鄭敦省

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部

蛇口西車輛段不落輪鏇床碎屑機(jī)軸套碎裂故障分析報(bào)告

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深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部

列車在運(yùn)行過程中，車輪的輪緣、踏面與鋼軌接觸碰撞過程中會(huì)產(chǎn)生剝離、擦傷、變形等，從而在運(yùn)行中產(chǎn)生震動(dòng)和噪音，使乘客感到不舒服，未解決這種情況，需要對(duì)超過標(biāo)準(zhǔn)尺寸的車輪進(jìn)行鏇修，從而恢復(fù)尺寸。不落輪鏇床作為地鐵行業(yè)中的重要設(shè)備，肩負(fù)著鏇修各種列車輪對(duì)、保障列車平穩(wěn)運(yùn)行的重要責(zé)任，從而給乘客的乘車旅途帶來安穩(wěn)和舒適。本文主要分析蛇口西車輛段不落輪鏇床碎屑機(jī)軸套碎裂故障。

不落輪鏇床；屑機(jī)軸套；碎裂故障分析

車輛在運(yùn)行過程中，與鋼軌接觸的輪緣、踏面會(huì)產(chǎn)生磨損和變形，需要對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)的車輪進(jìn)行必要的車削，即鏇修加工以恢復(fù)尺寸。數(shù)控不落輪鏇床在車輛不解體狀態(tài)下對(duì)輪對(duì)進(jìn)行高精度鏇修，是運(yùn)營中技術(shù)要求較高設(shè)備。

一、故障現(xiàn)象

2015年1 月14 日15：20，蛇口西車輛段不落輪鏇床在進(jìn)行輪對(duì)鏇修作業(yè)時(shí)碎屑機(jī)發(fā)出異響，鏇輪作業(yè)人員停機(jī)發(fā)現(xiàn)左邊碎屑刀齒第一軸套碎裂，檢修設(shè)備專業(yè)組技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)后，發(fā)現(xiàn)是2014年3月17日更換的碎屑機(jī)軸套碎裂，碎屑機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)(詳見圖)。

U2000-400 型不落輪鏇車床由床身、橫欄系統(tǒng)、輪副驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輪副安裝和制動(dòng)系統(tǒng)、數(shù)控旋轉(zhuǎn)刀臺(tái)、測(cè)量定位單元、電氣控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、碎片處理系統(tǒng)等組成。U2000-400 型不落輪鏇車床總體布局如下：機(jī)床置于一個(gè)靠近導(dǎo)軌的地下坑里，在輪副機(jī)加工之前，導(dǎo)軌通過液壓移出加工范圍。機(jī)床柱子支撐以下系統(tǒng)單元：輪副的驅(qū)動(dòng)和對(duì)中系統(tǒng)；兩個(gè)支撐的橫梁；制動(dòng)單元。進(jìn)給系統(tǒng)當(dāng)導(dǎo)軌閉合后，待加工的輪子定位在機(jī)床上。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由輪副通過無級(jí)變速三相的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力通過 4 個(gè)滾輪傳遞給車輪踏面，2 個(gè)滾輪作為輪副的軸向引導(dǎo)系統(tǒng)。

2 故障結(jié)論

在目前情況下，地鐵主要仍采用踏面制動(dòng)的方式，由于強(qiáng)大的制動(dòng)力以及頻繁制動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦熱和由疲勞等原因使車輪踏尤其托車的踏面產(chǎn)生裂紋等缺陷。日本的管原繁夫認(rèn)為，由于車輪溫度的急劇升降 ， 車輪的殘余拉應(yīng)力不斷積蓄 ， 當(dāng)超過材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生龜裂，在切削過程中由于裂紋的存在，會(huì)產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)，往往導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀具的碎斷。軸套斷裂可以判定軸套是受到碎屑刀齒擠壓力后突然斷裂，而不是因鐵屑堵塞造成擠壓強(qiáng)度變大而斷裂。

3 故障原因分析

碎屑機(jī)刀齒軸套斷裂部分如下圖所示：

如圖所示：碎屑機(jī)刀齒間的軸套是在受擠壓后造成整體碎裂。由于該軸套是于2014年3月17日安裝更換由設(shè)備供應(yīng)商委托加工的備件，從斷裂軸套的外觀及斷裂口分析，軸套的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到原有軸套的標(biāo)準(zhǔn)，造成整體受壓碎裂。

(一)碎屑機(jī)結(jié)構(gòu)分析

碎屑機(jī)下面的濾網(wǎng)已經(jīng)過改造，該濾網(wǎng)主要用于過濾鐵屑，改造后的濾網(wǎng)槽寬最大為12mm，使用過程中未出現(xiàn)鐵屑堵塞。

(二)軸套硬度分析

經(jīng)檢測(cè)軸套、刀齒硬度分別為：

名稱 位置 硬度內(nèi)壁 HRc 59外表面 HRc 56.5內(nèi)表面 HRc 61刀齒 刀齒 HRc54內(nèi)孔 HRc 59軸套

從金屬材料手冊(cè)查詢，刀齒的硬度應(yīng)為56-58HRc，軸套硬度應(yīng)小于刀齒，選擇48-55HRc較為合適。當(dāng)?shù)洱X與軸套干涉時(shí)不損壞刀齒同時(shí)又保證軸套不會(huì)因硬度過高破裂。故存在軸套設(shè)計(jì)或熱處理工藝不合理的情況。

(三) 碎屑機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路分析

碎屑機(jī)電路已經(jīng)過改造，增加了電機(jī)過載保護(hù)功能，此次軸套斷裂時(shí)未出現(xiàn)碎屑電機(jī)過載報(bào)警信息，因此可以判定軸套是受到碎屑刀齒擠壓力后突然斷裂，而不是因鐵屑堵塞造成擠壓強(qiáng)度變大而斷裂。

4 故障處理

所有裂紋中熱裂紋所占比例最大，熱裂紋主要是由于車輛制動(dòng)過程中摩擦生熱和緩解后迅速降溫所引起的熱脹冷縮所導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力而產(chǎn)生的。當(dāng)裂紋頂端張開量達(dá)到0.15～0.20mm時(shí)，裂紋將迅速擴(kuò)張。在對(duì)故障進(jìn)行處理的過程中，應(yīng)自行加工軸套更換碎屑機(jī)碎裂的軸套，恢復(fù)設(shè)備使用功能。另外，減少切削用量不但能減少或消除過度切削，還能減少刀具的磨損破損，節(jié)約成本。因此鏇修工藝中切削用量的優(yōu)化是有其實(shí)際意義。

5 下一步措施

(一)由于碎屑機(jī)刀齒軸套不是原廠產(chǎn)品，并且已出現(xiàn)2次斷裂故障，要求設(shè)備供應(yīng)商重新提供符合原有標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的軸套。

(二)由于現(xiàn)階段無相關(guān)儀器或技術(shù)進(jìn)行鑒定，只能進(jìn)行使用驗(yàn)證，因此需再繼續(xù)跟進(jìn)更換軸套及改造后的濾網(wǎng)的使用狀況。

(三)組織班組全員學(xué)習(xí)本次故障，提高設(shè)備維修人員快速處理故障的能力。制作工藝、裝配過程必須簡潔，保養(yǎng)維護(hù)方便，使用壽命長。綜合設(shè)計(jì)、制作試驗(yàn)，并經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，具體加工方法、工藝為：采用P20(模具鋼)材料，下料；通過鍛打的手段使其材質(zhì)結(jié)構(gòu)更加緊密；回火消除內(nèi)應(yīng)力，減少加工過程當(dāng)中產(chǎn)生的應(yīng)力變形；數(shù)控車床車削加工；中走絲線，線切割割出外形；在平面磨床進(jìn)行面加工厚度到滿足尺寸。

通過多年以來該設(shè)備的使用情況來看，其各項(xiàng)功能穩(wěn)定，安全性能可靠，操作控制簡潔方便，該鏇床多年運(yùn)行后仍能保持良好的技術(shù)狀態(tài)，其控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性為地鐵輪對(duì)鏇修節(jié)省大量資金，并提高了輪對(duì)的使用壽命。在后期進(jìn)行不落輪鏇車床設(shè)備定期檢修中分析相關(guān)部件使用缺陷和故障發(fā)生周期，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵部件的檢查工作，提高對(duì)不落輪鏇車床設(shè)備定期檢修力度。

[1] 《不落輪車床運(yùn)用檢修管理辦法》(運(yùn)裝管驗(yàn)[2010]627 號(hào))[M]鐵道部運(yùn)輸局 2010.10

[2] 伍建豐.840D數(shù)控系統(tǒng)在地鐵列車輪對(duì)鏇修中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2011(6)：64-67.