輪對及制動盤壓裝失敗原因分析

金輝

【摘 要】輪對及制動盤組裝失敗實例分析，找出原因，提出改進意見。

【關(guān)鍵詞】輪對；制動盤；組裝；輪座；盤座；過盈量

客車車輛輪對的主要作用是承受著客車車輛的全部動、靜載荷，將它傳遞給導軌并在重載下沿著軌道高速旋轉(zhuǎn)。不僅如此，客車車輛的制動也主要是通過作用在輪對上得以實現(xiàn)的。因此，輪對在客車中具有極其關(guān)鍵的作用，其壓裝質(zhì)量的好壞直接影響著鐵路運輸?shù)陌踩院褪孢m性?？蛙囓囕v的輪對不僅承受著列車總體的全部載荷，而且其需要在負重的條件下高速轉(zhuǎn)動在列車軌道上，這就對車軸和車輪的制造工藝以及輪對的壓裝具有很高的要求。在客車制造工藝中，輪對及制動盤壓裝技術(shù)是非常重要的一環(huán)，好的壓裝質(zhì)量對列車的安全運行具有至關(guān)重要的影響。目前，針對車軸與車輪及制動盤的壓裝的主流壓裝方法為冷壓裝，冷壓裝工藝由于其操作便捷，質(zhì)量可靠，成為了應(yīng)用較為普遍的壓裝工藝。濟南車輛段檢修車間廠修組采用的就是冷壓裝。

統(tǒng)計2014年和2015年廠修組輪對及制動盤壓裝失敗的例子，現(xiàn)列舉如下：

2014年壓裝輪對892條，2015年壓裝輪對747條，總計1639條。2014年壓裝失敗99次，2015年壓裝失敗56次，共計155次，失敗率9.46%。

壓裝失敗的原因共有14種，其中車輪壓裝壓力不到下限21次，車輪壓裝壓力大于上限23次，車輪壓裝曲線末端降噸曲線長度超限15次，車輪壓裝曲線末端平直曲線長度超限4次，制動盤壓裝壓力不到下限40次，制動盤壓裝壓力大于上限23次，制動盤壓裝曲線下凹10次，制動盤壓裝曲線末端降噸超限8次，輪位差超限2次，盤位差超限2次，兩車輪殘余靜不平衡位置相位差超限2次，車輪壓裝壓力曲線圖表輪號填錯2次，制動盤壓裝壓力曲線圖表軸號填錯2次，輪徑差超限1次。

其中兩車輪殘余靜不平衡位置相位差超限、車輪壓裝壓力曲線圖表輪號填錯、制動盤壓裝壓力曲線圖表軸號填錯、輪徑差超限這4種情況是不應(yīng)該出現(xiàn)的，是由于工作者粗心大意造成的，將這4種原因略去不談，還剩余壓裝失敗148次。輪位差超限和盤位差超限只出現(xiàn)了4次可以說是小概率事件，可忽略，還剩余壓裝失敗144次。車輪壓裝失敗有63次，制動盤壓裝失敗有81次。下面分析這8種144次壓裝失敗的原因。

1 為什么說是壓裝失敗

輪對及制動盤壓裝成功還是失敗是由壓力曲線圖表來表示的，下面是壓裝成功的壓力曲線圖表。

圖1 輪對壓裝曲線圖表

圖2 制動盤壓裝曲線圖表

1.1 《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》第2.2.7.3.1條規(guī)定“輪對最終壓裝壓力按輪轂孔直徑計算，每100mm直徑尺寸的壓裝壓力為：LZ40車軸，最小為343kN，最大為539kN；LZ50車軸，最小為343kN，最大為588kN”。如果最終壓裝力超過規(guī)定的上限就稱作車輪壓裝壓力大于上限。

圖3 壓裝力超過上限的輪對壓裝曲線圖表

1.2 如果最終壓裝力小于規(guī)定的下限就稱作車輪壓裝壓力不到下限。

圖4 壓裝力不到下限的輪對壓裝曲線圖表

1.3 《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》第F3.2.3條規(guī)定“輪對組裝壓裝力曲線末端平直線長度不得超過該曲線投影長度的15%”。如果曲線末端平直線長度超過該曲線投影長度的15%就稱作車輪壓裝曲線末端平直曲線長度超限。

圖5 末端平直曲線超限的輪對壓裝曲線圖表

1.4 《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》第F3.2.3條規(guī)定“輪對組裝壓裝力曲線末端下降的長度不得超過該曲線投影長度的10%”。如果曲線末端下降的長度超過該曲線投影長度的10%就稱作車輪壓裝曲線末端降噸曲線長度超限。

圖6 末端降噸曲線超限的輪對壓裝曲線圖表

1.5 《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》第2.2.6.2條規(guī)定“盤座與盤轂孔采取過盈配合，當采用RUT300型制動盤時壓裝力為196-392KN”。（由于當前濟南車輛段只采用RUT300型制動盤，所以只考慮這一種情況。）如果壓裝力小于196KN就稱作制動盤壓裝壓力不到下限。

圖7 壓裝壓力不到下限的制動盤壓裝曲線圖表

1.6 如果壓裝力大于392KN就稱作制動盤壓裝壓力大于上限。

圖8 壓裝壓力大于上限的制動盤壓裝曲線圖表

1.7 《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》第2.2.7.3.2條規(guī)定“制動盤壓力曲線末端降噸≤29.4kN”。如果制動盤壓力曲線末端降噸大于29.4kN就稱作制動盤壓裝曲線末端降噸超限。

圖9 壓裝曲線末端降噸超限的制動盤壓裝曲線圖表

1.8 《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》第2.2.7.3.2條規(guī)定“制動盤壓力曲線開始上升的一點與終點處的一點連成一直線，組裝曲線須全部在此直線以上”。如果曲線開始上升的一點與終點處的一點連成一直線，有曲線在此直線以下，就稱作制動盤壓裝曲線下凹。

圖10 壓裝曲線下凹的制動盤壓裝曲線圖表

2 輪對及制動盤壓裝的原理

首先將車軸水平放置，將車輪或制動盤套在車軸上，在壓裝力的作用下，使車輪或制動盤沿軸向向內(nèi)運動，在車輪或制動盤與車軸接觸面產(chǎn)生彈塑性變形。當壓裝力大于接觸面間的摩擦力時，車軸與輪轂孔或盤轂孔表面會發(fā)生相對運動，從而達到壓裝的目的。

3 輪對及制動盤壓裝失敗的原因

3.1 過盈量的選取

3.1.1 輪軸配合過盈量的選取

《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》規(guī)定“輪座與輪轂孔采取過盈配合，壓裝過盈量按輪座直徑的0.8‰～1.5‰執(zhí)行”，而輪座直徑為188-196mm，即0.15-0.29 mm。

3.1.2 盤軸配合過盈量的選取

《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》規(guī)定“盤座與盤轂孔采取過盈配合，采用RUT300型制動盤時為壓裝過盈量為0.12～0.20mm”。

如果過盈量選取錯誤就會造成上文所說車輪壓裝壓力不到下限、車輪壓裝壓力大于上限、制動盤壓裝壓力不到下限、制動盤壓裝壓力大于上限這4種壓裝失敗的現(xiàn)象。舉例來說，《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》要求的輪軸配合過盈量范圍為0.15-0.29 mm，但如果選取過盈量為0.16mm，就有可能造成車輪壓裝壓力不到下限。

3.2 輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔圓柱度的影響

TB/T 1718-2003《鐵道車輛輪對組裝技術(shù)條件》規(guī)定“輪座（盤座）加工后的圓柱度為0.05mm，其大端應(yīng)在內(nèi)側(cè)”；“輪轂孔（盤轂孔）加工后的圓柱度為0.05mm，且大端應(yīng)在內(nèi)側(cè)”。

輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔圓柱度對壓力曲線及壓裝力的影響由于輪座（盤座）直徑大于輪轂孔（盤轂孔）的直徑，所以輪轂孔（盤轂孔）先發(fā)生彈性變形，在輪對壓裝過程中，由于輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔圓柱度不一致，輪軸配合表面各部位的尺寸（沿直徑方向） 都不相等， 因而沿長度方向每一橫截面的過盈量也不相等。

3.2.1 當輪座（盤座）部與輪轂孔（盤轂孔）的圓柱度相差過大時，勢必相對增加了配合表面引入段（曲線點）處的過盈量，使單位面積上的接觸壓力增大，形成起點陡升，隨著配合面和過盈配合狀態(tài)下的相對滑動，使過早接觸表面的接觸壓力增大，其彈性變形增加，且其相互牽制并自相平衡的內(nèi)力增大，造成輪轂孔（盤轂孔）末端有效過盈量減少， 形成末端降噸或曲線平直。就會造成上文所說車輪壓裝曲線末端降噸曲線長度超限、車輪壓裝曲線末端平直曲線長度超限、制動盤壓裝曲線末端降噸超限這3種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.2.2 輪座（盤座）部與輪轂孔（盤轂孔）的圓柱度相差越小，輪轂孔（盤轂孔）內(nèi)部各部分變形差越小，抗變形力就越小，輪轂孔（盤轂孔）末端處有效過盈量就會增加， 使壓裝力超限。就會造成上文所說車輪壓裝壓力大于上限、制動盤壓裝壓力大于上限這2種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.2.3 只有當輪轂孔（盤轂孔）圓柱度比輪座（盤座）圓柱度小時，其壓裝力才可平緩上升，形成合格的壓裝曲線。

3.3 輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔圓度的影響

TB/T 1718-2003《鐵道車輛輪對組裝技術(shù)條件》規(guī)定“輪座（盤座）加工后的圓度為0.02mm，輪轂孔（盤轂孔）加工后的圓度為0.02mm”。

由于輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔圓度的不同沿聯(lián)接長度每一橫截面的每一方向的過盈量都不相等。

3.3.1 當輪座（盤座）具有鼓形度， 輪轂孔（盤轂孔）具有鞍形度時， 壓裝力將有所下降。如果低于極限值就會造成車輪壓裝壓力不到下限、制動盤壓裝壓力不到下限這2種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.3.2 當輪座（盤座）具有鞍形度， 輪轂孔（盤轂孔）具有鼓形度時， 壓裝力將有所增加。如果高于極限值就會造成車輪壓裝壓力大于上限、制動盤壓裝壓力大于上限這2種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.3.3 當兩者同時具有鞍形度或鼓形度時， 壓裝力可能增加， 也可能減少。由于圓度的存在， 對同一孔和軸雖在同一橫截面上測量直徑時， 由于選取的方向不同， 所得的過盈量也不同。當圓度偏大時， 往往得到比實際上過大或過小的過盈量， 從而使壓裝力不符合規(guī)定。就有可能造成上文所說車輪壓裝壓力不到下限、車輪壓裝壓力大于上限、制動盤壓裝壓力不到下限、制動盤壓裝壓力大于上限、制動盤壓裝曲線下凹這5種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.4 表面粗糙度對壓力曲線的影響

TB/T1718-2003《鐵道車輛輪對組裝技術(shù)條件》規(guī)定“輪座（盤座）經(jīng)磨削或滾壓加工后表面粗糙度Ra上限值為1.6μm，輪轂孔（盤轂孔）內(nèi)表面粗糙度Ra上限值為6.3μm”。

由于加工設(shè)備、刀具及操作者的熟練程度的影響使得粗糙度有一定的偏差。

3.4.1 當粗糙度過高時，會造成接觸面摩擦力增大，從而使壓裝力增大。如果高于極限值就會造成車輪壓裝壓力大于上限、制動盤壓裝壓力大于上限這2種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.4.2 當粗糙度過低時，會造成接觸面摩擦力降低，從而使壓裝力減小。如果低于極限值就會造成車輪壓裝壓力不到下限、制動盤壓裝壓力不到下限這2種壓裝失敗的現(xiàn)象。

3.5 測量誤差對輪對壓裝合格率的影響

輪對壓裝采用分組選配的冷壓組裝方法，按照工藝文件規(guī)定，用外徑千分尺測量其尺寸，并根據(jù)此數(shù)值及過盈量的要求選配車輪及制動盤，將其加工至符合要求（其內(nèi)徑尺寸用內(nèi)徑百分表測量）。由于外徑千分尺和百分表本身的不確定度（外徑千分尺0.007mm，百分表0.018mm）再加上選配時測量部位和測量溫度及濕度的影響，對過盈量的選取值形成累積誤差，不能反映輪軸尺寸的真實值，直接影響過盈量選取的準確性，導致輪對及制動盤壓裝失敗。有可能造成以上8種壓裝失敗的現(xiàn)象。

4 對策

4.1 選取過盈量時不能靠近范圍極限，輪軸配合過盈量以0.17-0.21mm 為宜，盤軸配合過盈量以0.14-0.16mm為宜。

4.2 嚴格執(zhí)行輪、軸加工工藝文件，嚴格控制幾何形狀偏差， 統(tǒng)一測量部位，使輪座、輪孔相對應(yīng)的尺寸準確。具體操作上，選取輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔上3個截面，每個截面在相互垂直方向測量兩個值，取6個測量值的平均值作為輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔直徑，來計算過盈量，并在壓裝前重新復查輪座、盤座、輪轂孔、盤轂孔各組裝尺寸，挑選最佳組合，并經(jīng)檢查驗收，確認無誤后再壓裝。

4.3 輪座（盤座）圓度、圓柱度及粗糙度是靠磨削來保證的。每次開工前首先檢查工作臺是否符合要求，實行首件試磨，若未達到要求需繼續(xù)調(diào)試工作臺， 直至達到要求。經(jīng)質(zhì)檢員確認后，再按工藝規(guī)程加工， 并進行首件完工檢查。

4.4 修整車軸中心孔，并加強檢查。車軸兩端中心孔是磨削工序中重要的定位點， 中心孔稍有磨損將直接影響車軸的定位精度。所以，工件吊裝前須先將車軸兩端清理干凈。經(jīng)檢查、驗收人員確認良好后再吊到磨床上，此時一定要注意不要使車軸中心孔與機床頂尖相碰撞，以免人為碰傷車軸而影響定位精度。同時必須保證中心孔、頂尖潤滑油的清潔，嚴防砂粒等雜物混入中心孔。

4.5 為了保證輪轂孔加工的圓度、圓柱及粗糙度，在機床調(diào)好后，盡量保證不再變動。車輪夾裝后要進行校正，一是，校正車輪外圓，偏差不得超過0.1mm；二是，校正車輪內(nèi)側(cè)面是否平整，允許誤差為0.1mm。

【參考文獻】

[1]鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則[M].中國鐵道出版社，2014，1（1）.

[2]TB/T 1718-2003 .鐵道車輛輪對組裝技術(shù)條件[S].

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