地鐵不落輪鏇床LM型踏面鏇修工藝的改進

周光富（天津市地下鐵道運營有限公司,天津　300000）

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地鐵不落輪鏇床LM型踏面鏇修工藝的改進

周光富
（天津市地下鐵道運營有限公司,天津300000）

摘 要：不落輪鏇床鏇修時，合理的鏇修工藝參數選擇，在降低成本的同時也可以有效的保障地鐵運營的安全。本文通過對踏面的各種重要缺陷的分析、統計，結合相關經驗與理論來實現對不落輪鏇床鏇修工藝進行改進。

關鍵詞：踏面；缺陷；鏇修工藝；改進；鏇修

0　前言

為了保證電客車的運行安全，提高電客車車輪的使用壽命，地鐵運營公司對車輪踏面的修復提出了更高的要求，本文主要內容是針對地鐵車輛上廣泛使用的LM磨耗型踏面的鏇修提出優化方法。踏面鏇修的目標是：1、恢復LM磨耗型踏面的幾何形狀并保證表面質量和尺寸精度。2、盡可能的減少切削量。因為鏇修時，輪輞厚度每減少一毫米，車輪價值就會減少約500多元（以輪對綜合成本計算）另外，減少切削用量不但能減少或消除過度切削，還能減少刀具的磨損破損，節約成本。因此鏇修工藝中切削用量的優化是有其實際意義。

1　踏面主要的缺陷類型

（1）踏面擦傷。踏面的擦傷是影響運行安全性、平穩性和運用經濟性的重要因素,擦傷主要是由于制動力過強時車輪被閘瓦抱死，車輪在鋼軌上滑行而產生的局部缺陷[4]。由于滑行過程中產生的摩擦熱易達到奧氏體的相變溫度，在停車后又在空氣中迅速冷卻，形成硬度較高的馬氏體[2]。而輪軌粘著力也會使踏面發生局部的塑性變形，從而產生硬化現象。這會使踏面旋削過程中的切削力增大，增加刀具的磨損和破損。

（2）踏面直徑方向的磨耗。由于輪軌間長期的滾動摩擦，導致踏面直徑方向上的磨耗，并且會產生一層較為均勻的硬皮，其厚度大約為1mm左右。這也會增加踏面的旋削量。

（3）裂紋。在目前情況下，地鐵主要仍采用踏面制動的方式，由于強大的制動力以及頻繁制動而產生的摩擦熱和由疲勞等原因使車輪踏尤其托車的踏面產生裂紋等缺陷。日本的管原繁夫認為，由于車輪溫度的急劇升降,車輪的殘余拉應力不斷積蓄,當超過材料的斷裂強度時就發生龜裂[4]，在切削過程中由于裂紋的存在，會產生沖擊、振動，往往導致硬質合金刀具的碎斷。

（4）剝離。剝離是指車輪在運用過程中由于制動熱作用或輪軌滾動接觸疲勞作用而在踏面圓周或部分圓周上呈現出的金屬掉塊剝落損傷和魚磷狀或龜紋狀熱裂紋現象。會嚴重影響行車安全以及車輛其它部件的使用壽命。以接觸疲勞為例，剝離層的深度一般在0.5～3mm[1]。并且其產生原因主要為滾動接觸疲勞應力作用引起的接觸疲勞剝離和由于熱作用和機械作用引起的制動剝離和擦傷剝離。剝離會增加切削厚度，引起切削沖擊、振動等。

2　鏇修工藝參數的優化

鏇修參數的優化主要從兩個方面考慮：一、使切削厚度的選擇盡量合理，不過度切削。二、減小切削力、切削熱和沖擊，減小刀具的磨損和破損，提高刀具壽命。

（1）切削厚度的合理選擇。1）表面缺陷的影響。通過對鏇修的觀察，平均切削厚度約為4.8mm，消除缺陷（不包括裂紋）的有效切削厚度一般為2mm左右，加上表面約1mm的硬皮，過度切削量達到1.8mm左右。尤其是動車，由于其運行過程中以電制動為主，其輪緣磨耗較拖車輪緣磨耗要大。2）輪緣尺寸的影響。輪緣尺寸是一個重要的尺寸，現在使用的是鐵道部規定的LM26、LM28、LM30、LM32尺寸樣板。通過長期大量的應用，我們發現，輪緣厚度增加1mm，車輪直徑減少4.5mm。由于車輪輪緣尺寸是重要參數且磨耗較大，尤其是恢復輪緣對踏面徑向鏇修量影響很大，所以所需要的最低鏇修用量可以用下式表達：

3）裂紋的影響。所有裂紋中熱裂紋所占比例最大，熱裂紋主要是由于車輛制動過程中摩擦生熱和緩解后迅速降溫所引起的熱脹冷縮所導致的內應力而產生的。當裂紋頂端張開量達到0.15～0.20mm時，裂紋將迅速擴張[4]。裂紋不僅會導致切削過程的沖擊，而且會較大的增加切削厚度。裂紋深度的判斷有一個經驗公式：

不過這個公式對于熱裂紋僅能作為參考。

4）切削厚度的選擇。切削厚度的選擇應分為兩種情況。一、沒有裂紋時的情況，切削厚度可以根據公式⑴計算來恢復踏面的幾何形狀，因為其計算結果幾乎都要大于踏面表面的缺陷深度；二、當按照公式⑴鏇修后不能完全消除踏面表面缺陷時，根據具體情況以較小的鏇修量進行切削，根據經驗，一般為1.5-2mm左右；三、有裂紋時，切削厚度應該根據裂紋深度來確定，并選擇適當的模板，可以參考公式（3）。需要注意的是，當根據公式（3）判斷裂紋深度已超過輪輞厚度的下限時，經檢驗后可報廢處理，減少不必要的成本。

3　結論

本文總結了車輪踏面鏇修過程中提高刀具壽命和減小過度切削的方法：

（1）在踏面缺陷嚴重時，在選定背吃刀量的基礎上，低的切削速度和小的進給量可以有效地降低沖擊，減小切削力。

（2）在輪輞厚度離下限較近時，根據公式⑵可以初步判斷裂紋深度是否過限。

（3）在踏面狀態較好時，可以根據公式⑴來選擇背吃刀量。

（4）在踏面缺陷嚴重時，可以選擇多次逐層切削，可有效地減小沖擊和切削力。

（5）在選擇輪緣寬度樣板時，盡量選擇與未加工輪緣尺寸相近的的樣板。

參考文獻：

[1]郭俊,王文健,張偉,劉啟躍.車輪踏面剝離試驗研究[J].鐵道車輛,2004(04).

[2]奧山.雅貴.車輪踏面鏇修量判定的研究[J].國外機車車輛工藝,2009(01).

[3]盧秉恒,趙萬華,洪軍.機械制造技術基礎[M].北京:機械工業出版社.

[4]管原繁夫[日].輪對的設計[J].國外鐵道車輛,1983.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.016