鐵道車輛輪對(duì)壓裝曲線的質(zhì)量分析及解決方案

易光宗 余秉智 甘萬武

摘要：本文通過分析幾種典型的輪對(duì)壓裝不合格曲線，闡述了使用泰格輪對(duì)壓裝機(jī)出現(xiàn)輪對(duì)壓裝不合格的幾種常見的原因及解決方案。

關(guān)鍵詞：壓裝曲線 ?不合格 ?原因 ?解決方案

引言：

輪對(duì)是車軸與車輪采用過盈配合及冷壓組裝方法所形成的鐵道車輛走行部位的關(guān)鍵零部件。輪對(duì)壓裝是一個(gè)相對(duì)較為復(fù)雜的工藝，過盈量的選擇，輪、軸加工誤差，測量誤差，產(chǎn)品材質(zhì)，環(huán)境溫度等各種因素均會(huì)影響壓裝效果。經(jīng)過長期的探索與總結(jié)，我們逐漸摸索出一套準(zhǔn)確查找輪對(duì)壓裝曲線不合格產(chǎn)生的原因和與之對(duì)應(yīng)的解決方案。

一、輪對(duì)壓裝原理分析

1.1輪對(duì)壓裝工藝簡介

上圖1-1為輪對(duì)壓裝示意圖，將加工合格的車軸、車輪涂油后輸送到預(yù)壓裝位，并分別裝卡定位，輪對(duì)預(yù)壓裝機(jī)以不大于10KN的力將車輪通過輪座引導(dǎo)錐部分推至輪對(duì)預(yù)壓裝位置，然后通過自動(dòng)檢測裝置自動(dòng)找到車軸中心并定位，壓頭伸出對(duì)輪對(duì)進(jìn)行壓裝。

1.2輪對(duì)壓裝曲線理論計(jì)算[1]

根據(jù)《壓裝工藝手冊(cè)》，理想狀態(tài)下，壓裝曲線應(yīng)符合 ：

F =πDLμδE（R2-r2）/4 R2r ?式中;

F—壓裝力 ?D—輪座直徑 L—接觸面的長度 ?μ—摩擦因數(shù)

δ—過盈量 ?E—彈性系數(shù) R—輪轂外半徑 ?r—輪轂內(nèi)半徑

分析該公式：

π為常數(shù) ?D—輪座直徑 ? L—輪、軸壓裝過程中接觸面的長度

μ—摩擦因數(shù)，0.15—0.2之間，與鋼材型號(hào)有關(guān)，與潤滑油粘稠度有關(guān)。

δ—過盈量，根據(jù)Q/CAJ78-2018規(guī)定過盈量的選取范圍為輪孔直徑的0.8‰—1.5‰，即0.16—0.29mm。過盈量的選取值受配合表面的幾何形狀誤差、表面粗糙度、輪座與輪轂孔材質(zhì)等諸多因素的影響，多通過試壓確定較為合適的過盈量。

E—彈性系數(shù) ? R—輪轂外半徑 ? ?r—輪轂內(nèi)半徑

二、合格輪對(duì)壓裝曲線分析

如下圖2.1所示為合格的壓裝曲線，壓裝起噸平穩(wěn)，壓裝力上升穩(wěn)定。雖在最后階段出現(xiàn)尾部降噸，但降噸長度不大于有效壓裝接觸長度L0長度的15%，下降噸位不超過最高噸位的5%，最高壓裝力880KN，符合TG/CL224-2016和Q/CAJ78-2018標(biāo)準(zhǔn)的要求。

三、幾種典型不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因和解決方案

3.1噸大（陡升T1>98KN）不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因和解決方案

3.1.1噸大（陡升T1>98KN）的不合格壓裝曲線分析

如圖3.1.1所示該壓裝曲線，壓裝起噸時(shí)產(chǎn)生陡然上升，且上升噸位T1部分超過98KN，后續(xù)噸位急劇上升，壓裝系統(tǒng)在980KN處自動(dòng)判定該壓裝曲線不合格，自動(dòng)終止壓裝。

3.1.2噸大（陡升T1>98KN）不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因

由圖3.1.1陡升T1>98KN的不合格壓裝曲線可以分析出，起噸階段壓裝力過大，整個(gè)壓裝過程中的壓裝力都超過正常范圍，這兩點(diǎn)均說明輪座與輪轂孔的過盈量是選取過大的。

3.1.3噸大（陡升T1>98KN）不合格壓裝曲線解決方案

a、輪座與輪轂孔基本尺寸需要重新校核，以判斷是否是由于加工尺寸出現(xiàn)問題造成的，如果校核尺寸無誤，表面粗糙度符合壓裝要求，則基本可以斷定是過盈量選取過大。

b、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況重新選取過盈量并進(jìn)行試壓裝，以判斷新的過盈量選取是否合適。

3.2噸小不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因和解決方案

3.2.1噸小的不合格壓裝曲線分析

由下圖3.2.1起噸平直的不合格壓裝曲線，可以看到壓裝初期起噸緩慢，接觸長度L0段壓裝過程噸位沒有達(dá)到規(guī)定要求，系統(tǒng)判定該壓裝曲線不合格。

3.2.2噸小不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因

由圖3.2.1噸小的不合格壓裝曲線分析，由于整個(gè)壓裝曲線均呈現(xiàn)噸位不足的態(tài)勢，初期判斷過盈量的選擇是否出現(xiàn)問題。但當(dāng)天共壓裝37對(duì)輪對(duì)，全部合格，唯獨(dú)這個(gè)出現(xiàn)噸小，過盈量選擇錯(cuò)誤這個(gè)判斷似乎解釋不通。問題出在哪呢？查閱該輪轂孔壓裝前的質(zhì)量記錄，過盈量，圓度，圓柱度均滿足工藝要求，對(duì)比其他輪轂孔表面粗糙度較低，測量值為Ra2.8。依據(jù)壓裝力計(jì)算公式F=πDLμδE（R2-r2）/4 R2r可知，由于輪轂孔表面粗糙度過高，導(dǎo)致摩擦因數(shù)μ減小，壓裝力F隨著摩擦因數(shù)μ的減小也同時(shí)減小。為了驗(yàn)證我們的判斷，我們做了個(gè)小實(shí)驗(yàn)：選取4片輪轂孔粗糙度Ra≤3.0的車輪，選配了過盈量在規(guī)定范圍上限的2根車軸進(jìn)行壓裝，隨著過盈量的增大，壓裝力F有所增加，但最終壓力依然低于規(guī)定的最小壓裝力。

3.2.3噸小的不合格壓裝曲線解決方案

我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)：在批量生產(chǎn)中，車軸的輪座是通過外圓磨床加工的，基本尺寸、錐度和表面粗糙度的一致性都能較好的控制，其中車軸的輪座表面粗糙度均在Ra1.1— Ra1.4之間。車輪的輪轂孔是由數(shù)控立車進(jìn)行加工的，加工過程中由于刀片磨損，背吃刀量的大小，進(jìn)給速度快慢、機(jī)床轉(zhuǎn)速等等的問題，影響著車輪輪轂孔的表面粗糙度的一致性。通過以上分析，我們做了如下改進(jìn)：

a.所有車輪數(shù)控立車均使用相同的切削參數(shù)，切削三要素。

b.刀片在進(jìn)入急劇磨損期時(shí)就必須及時(shí)更換，并對(duì)新?lián)Q的精車刀片刀尖圓弧部位以及切削刃用油石進(jìn)行適當(dāng)打磨，以便消除刀片的微觀凸體、裂痕及毛刺?？s短刀具的初期磨損階段，降低表面粗糙度的變化幅度，使輪轂孔獲得較為一致的表面粗糙度。

c.對(duì)所有加工的輪轂孔使用粗糙度對(duì)比量塊進(jìn)行對(duì)比，輪轂孔粗糙度內(nèi)孔需達(dá)到Ra4.0— Ra5.0之間。

3.3、尾部平直降噸的不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因和解決方案

3.3.1尾部平直降噸的不合格壓裝曲線分析

由圖3.3.1尾部平直降噸的不合格壓裝曲線可見，由于尾部接觸長度L2噸位平直，L3噸位下降，且（L2+L3）/L0>15%，系統(tǒng)判定該壓裝曲線不合格。

3.3.2尾部平直降噸的不合格壓裝曲線產(chǎn)生原因

由圖3.3.1尾部平直降噸的不合格壓裝曲線，在前4/5壓裝過程中壓裝力的變化是增加的，壓裝曲線為斜直線，在壓裝力到達(dá)頂點(diǎn)后的最后1/5階段出現(xiàn)了壓裝力增加變緩，最后下降的趨勢，不再保持與裝配面長度成正比的關(guān)系。根據(jù)壓裝力計(jì)算公式F=πDLμδE（ R2-r2）/4R2r推斷：在應(yīng)變量μ—摩擦因數(shù)，δ—過盈量，E—彈性系數(shù)，R—輪轂外半徑，r—輪轂內(nèi)半徑中存在有變量。摩擦因數(shù)、過盈量、彈性系數(shù)和輪轂內(nèi)半徑的變化非常小，變化最大應(yīng)該是R—輪轂外半徑。如下圖4.3.2所示為車輪整體結(jié)構(gòu)示意圖，車輪腹板部位在初始?jí)貉b時(shí)由D1端壓入，由D2端壓出，壓入處的車輪外半徑大于壓出處的車輪外半徑。隨著輪轂外半徑的減小，壓裝力隨之減小。另一方面，在接近壓出的最后1/3接觸長度時(shí)腹板厚度由原來的（D1-D）逐漸變?yōu)椋―2-D）。輪轂的厚度變化也直接導(dǎo)致了車輪彈性系數(shù)E也逐漸變小[2]。以上兩方面均從理論上解釋了壓裝曲線容易在最后階段出現(xiàn)降噸的根本原因。

3.3.3尾部平直降噸的不合格壓裝曲線解決方案

a.輪座以及輪轂孔的正向錐度在相關(guān)工藝文件的規(guī)定下可以適當(dāng)增大[3]。

b.相關(guān)工藝文件的規(guī)定下適當(dāng)增大過盈量。

C.a.b兩種方案在增大正向錐度和過盈量的同時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)壓裝曲線產(chǎn)生噸大的情況，可以考慮在輪轂孔最后1/3接觸長度用較粗的砂紙對(duì)輪轂孔進(jìn)行適當(dāng)打磨，以提高該部分的摩擦因數(shù)，增大壓裝力，達(dá)到要求的壓裝效果。

四、總結(jié)

影響輪對(duì)一次壓裝合格率的因素較多，過盈量、產(chǎn)品的材質(zhì)、表面粗糙度、氣候溫度以及空氣濕度等等均會(huì)影響壓裝力的大小。但萬變不離其中，以壓裝力計(jì)算公式為理論基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的各類問題，分析每一條不合格輪對(duì)壓裝曲線產(chǎn)生的原因，靈活運(yùn)用力學(xué)原理和加工工藝學(xué)，對(duì)每項(xiàng)改進(jìn)措施反復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)踐加以論證。

參考文獻(xiàn)：

[1]《輪對(duì)壓裝工藝分析》北京交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院：岳立峰 沈陽鐵路局總工室：竇廣旭

[2]《輪對(duì)壓裝曲線末端平直降噸原因分析》齊齊哈爾鐵路車輛（集團(tuán)）公司：張桂利

[3]《D型輪對(duì)不合格的原因及改進(jìn)方法》大連機(jī)車車輛廠 ：李英杰 陳光滿

作者簡介：易光宗，出生年月：1981年1月， 性別：男，民族：漢，籍貫：湖北省武漢市，職稱：高級(jí)技師，學(xué)歷：大專，主要研究方向：機(jī)械與加工。