淺析機(jī)車輪對(duì)壓裝的異常情況與解決措施

田增杰

滄州中車株機(jī)軌道裝備服務(wù)有限公司,河北 滄州 063009

0 引言

輪對(duì)是鐵路機(jī)車轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件,其檢修質(zhì)量是保障鐵路機(jī)車安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。在機(jī)車輪對(duì)檢修現(xiàn)場(chǎng),輪對(duì)壓裝過(guò)程中會(huì)因?yàn)榉N種原因出現(xiàn)異常情況,導(dǎo)致輪對(duì)壓裝不合格,影響輪對(duì)檢修質(zhì)量和檢修周期,造成經(jīng)濟(jì)損失,甚至?xí)?duì)機(jī)車運(yùn)行安全造成影響。目前,尚無(wú)完善的標(biāo)準(zhǔn)措施來(lái)解決輪對(duì)壓裝過(guò)程中的異常,本文通過(guò)分析生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢修的HXD1型交流電力機(jī)車和SS4B型直流電力機(jī)車輪對(duì)壓裝過(guò)程中的異常情況,分析探討輪對(duì)壓裝出現(xiàn)異常現(xiàn)象的原因和解決措施,進(jìn)而提高機(jī)車輪對(duì)檢修質(zhì)量。

1 輪對(duì)壓裝過(guò)程概述

本文所研究的2種車型的車輪上均設(shè)有注油孔和與注油孔相連的注油槽[1-2],輪對(duì)壓裝時(shí),用高壓泵通過(guò)注油孔和注油槽向車軸輪座和車輪轂孔之間注入高于其接觸應(yīng)力的高壓油,使之形成油膜,再用MAE輪對(duì)壓裝機(jī)施加壓力,隨著車軸輪座和車輪轂孔接觸面的增加,油不斷滲透,在車輪壓裝過(guò)程處于油膜隔開(kāi)的情況下進(jìn)行組裝。輪對(duì)壓裝完成保持注油孔向下靜置48 h后,用MAE輪對(duì)壓裝機(jī)加壓到最小壓力檢驗(yàn)值后保壓30 s進(jìn)行壓力檢驗(yàn),車軸和車輪不發(fā)生相對(duì)位移表示輪對(duì)壓裝壓力檢驗(yàn)合格,整個(gè)輪對(duì)壓裝過(guò)程合格。

2 輪對(duì)壓裝典型異常情況

輪對(duì)壓裝過(guò)程作為機(jī)車檢修的關(guān)鍵工序之一,車輪和車軸的過(guò)盈量、表面粗糙度、MAE輪對(duì)壓裝機(jī)狀態(tài)、操作過(guò)程、環(huán)境溫濕度等因素都有可能造成壓裝異常情況,甚至?xí)霈F(xiàn)車輪和車軸拉傷的現(xiàn)象,給生產(chǎn)單位造成較大的經(jīng)濟(jì)損失,同時(shí)會(huì)影響機(jī)車整體檢修周期。目前,在檢修現(xiàn)場(chǎng)較為典型的異常情況有以下幾種。

2.1 輪軸拉傷

現(xiàn)場(chǎng)使用MAE輪對(duì)壓裝機(jī)在壓裝SS4B型直流機(jī)車輪對(duì)時(shí),出現(xiàn)過(guò)車軸和輪心拉傷的情況,車軸編號(hào)為00-155,輪座尺寸為236.40 mm,輪心編號(hào)為YJ 1710-0471-001,內(nèi)孔尺寸為236.20 mm,車輪和車軸過(guò)盈量為0.20 mm,符合輪對(duì)壓裝工藝要求。輪對(duì)壓裝到主輪心剛過(guò)油槽、壓裝曲線在120 mm左右位置、壓力降至350 kN時(shí),壓裝曲線未繼續(xù)下降,反而向上升噸,不符合工藝要求。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審后,決定繼續(xù)注油壓裝進(jìn)行嘗試,但繼續(xù)壓裝時(shí)壓裝曲線并未下降,反而繼續(xù)向上升噸,嘗試失敗,只能選擇將輪心退卸,退卸后發(fā)現(xiàn)車軸和輪心均被拉傷,其中車軸最大傷痕為148 mm×55 mm×3.5 mm,輪心最大傷痕為183 mm×47 mm×4.3 mm,具體拉傷情況如圖1、圖2所示,因拉傷較為嚴(yán)重,車軸和輪心只能做報(bào)廢處理。

圖1 車軸拉傷情況

圖2 輪心拉傷情況

2.2 壓力檢驗(yàn)不合格

輪對(duì)壓裝壓力檢驗(yàn)不合格也是檢修現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)較多的輪對(duì)壓裝異常情況,是指機(jī)車輪對(duì)在靜置48 h后進(jìn)行壓力檢驗(yàn)時(shí),車軸和車輪在規(guī)定的30 s時(shí)間內(nèi)發(fā)生相對(duì)位移;或者壓力檢驗(yàn)時(shí),MAE輪對(duì)壓裝機(jī)未達(dá)到最小壓力檢驗(yàn)值時(shí),車軸和車輪就發(fā)生了相對(duì)位移。這種現(xiàn)象在HXD1型交流電力機(jī)車進(jìn)行壓力檢驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的較為頻繁,近期HXD1型交流電力機(jī)車壓力檢驗(yàn)不合格情況具體如表1所示。出現(xiàn)壓力檢驗(yàn)不合格的現(xiàn)象,須將該輪對(duì)退卸后重新選配車軸和車輪進(jìn)行壓裝,這一異常會(huì)嚴(yán)重影響檢修周期。

表1 近期壓力檢驗(yàn)不合格情況統(tǒng)計(jì)

2.3 壓裝竄軸

機(jī)車輪對(duì)壓裝竄軸是指在輪對(duì)壓裝過(guò)程中,由于車軸和車輪之間的油膜過(guò)于充沛,導(dǎo)致車軸和車輪之間的摩擦力近乎于零,使得不再需要MAE輪對(duì)壓裝機(jī)施加壓裝力,車輪在慣性下也能實(shí)現(xiàn)繼續(xù)壓裝,具體表現(xiàn)為車輪前進(jìn)速度要快于MAE輪對(duì)壓裝機(jī)壓裝塊的前進(jìn)速度,肉眼觀察下就像車輪突然在車軸輪座上竄行,這種現(xiàn)象主要出現(xiàn)在HXD1型交流機(jī)車輪對(duì)壓裝過(guò)程中。出現(xiàn)壓裝竄軸的現(xiàn)象,同樣需要將該輪對(duì)退卸后重新選配輪軸進(jìn)行壓裝,這會(huì)影響檢修周期,嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成車軸、車輪被重新加工后才能繼續(xù)使用。

3 異常情況原因分析

3.1 輪軸拉傷原因

將輪軸拉傷的車輪進(jìn)行切割,并對(duì)切割下的輪心進(jìn)行硬度測(cè)量,測(cè)量結(jié)果為第1次157、191、151、179、167 HB,平均硬度169 HB;第2次249、170、226、141、164 HB,平均硬度190 HB;第3次179、209、191、146、185 HB,平均硬度182 HB,平均硬度合格,硬度偏差相對(duì)較大。輪心材質(zhì)軟硬不均,或者超過(guò)探傷范圍的位置存在內(nèi)部缺陷,高壓油將輪心內(nèi)孔材質(zhì)不均處或缺陷處擠壓變形是造成車輪和車軸拉傷的原因之一。

若注油孔未清理徹底,尤其是螺紋攻絲完成后,可能存在凸起、毛刺等情況,高壓風(fēng)吹掃以及清洗劑清洗未將凸起、毛刺清理徹底,高壓油注入時(shí)導(dǎo)致鐵屑隨液壓油進(jìn)入車輪和車軸之間也會(huì)造成車輪和車軸拉傷。若油槽處存在高點(diǎn),壓裝前未完全將高點(diǎn)完全打磨,導(dǎo)致車輪和車軸之間未完全被油膜充滿,車輪和車軸直接接觸也會(huì)導(dǎo)致輪軸拉傷。

MAE輪對(duì)壓裝機(jī)自帶的注油機(jī)泵為二次增壓泵,當(dāng)壓力達(dá)到某一設(shè)定值時(shí),增壓泵就會(huì)停止工作,導(dǎo)致注油壓力下降,壓裝曲線出現(xiàn)平直走向,甚至是上翹走向,壓裝曲線的不正常走向會(huì)導(dǎo)致輪軸拉傷等異常情況的出現(xiàn)。

3.2 壓力檢驗(yàn)不合格原因

車軸和車輪表面粗糙度主要是指車輪和車軸表面具有較小間距的微小波峰和波谷之間的不平度,對(duì)于車軸和車輪這種過(guò)盈配合來(lái)說(shuō),由于壓裝過(guò)程中會(huì)將微觀凸峰擠平,減小車輪和車軸之間的實(shí)際有效過(guò)盈。若車輪和車軸表面粗糙度過(guò)大,無(wú)形中會(huì)減小車輪和車軸之間的過(guò)盈量,壓裝過(guò)程中的壓裝力會(huì)被降低;若粗糙度太小,則會(huì)導(dǎo)致壓裝過(guò)程中車輪和車軸接觸面增大,壓裝力上升,但是也會(huì)使摩擦系數(shù)降低,壓裝力下降,最終無(wú)法預(yù)估實(shí)際壓裝力[3]。

對(duì)壓力檢驗(yàn)不合格的車輪和車軸表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行記錄,具體情況如表2所示。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以看出壓力檢驗(yàn)不合格的車輪和車軸表面粗糙度都大幅度低于標(biāo)準(zhǔn)值,較低的表面粗糙度使得輪對(duì)壓裝過(guò)程中壓裝力偏低,現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況表現(xiàn)為壓力檢驗(yàn)不合格。

表2 車輪輪轂內(nèi)孔表面粗糙度

同時(shí),現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境也會(huì)導(dǎo)致壓力檢驗(yàn)不合格的情況出現(xiàn)。鋼制材料熱膨脹系數(shù)大約為0.000 012,HXD1型交流電力機(jī)車的車軸輪座和車輪內(nèi)孔直徑約為1 250 mm,故溫度每變化1 ℃,車軸輪座和車輪內(nèi)孔的尺寸將變化0.015 mm。由于現(xiàn)場(chǎng)所處位置為東部沿海,天氣變化較為頻繁,晝夜溫差相對(duì)較大,若車輪和車軸不在同一時(shí)間測(cè)量,或者兩者處于同一環(huán)境的時(shí)間較短,則不能完全保證車軸和車輪之間的過(guò)盈量符合工藝要求。

3.3 壓裝竄軸原因

按照HXD1型交流機(jī)車車軸的檢修要求,車軸輪座的圓柱度要求為0.02 mm,經(jīng)過(guò)對(duì)發(fā)生竄軸現(xiàn)象的車軸輪座測(cè)量分析,發(fā)現(xiàn)雖然車軸輪座的圓柱度符合要求,但卻不是符合要求的正錐(靠近軸頸一側(cè)的輪座直徑稍小于靠近軸身一側(cè)的輪座直徑),而是出現(xiàn)了不符合要求的倒錐(靠近軸頸一側(cè)的輪座直徑稍大于靠近軸身一側(cè)的輪座直徑),這是導(dǎo)致竄軸現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素。

車軸和車輪之間的摩擦力近乎為零是導(dǎo)致竄軸現(xiàn)象發(fā)生的直接原因,生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)夏季與冬季溫差較大,也會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)壓裝過(guò)程中所需的液壓油不能同時(shí)滿足冬季和夏季的使用要求,夏季若使用黏度過(guò)低的液壓油使得輪軸之間的油膜過(guò)于充沛也會(huì)出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象;同時(shí),車軸和車輪的加工精度過(guò)高,表面粗糙度過(guò)低,也會(huì)出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象。

油膜過(guò)于充沛是導(dǎo)致輪對(duì)壓裝過(guò)程中出現(xiàn)的原因之一,由于MAE輪對(duì)壓裝機(jī)本身自帶的注油機(jī)屬于二次增壓注油機(jī),不能人為調(diào)節(jié)注油壓力的大小,即使操作人員發(fā)現(xiàn)異常后也無(wú)法人為降低壓力,增大了出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象發(fā)生的概率。

4 異常情況的解決措施

4.1 優(yōu)化輪軸狀態(tài)

通過(guò)更改車床加工車輪的數(shù)控程序,優(yōu)化車輪注油槽及內(nèi)孔的加工,保障車輪導(dǎo)向錐與車輪內(nèi)孔、注油槽與注油孔之間為光滑、無(wú)高點(diǎn)存在的狀態(tài),同時(shí)采用砂紙、風(fēng)動(dòng)千葉磨片等工具對(duì)車輪導(dǎo)向錐、注油槽及內(nèi)孔進(jìn)行打磨,適當(dāng)增加車輪內(nèi)孔的表面粗糙度。

細(xì)化車軸輪座的測(cè)量方式,測(cè)量車軸前、中、后3點(diǎn)的輪座直徑,檢查車軸輪座是否存在倒錐現(xiàn)象。若存在倒錐現(xiàn)象,則采用數(shù)控輪對(duì)機(jī)床對(duì)車軸輪座進(jìn)行加工,消除車軸輪座倒錐現(xiàn)象;若不存在倒錐現(xiàn)象,則采用砂紙、風(fēng)動(dòng)千葉磨片等工具對(duì)車軸輪座進(jìn)行打磨,適當(dāng)增加車軸輪座的表面粗糙度。

4.2 優(yōu)化壓裝前檢查

輪對(duì)壓裝前,檢查車軸輪座與車輪輪轂內(nèi)孔的過(guò)盈量是否符合工藝標(biāo)準(zhǔn),因測(cè)量數(shù)據(jù)精度較高,需要以在溫度、濕度等環(huán)境因素相同時(shí)測(cè)量出的數(shù)據(jù)為準(zhǔn),并由同一人測(cè)量車軸輪座和車輪內(nèi)孔的數(shù)據(jù)。測(cè)量完成后,要用高壓風(fēng)槍、無(wú)紡布等工具徹底清潔車輪注油孔、內(nèi)孔、幅板、從動(dòng)齒輪上的鐵屑、油漬等異物,確保壓裝前車輪和車軸的清潔度。清潔完成后,須在車軸輪座表面與車輪輪轂內(nèi)孔面均勻地涂上純凈的茶籽油,同時(shí)HXD1型交流機(jī)車壓裝時(shí)要注意兩側(cè)車輪靜不平衡位置的搭配。

4.3 優(yōu)化壓裝過(guò)程控制

明確壓裝過(guò)程中的操作人員分工,要求一人重點(diǎn)操作MAE壓裝機(jī),另一人重點(diǎn)關(guān)注壓裝過(guò)程。輪對(duì)壓裝時(shí),要保證車輪和車軸中心線與MAE輪對(duì)壓力機(jī)頂尖中心線應(yīng)保持一致。壓入速度宜為0.5～5 mm/s,合格的壓裝曲線應(yīng)是未注油時(shí)壓力隨壓入距離增大而逐漸上升,注油后壓力隨壓入距離增大而逐漸下降,壓裝終止時(shí)壓入力為最小,且不大于196 kN[4]。若油槽過(guò)后壓裝曲線中壓裝力未降至196 kN以下,或者有上漲趨勢(shì)時(shí),應(yīng)立即停止壓裝。同時(shí),應(yīng)時(shí)刻關(guān)注車軸和車輪的相對(duì)位置,查看是否存在竄軸等異常情況。

4.4 優(yōu)化壓裝后工藝

根據(jù)最小檢測(cè)壓力值的計(jì)算公式PP=1.2×k×D(式中:PP為壓力檢驗(yàn)時(shí)的最小壓力值;k為系數(shù),整體車輪取5.2,分體輪心取4.41;D為車軸輪座的直徑)重新計(jì)算最小檢測(cè)壓力值,在確保輪對(duì)壓裝質(zhì)量的前提下,盡可能地優(yōu)化壓力檢驗(yàn)中的最小壓力值。同時(shí),在輪對(duì)壓裝完成后,將車輪注油孔朝下方放置,嚴(yán)格執(zhí)行靜置48 h的工藝要求,盡可能地將殘留在輪軸之間的液壓油排盡,保證輪軸之間不存在油膜。

4.5 優(yōu)化注油設(shè)備

為保證MAE輪對(duì)壓裝機(jī)輸出穩(wěn)定壓力,通過(guò)外置日本理研超高壓注油機(jī)(見(jiàn)圖3)進(jìn)行設(shè)備改造,該泵為一級(jí)流量柱塞泵,此款有4個(gè)柱塞,無(wú)需增壓器,直接通過(guò)電動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)液壓泵輸出連續(xù)穩(wěn)定的超高壓流體,并設(shè)有壓力開(kāi)關(guān),壓力在50～200 MPa任意可調(diào)。改造后的注油機(jī)能夠滿足檢修現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車輪對(duì)壓裝的工藝技術(shù)要求,MAE輪對(duì)壓裝機(jī)無(wú)法提供穩(wěn)定注油壓力的問(wèn)題可被徹底解決。

圖3 超高壓注油泵

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了檢修現(xiàn)場(chǎng)2種車型輪對(duì)壓裝過(guò)程中遇到的典型異常情況,從多方面進(jìn)行原因分析,找到機(jī)車輪對(duì)壓裝過(guò)程中需要注意的關(guān)鍵點(diǎn),并結(jié)合實(shí)際情況提出相應(yīng)措施,有效提高了檢修現(xiàn)場(chǎng)機(jī)車輪對(duì)壓裝的合格率,希望能夠?qū)τ蓄愃茊?wèn)題的檢修現(xiàn)場(chǎng)起到參考、借鑒作用,共同提升機(jī)車檢修質(zhì)量,保障鐵路機(jī)車運(yùn)行安全。