鋼車輪壓裝工藝參數(shù)優(yōu)化的探討

王 科，劉紅梅，雷建中

(太原重工軌道交通設(shè)備有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030032)

0 引言

近年來，為了滿足我國(guó)重載貨運(yùn)快速發(fā)展的要求，鐵路不斷提速和加載。以往CL60鋼車輪在重載、提速條件下實(shí)際使用效果不佳，存在剝離及磨耗過快等一系列問題，影響到鐵路車輛的正常運(yùn)行[1]。因此，國(guó)鐵提出采用硬度高、耐磨性好的CL65鋼貨車車輪替換原CL60鋼車輪的方案。

輪對(duì)是貨車車輛轉(zhuǎn)向架的核心部件，輪對(duì)壓裝質(zhì)量是影響生產(chǎn)企業(yè)成本及效率的重要組成部分，也是保證車輛安全運(yùn)行的重要因素[2]。目前，在CL65鋼車輪輪對(duì)壓裝過程中經(jīng)常出現(xiàn)壓裝曲線末端降噸現(xiàn)象，即壓裝曲線不滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輪對(duì)壓裝力及曲線的要求。壓裝末端噸位下降可能會(huì)導(dǎo)致末端輪軸配合部位的相對(duì)微動(dòng)并產(chǎn)生疲勞裂紋，影響輪對(duì)壽命及運(yùn)行安全。因此，優(yōu)化壓裝工藝參數(shù)、提高貨車輪對(duì)壓裝合格率對(duì)控制生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率及保證車輛運(yùn)行安全具有十分重要的意義。本文針對(duì)某公司CL65鋼車輪壓裝工藝的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行探討。

1 壓裝工藝簡(jiǎn)介

貨車輪對(duì)由一根車軸和兩個(gè)車輪組成，如圖1所示。輪對(duì)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是對(duì)壓裝的要求十分嚴(yán)格。設(shè)計(jì)上要求車輪、車軸為過盈配合，兩側(cè)車輪內(nèi)側(cè)距控制在1 353 mm±2 mm，RE2B型輪對(duì)壓裝力要求720 kN～1 234 kN，壓裝曲線要平穩(wěn)上升，不得出現(xiàn)陡升、超噸、降噸、抖動(dòng)等現(xiàn)象，輪對(duì)一般采取冷壓裝的方式。

2 壓裝試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

2.1 壓裝試驗(yàn)方案

影響輪對(duì)壓裝質(zhì)量的因素有很多，如輪軸間過盈量、輪座/輪轂孔表面粗糙度、輪座/輪轂孔圓柱度、潤(rùn)滑劑的選用等[3]。輪軸壓裝過程中，壓裝力與輪座直徑、配合長(zhǎng)度、接觸面摩擦因數(shù)以及接觸面的徑向力成正比，壓裝力理論公式[4]為：

F=2Pbπr2Lf.

其中：F為壓裝力；Pb為接觸面應(yīng)力；r2為輪座半徑；L為輪軸配合長(zhǎng)度；f為接觸面摩擦因數(shù)。

圖1 輪對(duì)示意圖

在壓裝過程中若車輪行進(jìn)至輪座末端時(shí)輪軸間沒有足夠的擠壓或摩擦，則會(huì)導(dǎo)致末端噸位上不去或下降。結(jié)合壓裝力理論公式，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下方案以提高壓裝末端的噸位，從而提高輪對(duì)壓裝質(zhì)量：

(1) 增加輪轂孔粗糙度(尤其末端Ra3.2～Ra6.3)。前期壓裝輪轂孔粗糙度均小于Ra3.2，《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》中要求輪轂孔粗糙度不大于Ra6.3。

(2) 增加輪座粗糙度(Ra0.8～Ra1.6)。前期輪對(duì)輪座粗糙度小于Ra0.8，《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》中要求輪座粗糙度不大于Ra1.6。

(3) 加大輪座圓柱度(0.015 mm～0.02 mm)。前期輪對(duì)輪座圓柱度小于0.015 mm,《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》中要求輪座圓柱度不大于0.05 mm。

(4) 輪對(duì)壓裝過盈量按《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》中要求為輪座直徑的0.8‰～1.5‰，變更前后過盈量均取0.26 mm～0.28 mm，其余壓裝條件不變。

(5) 試驗(yàn)25付RE2B型輪對(duì)(CL65鋼車輪)壓裝，與前期25付未改工藝參數(shù)壓裝后的輪對(duì)作對(duì)比。

輪轂孔外側(cè)、中間、內(nèi)側(cè)分別是以外側(cè)輪轂面起的三個(gè)截面；輪座外側(cè)、中間、內(nèi)側(cè)分別是以輪座前肩起的三個(gè)截面，如圖2所示。

圖2 車輪輪轂孔和輪座各位置名稱示意圖

根據(jù)以上方案，進(jìn)行壓裝試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果見圖3～圖8，其中的原值為前期壓裝輪對(duì)各工藝參數(shù)的均值。

圖3 輪對(duì)左側(cè)輪轂孔粗糙度對(duì)比

圖4 輪對(duì)右側(cè)輪轂孔粗糙度對(duì)比

圖5 輪對(duì)左側(cè)輪座粗糙度對(duì)比

圖6 輪對(duì)右側(cè)輪座粗糙度對(duì)比

2.2 壓裝結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，通過改變工藝參數(shù)后，CL65鋼貨車輪對(duì)的壓裝合格率顯著提升，兩組試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見表1。結(jié)合壓裝原理分析，可得出以下結(jié)論：

(1) 在過盈量選取一定的條件下，輪座及輪轂孔粗糙度越大，輪對(duì)壓裝力會(huì)相應(yīng)增大，不會(huì)出現(xiàn)噸位不夠或降噸現(xiàn)象。

(2) 輪座圓柱度越大，越有利于壓裝末端的噸位上升，而不是降噸。

圖7 輪對(duì)左側(cè)輪座圓柱度對(duì)比

圖8 輪對(duì)右側(cè)輪座圓柱度對(duì)比

另外，我們分析發(fā)現(xiàn)，在一定程度上減小輪轂孔的圓柱度，同樣有利于壓裝末端的噸位上升，后期會(huì)繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和驗(yàn)證。

表1 輪對(duì)壓裝質(zhì)量對(duì)比

3 結(jié)語

(1) 過盈量建議選取0.26 mm～0.28 mm，可保證輪對(duì)壓裝力的整體區(qū)間滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2) 適當(dāng)增大輪座圓柱度，建議值為0.015 mm～0.035 mm，可避免壓裝過程末端降噸的出現(xiàn)。

(3) 適當(dāng)加大輪座及輪轂孔粗糙度值，有利于克服壓裝時(shí)的降噸現(xiàn)象。輪座粗糙度建議控制在Ra0.8～Ra1.6；輪轂孔粗糙度建議控制在Ra3.2～Ra6.3。