不落輪車床定位（wèi）技術的研究和應用（yòng）
2021-9-7 來源： 中國鐵路上海局集團有（yǒu）限公司機務部 作者（zhě）：俞國根
摘要：列車運營後的車輪（lún）產生剝離、擦傷以及輪軌間磨損而失圓超限後，為避免落輪鏇修時（shí）間（jiān）較長影響使用，主要采用不落（luò）輪車（chē）床（chuáng）利用車削方式加工，使其精度恢複。由於列車不落輪對加工是列車處於運營狀態直接行駛到機床加工位置進行加工的特殊性，機床采（cǎi）用輪對軸箱支（zhī）撐定位固定加工回轉中心技術是列車不落輪對加工（gōng）一（yī）種比較合理的定位技術結構。
關鍵詞：不落（luò）輪車床；定位；研究
0 引（yǐn）言
列車運營一段時（shí）間後（hòu），輪（lún）對會產生擦傷、外部輪廓磨損等情況，造成輪（lún）對運行失圓。現在對失圓輪對的修複主要（yào）采用不落輪車床鏇修（xiū）方式進行輪對鏇修恢複。目前國（guó）內列車不落輪對加工時對車（chē）輪定（dìng）位大部分采用以設備的主傳動摩擦輪與加工列車車輪（lún）踏麵（miàn）外圓徑（jìng）向（xiàng）隨動的定位方式，是以（yǐ）待加（jiā）工已經失圓的車輪輪廓外圓踏麵為基準的定位（wèi）技術，會使加工車輪（lún）外圓輪廓隨動出現不規則多邊形的現象。
1、 現有定位技（jì）術的不足
徑向隨動定位方（fāng）式在（zài）工作狀態下（圖 1），設備的摩擦輪在Fx.z 作（zuò）用下緊緊貼附在車（chē）輪的踏麵上，開始貼附長度 L1 隨著刀具切削加工逐漸縮短至 L2 直至消失的過程中，主傳動摩擦輪（lún）在Fx.z 作用下隨著切削加工過程填充切削留下的切削間隙量，其機床與輪對（加工（gōng）件）踏麵外圓作徑（jìng）向隨動定位。在隨動（dòng）定位過程中，輪對（加工件）的軸心線始終（zhōng）隨著切削的間隙量隨動跳動，由於機床的 X（徑）、Z（軸）向坐標是（shì）固定的（de），這樣（yàng）車輪外部（bù）踏麵切（qiē）屑間隙的隨動跳動量（liàng）與機床固定的（de） X（徑）、Z（軸）向坐（zuò）標始終處於輪軸（zhóu）不同（tóng）心的（de）跳動狀態中，所以（yǐ）會導致加工的輪對（duì）踏麵外圓出現失圓的狀況。
圖 1 現有（yǒu）不落輪車床摩擦輪與輪對踏麵外圓隨動定（dìng）位工作原理
根據金屬切削（xuē）機床加工原理，機床與加工工件（jiàn）的回轉中心（xīn）必須（xū）固定，中心線保持不變，且（qiě）工件回轉中心線必須與機床中心線（xiàn）平行或重合。需要加工（gōng）的輪對本身就是其外部輪廓經過輪軌相互磨損，已使其踏麵外圓具有相（xiàng）當的（de）失（shī）圓程度，如擦傷、剝離、磨損（sǔn）等（děng），因（yīn）此（cǐ）利用已經失（shī）圓的踏麵作徑向隨動定位，失圓的列車輪對踏麵外（wài）圓存在著長短的徑差。車輪的多邊形是（shì）車輪外圓至圓心的徑距偏差導致，以車輪圓心至車輪外圓失圓呈不規則多邊（biān）形的一種狀態（tài）。在輪（lún）對的（de）車削旋轉中，失圓的車輪與驅動（dòng）摩擦輪的受力臂存（cún）在（zài）長和短的現（xiàn）象，那麽在輪對加工（gōng）過程中，驅動摩擦輪與輪對（duì）之間就會存在波（bō）磨（mó）或間隙，造成輪對中（zhōng）心線上下（xià）浮動，輪對在加工（gōng）切削過程中就（jiù）形成了（le）多邊形，必然會進一步（bù）加大（dà）加（jiā）工輪對踏麵外圓的同心精度失圓的誤差。所以目（mù）前國內鐵路機（jī）務段（duàn）、車輛段以及動車使用不落輪車（chē）床（chuáng）加工的列車車輪的精度始終存在（zài）著加工同心精度偏（piān）差呈多邊形（xíng）失圓的問題（tí），這（zhè）就造成列車運行一段時間後車輪存在失圓多邊形（xíng）擴（kuò）大的必然（rán）現狀。不（bú）落輪（lún）鏇修（xiū）設備采用輪對（工件）徑向隨動定位的方式使加（jiā）工後的列車輪對踏麵外圓失圓（yuán），失圓的外圓至圓心的半徑距離必定存在著長短的徑差，那麽失圓的徑差列車車輪在運行中與軌道的著力臂存（cún）在（zài）長和短的現（xiàn）象。
2、 向心力與離心力原理
2.1 向心加速度（dù）
其中 F 為（wéi）向心力 （離心力），單位 N（圖（tú） 2）。
圖 2 向心力
2.3 失圓踏麵的影響
根據以上物體在（zài）旋轉運動中的向（xiàng）心力與離心力理論可知道“旋轉運動中的物體受力臂越長（圓周運動半（bàn）徑長），其向（xiàng）、離心力矩越大；受力臂越短（圓（yuán）周運動（dòng）半徑短），其向、離心力（lì）矩越小”，輪對動靜平衡中去重即采用該理論（lùn）。不規則踏麵外圓的輪對在（zài）列（liè）車牽引力作用下作（zuò）勻速運動，同速而失圓踏麵在軌道上長期運（yùn）行會產生不同的頻率使輪軌相互產生波磨，輪軌高頻振（zhèn）動與列（liè）車轉向架固有頻率（lǜ）產生的共振，造成轉向架走行部件故障。
3 、不落輪車床定位技術優化研究
對不落輪車（chē）床與列車輪對加工工件定位技術研究的重點是對加工列（liè）車（chē）車輪的不圓（yuán）度（多邊形）通過（guò）加工（gōng）進行消除，也就是對失圓輪對進行切削加（jiā）工，使輪對的徑向跳動恢複至正（zhèng）常的範圍之（zhī）內，達（dá）到消除車輪多邊形的目的。
3.1 軸箱支撐定（dìng）位回轉中心技術結構的主要依據
不落輪車床屬金屬（shǔ）切削加工機床範疇，根據 GB/T 9061—2006《金屬切（qiē）削機床通用技術條件》要求，金屬切削機床主軸在加（jiā）工過（guò）程中“加工件的軸心線與（yǔ）機床的軸中（zhōng）心線（xiàn）保持一（yī）致且不變（biàn）”，根（gēn）據標準要求，不（bú）落輪車床的軸心線在輪對加工過程中應使加工輪對軸（zhóu）心線保持不變。因此采（cǎi）用支撐（chēng）輪（lún）對軸箱回轉中心的（de）技術（shù）定位結（jié）構，能夠滿足金屬切削機床車（chē）削的加工要求。
3.2 軸（zhóu）箱支（zhī）撐定位技術加工（gōng）輪對的應用實施及效果
在機務段安裝了 1 台采用軸箱（xiāng）支撐定位的不落輪車床，對其加工的車輪的不圓度進行測試，其結果為“鏇輪前，所測試車輪圓周非均勻磨耗主要表現為 16~24 邊形，其中（zhōng） 18~22 邊形尤為明顯，2 軸和（hé） 5 軸車輪多邊形最為明顯，表現為 18 邊形，各車輪同時還表現出偏心（xīn）；鏇輪後（hòu），所測車輪原始多邊形均已消（xiāo）除，且偏心現象得到改善”。經過跟（gēn）蹤，發現利用該不（bú）落（luò）輪加工的機車投入運行半年，機車及輪對各項技術指標均正常，無需進行鏇修（xiū）。而過去未使用該台（tái）不落輪車床加工的輪對一（yī）般在不到（dào） 2 個月左右就會要求鏇修，否則機車就會出現（xiàn）多項報警等故障，無法滿足機車運行的要求。因此，采用軸箱支撐定位回轉中（zhōng）心技術（shù）結構（gòu）的不落輪車床，其加（jiā）工輪（lún）對（duì）的利用率得到了大大提高，同時也（yě）增加了機車的（de）利用率，節約（yuē）了大（dà）量（liàng）的檢修和維護成本，並能取得
良好的社會和經濟（jì）效益。
3.3 利用不同定位（wèi）技術的不落輪車床使用情（qíng）況分析
采用機床主傳（chuán）動摩擦（cā）輪與車（chē）輪外圓（yuán）輪廓踏麵接觸的徑向隨動定位，其加工列車車輪的不圓（yuán）度（高階多邊形）無法消除至規定（dìng）的正（zhèng）常值範圍內（nèi），這樣的列車輪對在運行中會對鋼軌（guǐ）造成（chéng）波（bō）磨，會發（fā）生輪軌高頻振蕩並與列車轉向架等固有頻率發生共振，造成列車慣性振動，使走行部件（jiàn）的砂管支撐、腳蹬（dēng）、齒輪（lún）箱合口（kǒu）螺絲、軸頭端蓋螺栓、一係圓簧等部件（jiàn）發（fā）生裂損故障，造成走行部件質量問題，危（wēi）及列車行車安全。而采用了軸箱支撐定位（wèi）回轉中心的不落輪（lún）車床加工的列車輪對能夠將車輪的不圓度（高階多邊形）控製在規（guī）定的範圍內，從（cóng）而在投入運行後，不會發生上
述故障現象（xiàng）。
4、結語
解決列車車輪存在失圓多邊形（xíng）問題（tí），首先要使設備加工後的輪對輪廓精度及其同心圓跳動偏差處在輪對（duì）規定指標內。列車不落輪車床加工（gōng）車輪宜采用軸箱支撐（chēng）固定定位方式，滿足車（chē）輪回轉中心（xīn）固定不（bú）變，且（qiě）車輪回轉中心線必須與（yǔ）機床回轉軸心線平行（háng）或重合。依據 GB/T 9061—2006《金屬切削機床通用技術條件》，對列車（chē）不（bú）落輪車床定期進行最大切削抗力試驗，參考重型機床最大切削抗力參數，建議該機床最大切削抗力試驗切削截麵積為 16 mm2，即（jí）進給深度≥7 mm，經最大（dà）切削抗力試驗（yàn）後檢測加工後車輪輪廓精度及同心圓跳動是否在規定範圍之內，設備主傳動摩擦滾輪徑向跳動偏（piān）差保持在≤0.05 mm。
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