機車多邊形磨耗車輪鏇修異常原因分析及改進措施研究

張立

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司機輛分公司，河北 滄州 062350）

引言：機車車輪非圓化問題時常發(fā)生，還要通過鏇修工藝保證踏面幾何形狀得到恢復(fù)。但就目前來看，采用鏇床進行車輪鏇修，不能保證全部非圓化問題得到解決，給鏇修工作開展帶來了困難。因此，還應(yīng)加強鏇修異常分析，通過對設(shè)備操作方式進行改進保證鏇修質(zhì)量。

一、機車多邊形磨耗車輪鏇修異常原因分析

（一）現(xiàn)象分析

HXD1 型機車車輪出現(xiàn)明顯高多邊形磨耗，采用不落輪鏇床進行鏇修后，發(fā)現(xiàn)投運后機車存在振動情況。在特定運行速度下，軸箱端蓋和垂向止檔等非承載部件發(fā)生異常振動，可能引發(fā)疲勞斷裂問題[1]。對車輪磨耗情況進行檢查可以發(fā)現(xiàn)，車輪發(fā)生了18 邊形磨耗，考慮到磨耗發(fā)生時間較短，同線路其他機車并未出現(xiàn)鏇修異常，因此初步推斷磨耗并非線路不平和鋼軌波磨引發(fā)，而是由于鏇修效果不佳。如果依然通過鏇修方式進行維修，短時間內(nèi)可能再次發(fā)生問題。為使車輪失圓問題得到徹底解決，還要確定機車車輪磨耗原因。

（二）異常原因

實際在鏇修過程中，需要通過對車輪輪緣厚度進行鏇修恢復(fù)使發(fā)生的多邊形磨耗得到消除[2]。期間，輪緣厚度需要從小向大恢復(fù)，使踏面直徑消耗值與輪緣厚度保持4:1 比值。由此可知，鏇修盡管能夠使輪緣厚度得到恢復(fù)，但卻造成車輪直徑嚴重浪費。為保證車輪使用壽命得到延長，并降低維修成本，還應(yīng)完成鏇修效果驗證，確認鏇修操作能否恢復(fù)輪緣厚度。在從試驗結(jié)果來看，車輪多邊形現(xiàn)象明顯，粗糙度水平較高，因此造成機車振動，內(nèi)部噪音增大，給機車運行安全和乘坐舒適度帶來影響。根據(jù)鏇修前后記錄可知，鏇修前車輪為18 邊形，鏇修后依然為18 邊形。根據(jù)輪緣厚度變化可知，鏇修時恢復(fù)的輪緣厚度較少，輪徑并未產(chǎn)生過大損失。但與此同時，下次輪緣厚度也將提前達到極限，造成鏇修次數(shù)增加，成本也隨之提高。但如果輪緣厚度恢復(fù)過多，將造成輪徑損失過多，并最終因為達到極限值面臨報廢問題。從不落輪鏇床工作原理可知，可以利用兩端中心孔進行設(shè)備定位，輪對兩側(cè)的驅(qū)動輪可以作為與車輪踏面接觸和實現(xiàn)V 形定位的元件，依靠旋轉(zhuǎn)動力使輪對選裝。定位導(dǎo)輪將向輪對內(nèi)側(cè)產(chǎn)生作用，使輪對軸向得到固定。在驅(qū)動輪中心位置，刀具可以對輪面進行鏇修。機車車輪多發(fā)生5-8 邊、12-18 邊和24 邊形磨損，鏇修時去除量通常不超1mm，鏇修1 刀再次測量，無法符合要求進行第2 刀鏇修。從以往鏇修情況來看，可以使磨損情況得到明顯改善和消除。從18 邊形車輪鏇修情況來看，在車輪和驅(qū)動輪接觸位置呈現(xiàn)出的多邊形與滾動圓相似，擁有大致相同的幅值和相位差，說明該位置不圓狀態(tài)是影響鏇修質(zhì)量的異常點。

（三）原因判斷

分析原因可知，車輪踏面18 邊形的呈現(xiàn)出橫向分布狀態(tài)，造成兩個接觸點位置車輪半徑不斷變化，引發(fā)了車刀浮動。受這一因素影響，車刀切削位置車輪半徑不定，造成鏇床測量分析結(jié)果不準(zhǔn)。車輪依靠驅(qū)動輪提供支撐力，接觸位置處于不圓狀態(tài)將引發(fā)中心位置運動。因此在鏇修過程中，車輪在垂直方向上以類似多邊形形式進行波動。而車刀在橫向位置上固定，驅(qū)動輪間距始終不變。在車輪波長與接觸點弧長之間保持整數(shù)倍關(guān)系時，將導(dǎo)致鏇修無法對多邊形磨耗進行消除。根據(jù)測量數(shù)據(jù)可知，車輪踏面115mm 位置直徑達到1245mm，接觸點間弧長達到428.7mm，車輪多邊形波長則為217.2mm，二者之間存在2 倍的整數(shù)關(guān)系。在車輪鏇修過程中，接觸點達到車輪不圓波峰，車輪將隨之升起，造成新的波峰被鏇出。相反的，在達到波谷位置車輪將下降，因此將有新的波谷產(chǎn)生。經(jīng)過1周旋轉(zhuǎn)后，踏面將修出新的多邊形。

二、機車多邊形磨耗車輪鏇修異常改進措施

（一）改進思路

結(jié)合鏇修異常原因，想要通過鏇修保證18 邊形的車輪磨耗得到消除，還應(yīng)確保車輪圓心在維修作業(yè)期間不發(fā)生改變。根據(jù)輪緣厚度恢復(fù)值與輪徑損失關(guān)系，還應(yīng)在盡量減少輪徑損失的同時，使輪緣厚度得到恢復(fù)。保證車輪不發(fā)生偏心問題，能夠使輪徑損失保持不變時，輪緣厚度恢復(fù)量最大，因此可以取得理想鏇修效果。為此，還應(yīng)對鏇修定位方式進行調(diào)整，如利用車軸中心孔加強定位。但在實踐操作中，該項條件難以實現(xiàn)，從技術(shù)性和經(jīng)濟性兩方面進行考量，最終決定根據(jù)車輪多邊形波長對驅(qū)動輪間距進行調(diào)整，從而使波長與接觸點弧長間的整數(shù)倍關(guān)系得以改變。在鏇床鏇修效果改進方面，還要在步長為30mm 條件下對驅(qū)動輪間距進行調(diào)整，使其在510-750mm 范圍變化，然后對車輪鏇修效果進一步確認。

（二）改進效果

從分析結(jié)果來看，伴隨著驅(qū)動輪間距的增加，鏇修得到的車輪粗糙度水平呈現(xiàn)出先下降后上升趨勢，在間距達到630mm 時達到最低值，從30dB 下降至10dB。在630mm 間距條件下，接觸點弧長為535.6mm，為18 邊形車輪波長的2.5 倍，鏇修得到的車輪磨耗得到了有效消除。伴隨著間距值的增加，粗糙度恢復(fù)至30dB。此時，接觸點弧長為646.8mm，為18邊形車輪波長3倍，造成二者之間重新建立整數(shù)倍關(guān)系。因此在實際進行車輪鏇修時，針對18 邊形車輪磨耗應(yīng)將驅(qū)動輪間距離調(diào)整至630mm。但值得注意的是，改變驅(qū)動輪間距容易造成其他多邊形磨耗車輪在鏇修時出現(xiàn)同樣問題。為保證鏇修質(zhì)量，還要根據(jù)車輪多邊形特征進行驅(qū)動輪間距調(diào)整。

結(jié)論：綜上所述，在機車車輪發(fā)生多邊形磨耗時，采用鏇床進行鏇修還應(yīng)加強鏇修質(zhì)量管理，通過不圓度測試確認磨耗是否得到了有效消除。而鏇修異常主要由鏇修期間車輪偏心引發(fā)，通過調(diào)整驅(qū)動輪間距能夠改變波長與接觸點弧長整數(shù)倍關(guān)系，使車輪鏇修效果得到保證。