劉明雨

摘要：地鐵車輛輪對是車輛最重要的部件之一，承受車輛的全部動靜載荷，對列車的運行安全影響巨大。本論文將從輪對的車削修復(fù)時遇到的打滑問題所采取的工藝原則和要求等方面進(jìn)行論述，使輪對的車削修復(fù)質(zhì)量得到保證，確保列車的安全運行。

關(guān)鍵詞：輪對；不落輪；車削；打滑

地鐵列車平均每運行5萬公里輪對的失圓和踏面形狀改變將超限，為了保證運行的安全和乘客乘坐的舒適度，就需要對輪對進(jìn)行車削修復(fù)，在工作中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重擦傷、磨耗的輪對車削修復(fù)的難度大，車削時經(jīng)常出現(xiàn)損壞刀具、驅(qū)動輪與輪對打滑進(jìn)一步損傷輪對的現(xiàn)象。

一、問題的提出

我公司從法國某公司引進(jìn)一臺不落輪車床，用于在不拆卸轉(zhuǎn)向架和輪對的情況下對車輪的輪緣踏面外形進(jìn)行修整加工。該車床與利用輪對的軸箱作為主軸軸承，采用4個摩擦驅(qū)動輪舉升輪對離開軌道一定高度，用軸箱支撐和軸箱壓爪固定輪對軸箱，4個摩擦驅(qū)動輪帶動輪對旋轉(zhuǎn)，微機數(shù)控、伺服電機驅(qū)動刀架進(jìn)給，完成車輪踏面切削加工，在車削擦傷輪對時，經(jīng)常出現(xiàn)驅(qū)動輪與輪對打滑進(jìn)一步擦傷輪對的現(xiàn)象。

二、分析問題

1.地鐵車輛輪對參數(shù)

輪對按鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術(shù)條件》制造。輪對材料類似優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼60#鋼，切削加工性不高，冷變形塑性低。車輪輪輞表面硬度為HB270～341，車輪踏面下30mm處輪輞硬度為HB265～320。輪對廓形采用鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機車車輛車輪輪緣踏面外形》的LM型。

2.輪對的運行特性

1）車輪在運用中與鋼軌接觸部分承受很大的壓力和沖擊力，其接觸表面產(chǎn)生彈性變形和很大的接觸應(yīng)力，產(chǎn)生軟硬不同；

2）在運行中，左右兩輪不可避免地以不同徑在鋼軌上滾動，產(chǎn)生滑行和車輪磨耗；

3）在制動中，車輪與閘瓦劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，反復(fù)產(chǎn)生熱變，表面硬度將會大幅提高，特別是緊急制動后輪對與鋼軌滑行產(chǎn)生部分輪對擦傷，擦傷位置硬度更高。

所有這些是造成輪對橢圓，輪緣和踏面磨耗，而這些現(xiàn)象在車削修復(fù)時造成斷屑困難、車削力大，驅(qū)動輪與輪對打滑進(jìn)一步擦傷輪對。

3.機床驅(qū)動輪圓弧面與圓柱面過渡，與輪對的接觸位置位于輪對踏面的輪徑測量線附近，且此處正是與鋼軌接觸的位置（圖1），所以此處磨耗較大，擦傷、失圓、剝離等缺陷在此出現(xiàn)，驅(qū)動輪在此處帶動輪對必然會產(chǎn)生振動，引起摩擦力下降，驅(qū)動輪的后面圓柱部分與輪對形成點接觸，如圖2所示，接觸面積不足，摩擦力不夠，遇切削阻力而產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。

以上分析得出造成輪對打滑的主要原因是驅(qū)動輪位置不合理和圓弧形狀不合理，造成摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩不足造成的。

三、采取的措施

針對上述分析對驅(qū)動輪與輪對的接觸位置、形狀、接觸壓力、切削用量進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1.設(shè)法改變驅(qū)動輪的位置，平穩(wěn)傳遞轉(zhuǎn)矩

使驅(qū)動輪在一定的壓力作用下平穩(wěn)在接觸處產(chǎn)生切向摩擦力而傳遞轉(zhuǎn)矩，要直接改動驅(qū)動輪的位置工程非常大，分析活動軌與車輪輪緣的關(guān)系后，可以改變輪對的裝夾位置，盡量讓驅(qū)動滾輪離開擦傷位置來實現(xiàn)。

輪對的裝夾定位方法如圖1所示，圖中的輪對的徑向定位依靠外軸支撐和軸箱下壓爪固定，限制了4個自由度，輪對的軸向定位依靠左右兩個橫向支撐定位，限制了1個自由度，左右兩個橫向支撐設(shè)定一個全壓，一個半壓，便于輪對不與軸線垂直時，能夠適量伸縮，消

圖1 輪對的裝夾定位

除了軸向過定位，輪對的內(nèi)側(cè)距1353+2mm，標(biāo)準(zhǔn)軌距1435mm，機床活動軌止擋1325mm，輪對在機床活動軌的左右最大間歇28mm，橫向支撐由左右兩個獨立的油缸動作，可以通過調(diào)整左右兩個油缸的位置，使左右兩個橫向支撐撐開后的距離比輪對的內(nèi)側(cè)距1353mm大14×2且左右對稱，如圖1的橫向支撐。

利用全壓油缸先動作并檢測到位后半壓油缸才動作的步驟，橫向支撐將輪對強行偏離中心14mm，也就是說裝夾后輪對不在軌道中心，避開了嚴(yán)重擦傷部位，經(jīng)試驗車削，驅(qū)動變?yōu)檩^為平穩(wěn)?；顒榆壟c固定軌有做斜度過渡，通過調(diào)車試驗觀察，車輛通過固定軌時，斜度過渡自動將車輛輪對校正，車輛也不存在過軌困難的現(xiàn)象。

2.修改驅(qū)動滾輪的圓弧表面，選擇合適的施加壓力值，增大摩擦力

驅(qū)動輪與輪對的驅(qū)動依靠摩擦力驅(qū)動，理想的狀態(tài)應(yīng)該是驅(qū)動輪與輪對近似平面純滾動，原驅(qū)動輪的形狀如圖2，當(dāng)與磨耗輪對接觸時，圓柱面與輪對形成近似點接觸，摩擦力嚴(yán)重不足，粗車時極易產(chǎn)生打滑。改造后的驅(qū)動輪將圓柱面改成了R200的大弧面，當(dāng)與磨耗輪對接觸時，R200圓弧面與輪對形成近似面接觸，增大了接觸面積，摩擦力顯著增大。

1 輪對 2驅(qū)動輪

圖2不落輪驅(qū)動滾輪整改前與改進(jìn)后與輪對接觸圖

經(jīng)上述改造后，進(jìn)行試切達(dá)到了大切削量的要求，且表面的粗糙度也達(dá)到要求。

3.選擇合適的切削用量，降低切削阻力

1）切削速度，用硬質(zhì)合金刀具在車削加工塑性金屬時，在中速和高速下，切削力一般是隨著切削速度的增大而減小，在低速范圍內(nèi)，由于存在著積屑瘤的存在切削力反而增大，所以在程序中設(shè)定切削速度 90m/mim較為理想，加工時跟據(jù)實際需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速倍率手柄，但在進(jìn)入切削擦傷部位時，由于擦傷部位的硬度非常高，切削速度應(yīng)控制在40m/min。

2）切削深度和進(jìn)給量，為了盡可能縮短切削時間，粗車時應(yīng)選擇盡量大的切削深度，在落輪車床下，車輪輪廓僅一次走刀車削即可完成，但使用不落輪車床，由于傳動的形式限制，可能需將切削量分成幾步。切削深度加大時，切削變形系數(shù)不變，切削力成正比增大；進(jìn)給量加大時，切削變形系數(shù)有所下降，故切削力不成正比增大。因此粗車時切削深度選2mm，進(jìn)給量選0.3mmX840/180=1.4mm/r。

4.選擇合理的刀片材質(zhì)，提高刀具的耐用度

考慮到機車車輛輪對的重要性和減小車輛輪對的車削修復(fù)時間，選用目前較好的品牌SANDVIK公司生產(chǎn)的重型加工刀具系統(tǒng)，根據(jù)輪對磨耗狀況按ISO標(biāo)準(zhǔn)選擇刀片材質(zhì)。

四、結(jié)論

經(jīng)對擦傷磨耗輪對車削采取上述措施后，擦傷磨耗輪對的切削變?yōu)楸容^平穩(wěn)，車削能夠順利進(jìn)行，很少再出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，采用上述方法非常成功的，保障了車輛的安全運行，為車削修復(fù)擦傷磨耗輪對摸索出了一條新路子。

參考文獻(xiàn)

[1] 《重載車削》，2014 版，SANDVIK公司金屬切削產(chǎn)品說明書.

[2]《機械設(shè)計手冊》，第二版，徐灝編，機械工業(yè)出版社.

[3]《金屬切削原理及刀具》，張維記編著，浙江大學(xué)出版社.