中國南車戚墅堰機(jī)車有限公司原主任工程師 虞行國

科技在日益發(fā)展，裝備制造在立意創(chuàng)新，國人的消費(fèi)理念在轉(zhuǎn)變的同時(shí)，出行方面的要求和觀念也在更新，要達(dá)到健康的旅游，克服和消除駱駝式的出行方式，就需要有更好的代步交通工具來解決出行中的矛盾，享受高品位的行程。截至2012年5月24日，我國已開通軌道交通運(yùn)營的城市有16座，即將擁有軌道交通的城市有13座，已在運(yùn)行和在建的有171條，到2020年鐵路線路運(yùn)行里程將達(dá)到7000km。每天這些軌道交通的車輛為城市的綠色出行帶來了方便和快捷，同時(shí)也解決了城市地面交通的壓力。但是軌道交通車輛的輪對因運(yùn)行里程和行車速度的因素，肯定會(huì)造成輪對加劇磨損的狀態(tài)。為了保證安全運(yùn)行，必須按照規(guī)程進(jìn)行修理或者更換，所以采用在線不落輪加工的新工藝、新方法是符合高效、節(jié)能加工的最好途徑。我國城市軌道交通線廣量大，這種不落輪的加工方法需求量很大，它可以為運(yùn)行及制造商提高制造速度和縮短維修時(shí)間，從而達(dá)到大量節(jié)約成本。但是，目前對車輪輪對因輪緣和踏面磨損后的修理更換，大多數(shù)工廠機(jī)務(wù)段都是采用吊裝方法進(jìn)行操作，在車輪輪對嚴(yán)重磨損時(shí)也只能是更換。圖1所示是磨損后的車輪外形，圖2所示是修復(fù)后的外形。

軌道交通車輪現(xiàn)行加工工藝

多年來，我國鐵路系統(tǒng)制造和修理的加工設(shè)備都是東歐波蘭專門為鐵路生產(chǎn)的UBA、UBB、UBC三代車輪車床，輪緣和踏面的形狀也是最早從仿形加工發(fā)展到今天的全數(shù)控加工設(shè)備。圖3所示是現(xiàn)行的加工設(shè)備。

國內(nèi)的齊一機(jī)和青海機(jī)床是我國重點(diǎn)生產(chǎn)和配套鐵路加工的設(shè)備制造重點(diǎn)廠家。這些設(shè)備只能適用于新造，不適于不落輪的加工。時(shí)代在不斷地發(fā)展，工藝在不斷地進(jìn)步，生產(chǎn)修理的對象在不斷地改變，如果針對目前的軌道交通輪對的維修方法還是采用起吊、裝卸、上機(jī)床加工、裝配、落車的最基礎(chǔ)的工藝和流程，那么修理時(shí)間肯定需要很長的周期，不符合現(xiàn)代加工需求，滿足不了高速發(fā)展的高鐵和城市軌道交通的新局面，同時(shí)也不符合綠色環(huán)保、高效文明生產(chǎn)的原則。圖4、圖5所示是機(jī)車和車輛更換車輪起吊的情況。

不落輪加工的方法和發(fā)展形勢

按照每條地鐵線需要配備一臺(tái)的思路，我們就需要更多的加工設(shè)備來適應(yīng)軌道交通的需求，這是個(gè)龐大的規(guī)劃。目前新工藝、新方法已經(jīng)在小范圍中得到了應(yīng)用。正因?yàn)橛羞@個(gè)需求，在國內(nèi)已經(jīng)有江西黑根賽特、青海華鼎、武漢重型、中船重工、北京一機(jī)、北車二七裝備公司等企業(yè)看準(zhǔn)這個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，正在生產(chǎn)和準(zhǔn)備生產(chǎn)不落輪加工的設(shè)備。國外生產(chǎn)這種機(jī)型的制造廠也不是很多，進(jìn)入國內(nèi)市場的這個(gè)領(lǐng)域也只有幾家。

在國內(nèi)已經(jīng)有幾家企業(yè)開始采用德國或西班牙合作合資的方式以及制造技術(shù)生產(chǎn)的機(jī)床投入了北京地鐵、上海地鐵和長春地鐵使用，它一定會(huì)在全國各大中城市的地鐵或者機(jī)務(wù)段中得到推廣和使用。不落輪車床最大的好處和優(yōu)越性就在于車箱箱體不需要吊離車輪輪對，只要把這個(gè)列車牽引到裝有不落輪旋床地坑的上方就可以進(jìn)行在線加工。設(shè)備的全貌如圖6所示。

具體加工的方法：設(shè)備屬地溝形式主要安裝在地坑和地面上。它具有新一代的數(shù)控控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)緊湊的液壓系統(tǒng)、在加工車削時(shí)可以同時(shí)加工兩側(cè)車輪并且通過先進(jìn)的測量裝置，對車輪的輪緣和輪對的踏面預(yù)加工自動(dòng)測量和最終加工完成的數(shù)據(jù)測量，即同時(shí)測量、同時(shí)加工和同時(shí)采集加工數(shù)據(jù)，使加工完成的同一車輪直徑差在0.1mm之內(nèi)，基本達(dá)到尺寸與形狀完全相同的效果。對要加工的車輛走行裝置的輪對車輪修理時(shí)，只需要把車輛的車軸中心在牽引車的作用下送到基本的位置自動(dòng)定位，可以根據(jù)不同類型的轉(zhuǎn)向架對輪對兩側(cè)各有一對具有調(diào)節(jié)的摩擦驅(qū)動(dòng)滾輪，作為車輛的車軸中心定位裝置，并在液壓升降支撐裝置的作用下，根據(jù)軸的承重情況輪對車軸可以被提升1～10mm。同時(shí)這套裝置也作為下壓板的支撐作用使用。在對輪對內(nèi)側(cè)定位的基礎(chǔ)上，通過上壓板機(jī)械液壓裝置壓住不同類型軸箱體的上端，以將車軸固定在下壓板支撐裝置上完成車軸的軸向定位。輔助接頭導(dǎo)軌在液壓系統(tǒng)的作用下，會(huì)通過系統(tǒng)自動(dòng)沿鐵軌一側(cè)平行移動(dòng)，使得在兩個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)輪之間留出給設(shè)備進(jìn)行測量和加工的空余位置。在設(shè)備的X軸向移動(dòng)的溜板上裝有接觸式RENISHAW踏面形狀測量裝置、精車刀柄、粗車刀柄以及滾輪式輪徑測量裝置，在經(jīng)過對輪對輪緣高度、輪緣厚度、踏面中徑的測量后，所采集的數(shù)據(jù)將作為X、Z軸的加工工藝零點(diǎn)。4個(gè)獨(dú)立升降系統(tǒng)的摩擦驅(qū)動(dòng)輪以最小的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)輪對轉(zhuǎn)動(dòng)，X、Z軸根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)就可以按照數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序進(jìn)行加工。在加工中分別采用粗車刀和精車刀2套刀柄系統(tǒng)，并采用編碼器作為位置環(huán)的測量。在粗車刀和精車刀2套刀柄上又裝有2片刀片，先粗車后精車在經(jīng)過二次車削后就能分別完成輪對的直徑、車輪內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面加工。圖7所示就是不落輪加工的模擬示意。

在完成加工后系統(tǒng)會(huì)對輪對進(jìn)行自動(dòng)測量，內(nèi)容包括：①輪緣的高度。②輪緣的厚度。③輪對的橢圓度。④輪對的跳動(dòng)。⑤輪對直徑的實(shí)際尺寸。⑥內(nèi)側(cè)面之間的距離。

以上數(shù)據(jù)測量后將被存儲(chǔ)在系統(tǒng)的硬盤里，作為歷史資料保存。在測量輪對直徑的實(shí)際尺寸時(shí)，采用一種滾輪式的直徑測量輪裝置，直徑輪的尺寸是已預(yù)知的，當(dāng)直徑輪與輪對接觸后相對進(jìn)行旋轉(zhuǎn)就能方便地測量出車輪圓周，最終確定直徑尺寸。加工時(shí)輪對二邊的刀架同時(shí)進(jìn)行旋車切削加工，輪對的直徑尺寸有數(shù)控統(tǒng)一控制，從而確保輪對尺寸的一致性。通過以下的四個(gè)國內(nèi)外不落輪制造企業(yè)技術(shù)參數(shù)的對比，可以明顯地反映出設(shè)備加工精度和尺寸的一致性，以及每班能夠加工12對輪對的高效加工能力（見附表）。

期望我國的民族裝備制造企業(yè)能夠盡快地掌握制造核心，來滿足軌道交通發(fā)展的需求，并且能夠進(jìn)入國際市場，做到從中國仿造到中國制造，從中國制造到中國創(chuàng)造，最后真正實(shí)現(xiàn)和做到MADE IN CHINA。

不落輪主要技術(shù)參數(shù)比較表