淺談避免用不落輪車床車削輪對時打滑的一些措施

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時遇到的打滑問題所采取的工藝原則和要求等方面進行論述，使輪對的車削修復質(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，就需要對輪對進行車削修復，在工作中發(fā)現(xiàn)嚴重擦傷、磨耗的輪對車削修復的難度大，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)標準《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)標準《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)象在車削修復時造成斷屑困難、車削力大，驅(qū)動輪與輪對打滑進一步擦傷輪對。

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、切削用量進行了如下改進：

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，標準軌距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后與輪對接觸圖

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

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，切削速度應控制在40m/min。

2）切削深度和進給量，為了盡可能縮短切削時間，粗車時應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標準選擇刀片材質(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，為車削修復擦傷磨耗輪對摸索出了一條新路子。

參考文獻

[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，浙江大學出版社.