不落輪車床（chuáng）定位技（jì）術的研究和應用
2021-9-7 來源： 中國鐵路上海局集團有限公司機務部 作（zuò）者：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（sǔn）而失（shī）圓超限後，為避免落輪鏇修時（shí）間較長影響使用，主要采用不落輪車床利用車削方式加工，使其精度恢複。由（yóu）於列車不落輪對加工是列車處於運營狀態直接行（háng）駛到機床加工位置進行加工的特（tè）殊性，機床采（cǎi）用輪對軸箱支撐定位固定加（jiā）工回轉中心技術是列車不落輪對加工一種比較合理（lǐ）的定位技術結構。
關鍵詞（cí）：不落輪車床；定位；研究
0 引言
列車（chē）運營一段（duàn）時間後，輪對會產生擦傷、外部輪廓磨損等情況，造成輪對運行失圓。現在對失圓輪對的修複主要采用不落輪車床鏇修方式進行輪對鏇修（xiū）恢複。目前國內列（liè）車不落輪對加工時對車輪定位大部分采用以設（shè）備的主傳動摩擦輪（lún）與加工（gōng）列車車輪踏麵外圓徑（jìng）向隨動的定位方式，是以待加工已經失圓的車輪輪廓外圓踏麵為基準的定（dìng）位技術（shù），會使加工車輪外圓輪廓隨動出現不規則多邊形（xíng）的現象。
1、 現有定位技（jì）術的不足
徑向隨動（dòng）定位方式在（zài）工作狀態下（圖 1），設（shè）備的摩擦輪在Fx.z 作用（yòng）下緊緊貼附在車輪的（de）踏麵上，開始貼附（fù）長（zhǎng）度 L1 隨著刀具切（qiē）削加工逐漸（jiàn）縮短至 L2 直至消（xiāo）失的過程中，主傳動摩擦輪在Fx.z 作用下隨著切削加工過程填充切削留下（xià）的切（qiē）削（xuē）間隙量，其機床與輪對（加工（gōng）件）踏麵外（wài）圓作徑向隨（suí）動定位。在隨動定位（wèi）過程中，輪對（duì）（加（jiā）工件）的軸（zhóu）心線始終隨著切削的間隙量（liàng）隨動跳動，由於機床的 X（徑（jìng））、Z（軸）向坐標是固定的，這樣車輪外部踏麵切屑間隙的隨動跳動量與機床固定的 X（徑）、Z（軸）向坐標始終處於輪軸不同心的（de）跳動狀態中，所（suǒ）以會導致加工的輪對踏麵外圓出現失圓的狀（zhuàng）況。
圖 1 現有不落輪車床摩擦（cā）輪與輪對踏麵外圓隨動（dòng）定位工作原（yuán）理
根據金屬切削機床（chuáng）加（jiā）工原理（lǐ），機床與加工工件的回（huí）轉中心必須固定，中心線保持不變，且工件回轉中心線必須與機床中心線平行或（huò）重合。需要加工的輪（lún）對本身就是其外部輪廓經過輪軌相互磨損，已使其踏麵外（wài）圓具有相當的失圓程度，如擦傷、剝離、磨損等，因（yīn）此利（lì）用已經失圓的踏麵作徑（jìng）向隨動定位，失圓的列車輪對踏麵外（wài）圓（yuán）存在著長短的徑差。車輪的多邊形是車輪外圓至圓心的（de）徑距偏差導致，以（yǐ）車輪圓心（xīn）至車輪外（wài）圓失圓呈不規則多邊形（xíng）的一種狀態。在輪對的（de）車削旋轉中，失圓的車輪與驅動摩擦輪的（de）受力臂存在長（zhǎng）和短的（de）現象，那麽在輪對加工過程（chéng）中，驅動摩擦輪與（yǔ）輪對之間就會存在波磨或間隙（xì），造成輪對中心線（xiàn）上（shàng）下浮動，輪對在加工切削過程中就形（xíng）成了多邊形，必然會進一步加大加工輪對踏麵外（wài）圓的（de）同心精度失圓的誤差。所以目前國內鐵路機務段、車輛段以（yǐ）及動車使用不落（luò）輪車床加工的列車車輪的精度始終存在著加工同心精度偏差呈（chéng）多邊形失圓的問題，這就造（zào）成列車運行一段時（shí）間後車輪存在失圓多邊形擴大的必然現狀。不落輪鏇修設備采用輪對（工件）徑向隨動定（dìng）位的（de）方式使加工後的列車輪對踏麵外圓（yuán）失圓，失圓的外圓至圓心的半徑距離必定存在（zài）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（hé）短的現象。
2、 向心力（lì）與（yǔ）離心力原理
2.1 向心加速度
其中 F 為向心力 （離心力），單位 N（圖 2）。
圖 2 向心力
2.3 失圓踏麵的影響
根據以上物體在旋轉運動中的向心力與離（lí）心力理論可知道（dào）“旋轉運（yùn）動（dòng）中的物（wù）體受力臂越長（圓周運動半徑長），其向（xiàng）、離心力矩越大；受力臂越（yuè）短（圓（yuán）周運動半（bàn）徑短），其向（xiàng）、離心力（lì）矩越小”，輪對動靜（jìng）平衡中去重即采（cǎi）用該理論（lùn）。不規則踏麵外圓的輪對在列車牽引力作用下作勻（yún）速（sù）運動，同速而失圓踏麵在軌道上長（zhǎng）期運（yùn）行會產生不同的頻率（lǜ）使輪軌相互產（chǎn）生波磨，輪軌高頻振動與列車轉向（xiàng）架固有頻率產生的共振，造成轉向架走行部件（jiàn）故（gù）障。
3 、不落輪車床定位技術優化（huà）研究
對不落（luò）輪車床與列車輪（lún）對加工工件定位技術研究的重點（diǎn）是對加工列車車輪的不（bú）圓度（多邊形）通過加工進行消除，也（yě）就是對失圓輪對進行切削加工，使輪對的徑向跳動恢複至正常的（de）範圍之內，達到消除車輪多邊形的目的。
3.1 軸箱支撐定位回轉中心技術結構的主要依據
不（bú）落輪車床屬金屬切削加工機床範疇，根（gēn）據 GB/T 9061—2006《金屬切削機床通用技（jì）術條件》要求，金屬切（qiē）削機床主軸（zhóu）在加工過程中“加工（gōng）件的軸心線與機床的軸中（zhōng）心線保持一致且不變”，根據標（biāo）準要求，不落輪車床的軸心線在輪對（duì）加工過程中應使加工輪對軸（zhóu）心（xīn）線保持不（bú）變（biàn）。因此采（cǎi）用支撐（chēng）輪對軸箱回轉中心的技術（shù）定位結構，能夠滿足金屬切削機床車削的加工要求。
3.2 軸箱支撐定位技術加工輪對的應用實施及效果
在機（jī）務段安裝（zhuāng）了 1 台采用軸箱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（shì），其結果為“鏇輪前，所測試車輪圓周非均勻磨耗主要表（biǎo）現為 16~24 邊形，其中 18~22 邊形尤為明顯，2 軸和 5 軸車輪多邊形最為明顯，表現為 18 邊形，各車（chē）輪同時還表現出偏心；鏇輪後，所測車輪原始多邊形均已消除，且偏心現象得到改善”。經過跟蹤，發現利用該不落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（xū）進（jìn）行（háng）鏇修。而過去未使（shǐ）用該台不落輪車（chē）床加工（gōng）的輪對（duì）一般在（zài）不到 2 個月左右就會要求鏇修，否則機車（chē）就會出現多項報警等故障（zhàng），無法滿足機車運行的要求（qiú）。因此，采用軸（zhóu）箱支（zhī）撐（chēng）定位回轉中心技術結構的不落輪車床，其加工輪對的利用率得到了大（dà）大提高，同時也增加了（le）機車的利用率，節（jiē）約了大量的檢修和維護成本，並能取得
良（liáng）好的社會和經濟效益。
3.3 利（lì）用不同定位技術的（de）不落輪車（chē）床使用（yòng）情況分析
采用（yòng）機床主傳動摩（mó）擦輪與車輪外圓輪廓（kuò）踏麵接觸的徑向隨動定位，其加（jiā）工列車車輪的不圓度（高階多邊形）無法消除（chú）至規定（dìng）的正常值範（fàn）圍內，這樣的列車輪對在運行中會（huì）對鋼軌造成波磨，會發生輪（lún）軌高頻振蕩並與列車轉向架等固有頻率發（fā）生（shēng）共振，造成列車慣性振動，使（shǐ）走（zǒu）行部件的砂（shā）管（guǎn）支撐、腳蹬、齒輪箱合口螺絲、軸頭端蓋（gài）螺栓、一係圓簧等部件發（fā）生裂損（sǔn）故障，造成走行部件質量問題，危及列車行車安全。而（ér）采用了軸（zhóu）箱支撐定位回轉中心（xīn）的不落輪車床加工的列車（chē）輪對能夠將車輪的不圓（yuán）度（高階多邊形）控製在（zài）規定的範圍內，從（cóng）而在投入運行後，不（bú）會（huì）發生上
述故障現象。
4、結（jié）語
解決列車車輪存（cún）在失圓多邊形問題，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規定指標內（nèi）。列車不落輪車床（chuáng）加工車輪宜采用軸箱支撐（chēng）固定定位方式，滿足車輪回轉中心固定（dìng）不變，且車輪回轉中心線必須與機床回轉軸心線平行或重合。依據（jù） GB/T 9061—2006《金屬切削機床通用技術（shù）條件》，對列車不落（luò）輪車床定期進行最（zuì）大切削抗力試（shì）驗，參考重型機床最大切削抗力參數，建（jiàn）議該（gāi）機（jī）床最（zuì）大切削抗力試驗切削截麵積為 16 mm2，即進給深度≥7 mm，經最大切削抗力試驗後檢測加工後車輪輪廓（kuò）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（xiàng）跳動偏差保持在≤0.05 mm。
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