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不落輪車床定位技術的（de）研究和應用

2021-9-7 來源：中國鐵路上（shàng）海局集團有限公司機務部作者：俞國根

摘要：列車運營後的車輪產生剝離、擦傷（shāng）以及輪軌間磨損而失（shī）圓超限後，為避免落（luò）輪鏇修時間較長影響使用，主要采用不落輪車床利（lì）用車削方式（shì）加工，使其精度（dù）恢複。由於列車不（bú）落（luò）輪對加工是列車（chē）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，機床采用輪對軸箱支撐定（dìng）位固定加工回轉中心技術是列車不落輪對加工一種比較（jiào）合理的（de）定位技（jì）術結構。

關鍵詞：不落輪車床；定位；研究

0 引言

列車運營一段時（shí）間後，輪對會產生擦傷、外部輪廓（kuò）磨（mó）損等情況（kuàng），造成輪對運行失圓。現在對失圓輪對（duì）的修複主要采用不落（luò）輪車床鏇（xuàn）修方式進行（háng）輪對鏇（xuàn）修（xiū）恢（huī）複。目前國內列車不落輪對加工（gōng）時對車輪定位大部分采用（yòng）以設備的主（zhǔ）傳動（dòng）摩擦輪與加工（gōng）列車（chē）車輪踏麵外圓徑向隨動（dòng）的定位方式，是以待加（jiā）工已經失圓的車輪輪廓外圓踏麵為基準的定位（wèi）技（jì）術，會使加工車輪外圓輪廓隨動（dòng）出現不規則多邊形的現象。

1、現有定位技術的不足（zú）

徑向隨動（dòng）定位（wèi）方式在工作狀態下（圖 1），設備的摩擦輪在Fx.z 作用下緊緊貼附在車輪的（de）踏麵上，開始貼附長度 L1 隨著刀具切削加工（gōng）逐漸縮短至 L2 直（zhí）至消失的過程中，主傳（chuán）動摩擦輪在Fx.z 作用下隨著切削加工過程填充切削留下的切削間（jiān）隙量（liàng），其機床與輪對（加工件）踏麵外圓作徑向隨動定（dìng）位。在（zài）隨動定位過程中，輪對（加工件）的軸心線始終隨著切削的間隙量隨動跳動，由（yóu）於機床的 X（徑）、Z（軸）向坐標是固定的（de），這樣車輪外部踏麵切屑間隙的隨動跳動量（liàng）與機床固定的 X（徑）、Z（軸）向坐標始終處於輪軸不同心的跳動狀態中，所以會導致（zhì）加（jiā）工的輪對踏麵外圓出現失圓的（de）狀況。

圖 1 現有不落輪車床摩擦輪與輪對踏麵外圓（yuán）隨（suí）動定位工作原理

根據金屬切削機床加（jiā）工原理，機床（chuáng）與加工工件的回轉中心（xīn）必須固定，中心線保持不變，且工件（jiàn）回轉中（zhōng）心線必須與機床中心線平行或重合。需要加工的輪對本身就是其外部輪廓經過（guò）輪軌相互磨損，已使其踏麵外圓具有相當（dāng）的失圓程度，如（rú）擦（cā）傷、剝離、磨損等，因此利用已經失圓（yuán）的踏麵作徑向（xiàng）隨動定位，失圓的列車輪對踏麵外圓存在著長短的徑差。車輪的多邊形（xíng）是車輪外圓至圓心的徑距偏差導致，以車輪（lún）圓心至車輪外圓失（shī）圓（yuán）呈不規則多邊形的（de）一種狀（zhuàng）態。在輪對的車削旋轉中，失圓的車輪與驅動摩擦輪的受力臂存在長和短的現象，那麽在輪對加工過（guò）程中，驅動摩擦輪與輪對之間就會存在波磨或間隙，造成輪對中心線上下浮動，輪對在加工切削過程中就形成了多邊形，必然會進一步加大加工輪對踏麵外圓的同心精度失圓的誤差（chà）。所（suǒ）以目前國內鐵路機務段、車輛段以及動車使用不落輪車床加工的列車車輪（lún）的精度始（shǐ）終存在著（zhe）加工同心精度偏差（chà）呈多（duō）邊形失圓的問題，這就造成列車運行一段時間後車（chē）輪（lún）存在失圓多邊形擴大的（de）必然現狀。不落輪鏇修設備（bèi）采用輪對（工件）徑向隨動定位（wèi）的方式使加（jiā）工後的列車輪對踏麵外圓失圓，失圓的外圓至圓（yuán）心（xīn）的半徑距離必定存在著長短（duǎn）的徑差，那（nà）麽失圓的徑差列（liè）車車輪在運行中與軌道（dào）的（de）著力臂存在長和短的現象。

2、向心力（lì）與離心力原（yuán）理（lǐ）

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（xiàng）心（xīn）力

2.3 失圓（yuán）踏麵的影響

根據以上物體（tǐ）在旋轉運動中的向心力與離（lí）心力理論可知（zhī）道“旋轉運動（dòng）中的物體受力臂越長（圓周（zhōu）運動半徑長），其向、離心力矩越大；受力臂越短（圓周運動半徑短），其向、離心力矩越小”，輪對動靜平衡中去重即采用該理（lǐ）論（lùn）。不規則踏麵外（wài）圓的輪對在列車牽引力（lì）作用下作（zuò）勻速運動，同（tóng）速而失圓踏麵在軌（guǐ）道上長期運（yùn）行會（huì）產（chǎn）生不同的頻率使輪軌（guǐ）相互產生波磨，輪軌高（gāo）頻振動與列車轉向架固有頻（pín）率產生的共振，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

對不落輪車床與列車輪對加工工件定位技術研究的重點是對加工列車（chē）車輪的不圓度（多（duō）邊形）通過加（jiā）工進行消除，也就是對失圓輪對（duì）進行切削加工，使輪對的徑向（xiàng）跳動恢（huī）複至正常的範圍之內，達到消除車輪多邊形的目的。

3.1 軸箱（xiāng）支撐定位回轉中心技術結構的主要依據

不落輪車床屬金屬切削加工機床（chuáng）範疇，根（gēn）據 GB/T 9061—2006《金屬切削機床通用技術條件》要求，金屬切削機床（chuáng）主（zhǔ）軸在加工（gōng）過程中“加工件的軸心線與機床的（de）軸中心（xīn）線（xiàn）保持（chí）一致且不變”，根據標準要求，不（bú）落輪車床的軸心（xīn）線在輪對加工過程中應使加工輪對軸心線保持不（bú）變。因此采（cǎi）用支撐輪對軸箱回轉中心的技術定位結構，能夠滿足金屬切削機床車削的加工要求。

3.2 軸箱支（zhī）撐定位技術（shù）加工（gōng）輪對（duì）的應用實施及效果

在機務段安裝了 1 台采用軸箱支撐（chēng）定位的不落輪車床（chuáng），對其加工的車輪的不（bú）圓度進行測試，其結果為“鏇輪前，所測試車輪圓（yuán）周非均勻磨（mó）耗（hào）主要表現為 16~24 邊形，其中 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（hái）表現出（chū）偏心；鏇輪（lún）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（jī）車投（tóu）入（rù）運行半年，機車及輪對各項技術指標均（jun1）正常，無需進行鏇修。而過去未使用該台不落輪車床加工的輪（lún）對一般在不到 2 個月左右就會要求鏇修（xiū），否則機車就會出現多項報警等故障，無法滿足機車運行的要求。因此，采用軸箱支撐定位回轉中心技術（shù）結構的不落輪車床，其（qí）加工輪對的（de）利用率得到了大大提高，同時也（yě）增（zēng）加了機車的利用率，節約了大量的檢修和維（wéi）護成本，並能取得

良好的社（shè）會和經濟效益。

3.3 利用不（bú）同定位技（jì）術的不（bú）落輪車床使用情況分析

采用機床主傳動摩擦（cā）輪與車輪外圓輪（lún）廓踏麵接（jiē）觸的徑向（xiàng）隨動定位，其加工列車車（chē）輪的不圓度（高階（jiē）多邊形）無法消除至規定的正常值範（fàn）圍內，這樣（yàng）的列車輪對在（zài）運行中會對（duì）鋼軌造成波磨，會發生輪軌（guǐ）高頻振蕩並與列車轉向（xiàng）架等固有頻率發（fā）生共振，造成（chéng）列車慣性振動，使走（zǒu）行（háng）部件的砂管（guǎn）支撐、腳蹬、齒輪箱合口螺（luó）絲、軸（zhóu）頭端蓋螺栓、一係圓簧等（děng）部件發生裂損故障，造成走（zǒu）行部件質量問題，危及列車行車安全。而采用了軸箱支撐定位回（huí）轉中心的不落輪車床加工的列（liè）車輪對能夠將車輪的不圓度（高階多邊（biān）形）控（kòng）製在規（guī）定的範圍內，從而在投入運行後，不會發生上

述故障現象。

4、結語

解決列車車輪存在失圓多邊形問題，首先要（yào）使（shǐ）設備加工（gōng）後的輪對輪廓（kuò）精度及其（qí）同心圓跳動偏差處在輪對規定指標（biāo）內。列車不落輪車床加工車輪宜采用軸箱支撐固定定位方式，滿足車輪（lún）回轉（zhuǎn）中心固定不變，且車輪（lún）回轉（zhuǎn）中（zhōng）心線必須與機床回轉軸心線平行或（huò）重合。依據（jù） GB/T 9061—2006《金（jīn）屬切削機床通用技術條件》，對列車不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（shù），建議該機床最大切削抗力試驗切削截麵積為 16 mm2，即進給深度（dù）≥7 mm，經最大切削抗力試驗後檢測加工後車輪輪（lún）廓精度及（jí）同心圓跳動是否在（zài）規定範圍之內，設（shè）備主傳動摩擦滾輪徑向跳動（dòng）偏差保持在≤0.05 mm。

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