鄭敦省
深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)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
鄭敦省
深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)總部
列車在運(yùn)行過(guò)程中,車輪的輪緣、踏面與鋼軌接觸碰撞過(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(yíng)中技術(shù)要求較高設(shè)備。
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(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)(詳見(jiàn)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(guò)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(guò)無(wú)級(jí)變速三相的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)力通過(guò) 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)。
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(guò)材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生龜裂,在切削過(guò)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。
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(guò)改造,該濾網(wǎng)主要用于過(guò)濾鐵屑,改造后的濾網(wǎng)槽寬最大為12mm,使用過(guò)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(guò)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(guò)改造,增加了電機(jī)過(guò)載保護(hù)功能,此次軸套斷裂時(shí)未出現(xiàn)碎屑電機(jī)過(guò)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。
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(guò)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(guò)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(guò)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。
(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(wú)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(guò)程必須簡(jiǎn)潔,保養(yǎng)維護(hù)方便,使用壽命長(zhǎng)。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(guò)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(guò)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(guò)多年以來(lái)該設(shè)備的使用情況來(lái)看,其各項(xiàng)功能穩(wěn)定,安全性能可靠,操作控制簡(jiǎn)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.