纹与ACME螺纹作为强迫棒。强制杆有一个锥形组件，安装在其工作端，配有推力轴承。在某一阶段，曾考虑用液压缸代替强迫杆，考虑这样做可能是有利的。最终决定保留目前的设计，因为它被认为是更可控的，并且使设计模块化和完整，不需要外部泵和软管。

图3换向器端环应力分析

最初计划在拆卸前重新引入轴承的感应加热。人们注意到，如果可以设计一种工具，可以在不加热的情况下拆卸轴承，则拆卸速度将加快，不需要外部电源，并且可以消除工人受伤的风险。该工具在设计时考虑了这些因素。这需要一个完整的有限元分析，以确定工具的薄弱环节。结果如图3所示。

计算得到的最高应力为38MPa，远远低于En8等普通低碳钢的屈服应力。

实验

决定对轴承进行氧乙炔预热和不进行氧乙炔预热的设计测试，因为后者将是最佳解决方案。该工具安装在几个轴承上，从较小的轴承开始。应变片固定在拉管上，因为这是两个轴承共同的，它们具有不同的外径，因此需要不同的换向器端环。然后安装固定环，并将应变计系统连接到数据采集装置。使用扳手转动强制杆，直到轴承从轴上拆卸下来。测量了扳手施加到强制杆上的扭矩，从而可以计算传递的力。在一些较小的轴承上成功地重复了该过程后，在较大的轴承上重复了该测试。

实验结果

即使在轴承未加热的情况下，该工具也能成功地用于较小的轴承。在较大轴承的情况下，强迫杆推力轴承在载荷作用下失效，因此没有得到有效的结果。这要求重新设计推力轴承组件，这已经完成。然而，由于为应对COVID-19病毒爆发而立法关闭，没有记录任何测试。

结论

该设计显示了一个更安全的程序，以消除电枢轴轴承，而不使用预热大有希望。其结果是一个更安全、更快速的过程，不需要外部资源供应，如电力或热量。

参考:

1. Page, J.B.(2019)牵引电机电枢轴拆卸零件的工具和方法设计。德国斯泰伦博斯大学机械与机电工程系。