高鐵輪對壓裝過程中幾個關鍵問題的分析

摘 要：動車輪對除了承受一定的裝配力，還要承受復雜的靜載荷、動載荷以及在制動時由閘瓦的摩擦產生的熱應力，隨著車速的提高，這種動載荷的影響會越來越大。為提高行車安全，對輪對的制造工藝提出了很高的要求。本文從影響輪對壓裝過程的幾個關鍵問題進行研究分析，提出了輪對壓裝解決方案。

關鍵詞：輪對；輪；軸；壓裝曲線；壓裝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.034

動車輪對是動車組關鍵重要的零部件之一，而輪對的壓裝質量是保證車輛在安全運行過程中重要的環節。其中車軸和車輪是輪對壓裝的主要零部件。通過對車軸、車輪加工和壓裝前輪軸處理過程的跟蹤分析，我們找到幾個影響輪對壓裝的關鍵問題，并重點分析加強控制，提出了合理的壓裝方案。

1 影響壓裝的幾個關鍵原因

輪對壓裝質量是通過壓裝曲線來判定是否合格，壓裝曲線的判定合格要求具體為：①在輪座壓入輪轂孔長度30mm范圍內，必須起噸，但起始噸位不得超過車軸輪座直徑公稱尺寸的1.3倍； ②在車輪的注油槽部位，壓裝力允許下降，但在下降后的25mm內壓裝力恢復上升，且25mm處的壓力值不小于壓裝曲線下降前的最大壓力值； ③最后25mm的位移中，壓裝力允許下降，但壓力下降值不得超過50kN。 ④最終壓裝力及最大壓裝力須介于最大最小壓裝力之間。

影響壓裝曲線的的因素：主要是過盈量、輪軸壓裝表面的粗糙度、潤滑劑的涂抹、表面形狀誤差、壓裝速度、溫濕度、材料的機械性能等因素。我們取其中關鍵的幾點因素進行具體分析。

1.1 過盈量

壓裝過程中車輪和車軸配合面處的應力應變狀態會發生改變，在輪對的微小結構特征處如圓角、倒角和過渡圓弧等會有應力集中的現象，它是輪對微動損傷和疲勞裂紋形成的主要源頭，為了保證所需要的連接強度及防止輪對聯接部分應力過高，必須正確選擇過盈量。例如復興號標準動車組的過盈量配合最小0.238mm最大0.313mm。

1.2 輪軸壓裝表面的粗糙度

壓裝面的粗糙度對壓裝力的影響較大。工件表面的粗糙度與加工時的刀具速度，進給量的大小有直接關系。在實際的測量過程中，測量的位置均是表面的波峰值。波峰強度一般都較小而且還是應力集中的地方。在輪對壓裝過程中，強度小的波峰很容易被擦平，就會導致過盈量減小，影響實際的壓裝速度，最終影響的是壓裝質量。因此，加工工藝要求規定了輪轂孔和輪座的粗糙度：輪轂孔內表面粗糙度為ra1.6-3.2，輪座外表面的粗糙度為ra0.8-1.6；（ra）值過大或過小都會導致壓裝中出現“崩噸”現象。如果表面粗糙度太大，壓裝時粗糙峰的峰頂被擠平，產生塑性變形，使實際過盈量減少，壓裝力下降。表面粗糙度較小時，摩擦系數下降，但實際接觸面積增大，使壓裝力上升，壓裝曲線趨向平穩。

1.3 潤滑劑涂抹

二硫化鉬是重要的固體潤滑劑，用于摩擦材料主要功能是低溫時減摩，高溫時增摩，燒失量小。所以二硫化鉬的涂抹直接影響車輪壓裝的效果，涂抹厚的話壓裝摩擦力減小可能導致壓裝力上不去，涂抹薄的話有壓裝摩擦力增大，可能導致壓裝崩噸和拉傷，所以二硫化鉬的涂抹要求是導致壓裝質量不可或缺的影響因素。

1.4 表面形狀誤差

車軸車輪加工時，自車輪轂孔上加工小于0.01mm的正向錐度，車軸輪座上加工小于0.01mm的正向錐度，以保證曲線形狀和最終壓裝力合格，在輪對壓裝過程中，由于輪軸壓裝面的錐度不一致，導致每一個壓裝截面的過盈量也不相等，會影響壓裝曲線的出現抖動，曲線不穩定。

1.5 壓裝速度

壓裝速度是影響輪對壓裝質量的一項重要因素。在輪對壓裝過程中輪座沿著輪轂孔慢慢壓入，在此過程中滑動速度的大小影響接觸面的摩擦系數以及接觸面的溫度，溫度的變化就會引起接觸面物理性質和化學性質的改變，最終影響到壓裝質量的好壞。

1.6 溫濕度的影響

壓裝前，車軸和車輪必須同溫8小時才可以壓裝，減少因溫度變化導致的材料熱脹冷縮，產生的尺寸和其他影響。壓裝過程中，壓裝的環境溫度必須大于等于10℃。以確保設備和壓裝產品符合壓裝要求。

2 影響壓裝的幾個問題具體控制辦法

經過對壓裝過程中的過盈量、輪軸壓裝表面的粗糙度、二硫化鉬的涂抹、表面形狀誤差、壓裝速度、溫濕度進行了跟蹤分析，可以歸納為兩部分來具體控制和解決因這幾個因素造成的壓裝不合格。具體方法如下：

2.1 車輪，車軸的加工過程控制和檢測方法控制

車輪，車軸嚴格按照工藝要求進行操作加工，嚴格控制幾何形狀偏差，統一測量部位，保證車輪轂孔和車軸輪座的相關尺寸準確有效，對車輪轂孔和車軸輪座分別用外徑千分尺和內徑千分表采用三面六點法測量，測量結果須滿足壓裝尺寸要求和過盈量配合。對測量后的表面形狀進行對比，保證表面形狀符合工藝要求。

2.2 壓裝前輪軸處理和壓裝速度的控制

對輪軸在壓裝前用清洗劑分別對車軸輪座和車輪轂孔表面清潔，清洗劑揮發后用砂紙沿軸線45°交叉手工打磨車軸輪座表面，并去除倒角邊緣尖角、毛刺，打磨完成后清理干凈車軸輪座及車軸其余部位，用風動拋光機施加輕微壓力成圓弧運動和螺旋運動由車輪內側向外側打磨轂孔表面，打磨后粗糙度符合壓裝要求。

壓裝前的車軸輪座和車輪轂孔前處理完成后，對打磨后的表面進行清潔，將少量的二硫化鉬均勻涂抹在車輪轂孔和車軸輪座上，保證二硫化鉬都均勻含入粗糙度的波峰中，減小壓裝摩擦力，降低壓裝過程中因高壓升溫產生的燒結或拉傷。壓裝過程中壓裝速度以2.0mm/s-2.5mm/s的速度勻速推進，保證壓裝過程都在可控范圍內。

通過對動車輪對壓裝過程中的幾個問題進行跟蹤研究和分析，我們找到了影響壓裝質量的關鍵因素，并針對此制定了可控的解決措施。輪對壓裝質量的判定標準是保證動車組行車安全的重要依據，它的完整性是一個非常重要的研究內容。本文為進一步完善動車輪對壓裝質量的判定標準提供了重要依據。

參考文獻：

[1]TB/T1718-2003.車輛輪對組裝技術條件[S].

作者簡介：劉建新（1983-），男，山西太原人，本科，工程師，研究方向：高鐵輪對的加工和組裝。