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摘 要：安全索是铁路车辆转向架上的一种重要配件，特别是用于转K2型转向架及转K6型转向架。安全索由钢丝绳、端头和接头组成，分为钢丝绳与端头的连接紧固和钢丝绳与接头连接紧固，该文以安全索端头与钢丝绳连接紧固效果为研究对象，通过工艺手段进行分析分析不合格品产生原因，通过计算得出合理的挤压力，选用合适的生产设备。利用计算机虚拟技术建立安全索端头的冷挤压模型，采用有限元分析端头挤压变形后尺寸的变化和挤压力的变化，通过对不同尺寸的端头模型分析，选用合理的端头尺寸范围和钢丝绳尺寸范围。在实际生产过程中，由于端头加工后出现尺寸误差，在一定的公差范围为，加工出不同直径的端头进行试验，得出合理的公差范围，确保安全索端头与钢丝绳连接后的质量。
关键词：安全索 端头 钢丝绳
中图分类号：U298 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0087-01
铁路车辆转向架安全索是铁路车辆上的一种重要配件，由2根钢丝绳、2个端头和7个接头组成。端头材质BL2，接头材质6063-O，钢丝绳规格4ZBB6x19+1WS1770ZS满足〈GB/T8918-1996〉。常用于铁路车辆的转向架，特别是用于转K2型转向架及转K6型转向架。[1]钢丝绳与端头生产在实际生产存在着很多影响质量的问题。
1 安全索的组成和标准
（1）单根安全索承受10KN轴向拉力时，安全索不得破坏。安全索组装后，承受20KN拉力时，安全索不得破坏，安全索端头和接头不抽脱和滑移。
（2）钢丝绳端面深入端头孔不小于15mm。
2 端头与钢丝绳工艺分析
为保证安全索的生产质量，提高生产效率，将钢丝绳与端头挤压设为关键工序，严格控制产品质量。
钢丝绳加工后两端尺寸的直径和状态是钢丝绳穿入端头的关键，因此钢丝绳的生产工艺很关键，为了保证钢丝绳和端头连接紧固，必须把端头内孔加工的足够小，证钢丝绳的端面不分股，方便穿入。采用熔断工艺时，要减少氧化距离，如果氧化过长，在拉力试验过程中极易被拉断，不能满足生产要求。且要经常对熔断胎具进行清理，使钢丝绳切割后钢丝绳凝固端面不产生不规则堆积，使直径变大，减少二次处理几率。如果采用钢丝绳直接切断工艺，要确定钢丝绳在周转和组装时不开股，且组装后钢丝绳另一端不暴露在接头外部的情况，防止给操作者生产和转序过程中对身体造成伤害。
由于同一型号的钢丝绳的直径有一定的偏差，所以采用熔断工艺时，要尽量采购同一批次的钢丝绳，如果钢丝绳直径发生改变，要及时更换端头内孔直径和熔断机胎具。
在设计新型安全索的时候要根据技术要求，先计算端头挤压所需挤压力。先依剧要求初步选定端头的外形尺寸，先假定挤压后的端头和钢丝绳的外形尺寸。利用挤压变形的计算方法先初步计算出挤压所需压力在于实际应用所需进行检验。
通过计算可以得出端头所需挤压力，外径10.6mm左右的端头，所需挤压力大约在250kN左右，由于实际生产中端头和钢丝绳直径不同，所需挤压力也会不同。
3 利用有限元方法分析端头挤压变形，确定端头尺寸
利用有限元分析可以检验所需挤压力的大小和端头所需大小，通过不同尺寸的端头有限元分析，选择合适的端头尺寸。端头材质为标准件用碳素钢热轧圆钢，设置参数有限元分析数值。端头挤压时受到上端面的均布正挤压力，下端通过挤压模限位部分时受到反击压力，产生缩颈，小于挤压模限位尺寸的部分不受力，不产生变形，不会影响计算结果，针对外径11mm，内径4.3mm的模型，根据模型的约束条件与加载条件将已变形部位最小尺寸为分界线，去掉下端不受力的锥形部分。安全索端头剖分后，可得安全索端头的共剖分成8784个单元。
通过对比分析，得出适当减小安全索端头的直径，至多减少0.4mm，安全索端头对内径中钢丝绳的压力依旧满足安全索的轴向拉力指标。结合冲压机总压力的经验公式，选取合适的端头外径尺寸Φ11.4mm～Φ11.5mm和内径尺寸Φ4.2mm～Φ14.3mm。通过有限元分析在适当减小安全索端头的直径的基础上，确保端头挤压后的能够有效降低冲压机的磨损。
为确保实际生产过程中可能由于生产误差生产出不同直径的端头，根据计算结果和以往经验，选取4种直径的端头各10件进行挤压，分别为Φ11.3mm、Φ11.4mm、Φ11.5mm、Φ11.6mm，挤压后直径为Φ9.98mm，拉力试验后发现，Φ11.4mm、Φ11.5mm两种拉力试验效果最好，挤压后端头长度28+2mm，挤压前端头外径选Φ11.4mm所以端头总长为26.5mm为最佳长度。考虑到圆端尾端要倒角，生产后会产生毛刺，所以尺寸为26.5+0.5mm，端头圆端长度取10mm之间最好。圆端直径选定4种尺寸9.5mm、9.7mm、10mm、10.3mm经挤压后，挤压后端头长度均符合要求，但考虑到内孔长度越长，钢丝绳与端头的摩擦力越多，选定直径10.3mm最合适。当选定为10mm时选定缩径后发现挤压后直径伸长量为3mm左右，考虑到钢丝绳加工后氧化长度3mm左右，为保证钢丝绳实与端头有效长度，端头挤压前钻孔18mm，端头挤压后，内孔缩小变为Φ3.6mm。钢丝绳与端头紧密连接，绳股间产生凹槽。按此尺寸加工后的端头后经挤压后，拉力试验合格。
4 结语
经过生产验证，上述改进方案能够满足安全索制造的技术要求。通过挤压力计算和有限元分析可以得到所需端头和钢丝绳尺寸，和所需设备的标准，减少生产周期，提高生产效率和产品质量。另外本文可以对钢丝绳连接和挤压件生产可以提供一些帮助。
参考文献
[1] 祁忠星.铁路货车用K2转向架安全索制造工艺研究[J].科技创新与应用，2013（13）：55-56.
关键词：安全索 端头 钢丝绳
中图分类号：U298 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0087-01
铁路车辆转向架安全索是铁路车辆上的一种重要配件，由2根钢丝绳、2个端头和7个接头组成。端头材质BL2，接头材质6063-O，钢丝绳规格4ZBB6x19+1WS1770ZS满足〈GB/T8918-1996〉。常用于铁路车辆的转向架，特别是用于转K2型转向架及转K6型转向架。[1]钢丝绳与端头生产在实际生产存在着很多影响质量的问题。
1 安全索的组成和标准
（1）单根安全索承受10KN轴向拉力时，安全索不得破坏。安全索组装后，承受20KN拉力时，安全索不得破坏，安全索端头和接头不抽脱和滑移。
（2）钢丝绳端面深入端头孔不小于15mm。
2 端头与钢丝绳工艺分析
为保证安全索的生产质量，提高生产效率，将钢丝绳与端头挤压设为关键工序，严格控制产品质量。
钢丝绳加工后两端尺寸的直径和状态是钢丝绳穿入端头的关键，因此钢丝绳的生产工艺很关键，为了保证钢丝绳和端头连接紧固，必须把端头内孔加工的足够小，证钢丝绳的端面不分股，方便穿入。采用熔断工艺时，要减少氧化距离，如果氧化过长，在拉力试验过程中极易被拉断，不能满足生产要求。且要经常对熔断胎具进行清理，使钢丝绳切割后钢丝绳凝固端面不产生不规则堆积，使直径变大，减少二次处理几率。如果采用钢丝绳直接切断工艺，要确定钢丝绳在周转和组装时不开股，且组装后钢丝绳另一端不暴露在接头外部的情况，防止给操作者生产和转序过程中对身体造成伤害。
由于同一型号的钢丝绳的直径有一定的偏差，所以采用熔断工艺时，要尽量采购同一批次的钢丝绳，如果钢丝绳直径发生改变，要及时更换端头内孔直径和熔断机胎具。
在设计新型安全索的时候要根据技术要求，先计算端头挤压所需挤压力。先依剧要求初步选定端头的外形尺寸，先假定挤压后的端头和钢丝绳的外形尺寸。利用挤压变形的计算方法先初步计算出挤压所需压力在于实际应用所需进行检验。
通过计算可以得出端头所需挤压力，外径10.6mm左右的端头，所需挤压力大约在250kN左右，由于实际生产中端头和钢丝绳直径不同，所需挤压力也会不同。
3 利用有限元方法分析端头挤压变形，确定端头尺寸
利用有限元分析可以检验所需挤压力的大小和端头所需大小，通过不同尺寸的端头有限元分析，选择合适的端头尺寸。端头材质为标准件用碳素钢热轧圆钢，设置参数有限元分析数值。端头挤压时受到上端面的均布正挤压力，下端通过挤压模限位部分时受到反击压力，产生缩颈，小于挤压模限位尺寸的部分不受力，不产生变形，不会影响计算结果，针对外径11mm，内径4.3mm的模型，根据模型的约束条件与加载条件将已变形部位最小尺寸为分界线，去掉下端不受力的锥形部分。安全索端头剖分后，可得安全索端头的共剖分成8784个单元。
通过对比分析，得出适当减小安全索端头的直径，至多减少0.4mm，安全索端头对内径中钢丝绳的压力依旧满足安全索的轴向拉力指标。结合冲压机总压力的经验公式，选取合适的端头外径尺寸Φ11.4mm～Φ11.5mm和内径尺寸Φ4.2mm～Φ14.3mm。通过有限元分析在适当减小安全索端头的直径的基础上，确保端头挤压后的能够有效降低冲压机的磨损。
为确保实际生产过程中可能由于生产误差生产出不同直径的端头，根据计算结果和以往经验，选取4种直径的端头各10件进行挤压，分别为Φ11.3mm、Φ11.4mm、Φ11.5mm、Φ11.6mm，挤压后直径为Φ9.98mm，拉力试验后发现，Φ11.4mm、Φ11.5mm两种拉力试验效果最好，挤压后端头长度28+2mm，挤压前端头外径选Φ11.4mm所以端头总长为26.5mm为最佳长度。考虑到圆端尾端要倒角，生产后会产生毛刺，所以尺寸为26.5+0.5mm，端头圆端长度取10mm之间最好。圆端直径选定4种尺寸9.5mm、9.7mm、10mm、10.3mm经挤压后，挤压后端头长度均符合要求，但考虑到内孔长度越长，钢丝绳与端头的摩擦力越多，选定直径10.3mm最合适。当选定为10mm时选定缩径后发现挤压后直径伸长量为3mm左右，考虑到钢丝绳加工后氧化长度3mm左右，为保证钢丝绳实与端头有效长度，端头挤压前钻孔18mm，端头挤压后，内孔缩小变为Φ3.6mm。钢丝绳与端头紧密连接，绳股间产生凹槽。按此尺寸加工后的端头后经挤压后，拉力试验合格。
4 结语
经过生产验证，上述改进方案能够满足安全索制造的技术要求。通过挤压力计算和有限元分析可以得到所需端头和钢丝绳尺寸，和所需设备的标准，减少生产周期，提高生产效率和产品质量。另外本文可以对钢丝绳连接和挤压件生产可以提供一些帮助。
参考文献
[1] 祁忠星.铁路货车用K2转向架安全索制造工艺研究[J].科技创新与应用，2013（13）：55-56.