李 琰

(中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司眉山監(jiān)造項(xiàng)目部 四川 眉山 620032)

鐵路貨車(chē)輪軸是貨車(chē)最重要的組成部件，直接關(guān)系到整車(chē)的運(yùn)行安全，承擔(dān)著貨車(chē)的運(yùn)動(dòng)及承載功能。目前，25 t軸重、載重80 t的專(zhuān)用貨車(chē)已大批量投入使用，27 t軸重、30 t軸重，載重100 t的專(zhuān)用貨車(chē)已成功定型。隨著鐵路貨車(chē)重載、高速的發(fā)展需要，對(duì)輪軸的制造水平要求越來(lái)越高，以進(jìn)一步提升車(chē)輛的運(yùn)行品質(zhì)。鐵路貨車(chē)輪軸主要由車(chē)軸、車(chē)輪、軸承及前蓋后擋等附件組成，車(chē)軸與車(chē)輪加工后采用過(guò)盈配合冷壓裝裝配形成輪對(duì)，軸承及附件與輪對(duì)裝配后成為輪軸[1]。

1 輪對(duì)組裝工藝及改進(jìn)研究

輪對(duì)組裝須符合TB/T 1718《鐵道車(chē)輛輪對(duì)組裝技術(shù)條件》相關(guān)要求，目前我國(guó)主要鐵路貨車(chē)以準(zhǔn)軌為主，設(shè)計(jì)時(shí)速小于120 km/h，要求同一輪對(duì)的兩車(chē)輪直徑差不大于1 mm，同一車(chē)輪相互垂直的直徑差不大于0.5 mm，輪對(duì)內(nèi)側(cè)距離為(1 353±2)mm，且輪對(duì)內(nèi)側(cè)距任意三處相差不大于1 mm，輪位差不大于3 mm。

1.1 輪對(duì)壓裝工藝

輪對(duì)壓裝工藝設(shè)計(jì)時(shí)，車(chē)軸與車(chē)輪采用過(guò)盈配合，采用自動(dòng)化壓裝設(shè)備進(jìn)行壓裝，其裝配過(guò)盈量為車(chē)軸輪座直徑的0.8‰～1.5‰，輪對(duì)壓裝最終壓裝力根據(jù)輪轂孔直徑進(jìn)行計(jì)算，輪對(duì)壓裝后，通過(guò)輪對(duì)尺寸檢測(cè)及壓裝位移—壓力曲線綜合判斷車(chē)輪車(chē)軸的裝配質(zhì)量。

車(chē)軸車(chē)輪及輪對(duì)尺寸檢測(cè)項(xiàng)目較多，配置有內(nèi)徑外徑千分尺、輪徑尺、內(nèi)側(cè)距尺、深度尺、圓弧樣板、踏面全形樣板、三孔位置度檢具、輪位差尺、輪軸偏心檢測(cè)儀、樣板輪對(duì)等成套量具檢具，用于控制輪對(duì)的組裝尺寸及組裝質(zhì)量。

輪對(duì)壓裝為特殊過(guò)程工序，車(chē)輪與車(chē)軸的裝配質(zhì)量難以用肉眼觀察，需通過(guò)壓裝實(shí)物質(zhì)量與壓裝曲線綜合判斷輪對(duì)組裝質(zhì)量，其組裝尺寸及形位公差滿足產(chǎn)品圖紙及技術(shù)條件相關(guān)要求，壓裝曲線要求光滑并均勻上升，不得有跳動(dòng)；壓裝壓力曲線長(zhǎng)度不小于理論長(zhǎng)度的80%；曲線起點(diǎn)陡升時(shí)，陡升值不超過(guò)98 kN；曲線中部不得有下降，平直長(zhǎng)度不超過(guò)該曲線投影長(zhǎng)度的10%；壓力曲線末端平直線長(zhǎng)度不超過(guò)該曲線投影長(zhǎng)度的15%；壓力曲線開(kāi)始上升點(diǎn)與終點(diǎn)連成一直線，曲線應(yīng)全部在此直線之上。

輪對(duì)壓裝曲線可直觀判斷輪對(duì)的裝配質(zhì)量，壓裝過(guò)程中裝配不良、損傷拉傷等質(zhì)量缺陷可通過(guò)壓裝曲線的平直、陡升、降噸、異常凸起等缺陷進(jìn)行判斷，車(chē)輪與車(chē)軸的壓裝位移通過(guò)位移-壓力曲線長(zhǎng)度進(jìn)行判斷。

輪對(duì)壓裝位移-壓力曲線理論長(zhǎng)度的計(jì)算公式如下：

L=(S+A-K-r)i

式中：L—輪對(duì)壓裝壓力曲線理論長(zhǎng)度；S—車(chē)輪輪轂孔長(zhǎng)度；A—伸出于輪轂孔外端之輪座長(zhǎng)度；K—輪座前端錐形引入段長(zhǎng)度；r—車(chē)輪輪轂孔內(nèi)側(cè)的圓弧半徑；i—壓力傳感器的傳達(dá)系數(shù)。

理想的壓裝曲線如圖1所示，其壓力曲線起點(diǎn)陡升小于98 kN，最大壓力小于1 234.8 kN；末端壓力大于720.3 kN：壓力下降小于5%；“平直+降噸”小于15%；末端平直小于15%；末端降噸小于10%；曲線平滑無(wú)局部突起、凹下；曲線投影長(zhǎng)度L0大于80%L。

圖1 輪對(duì)壓裝曲線示意圖

對(duì)壓裝判定不合格的輪對(duì)，采用500 t輪對(duì)退卸壓力機(jī)進(jìn)行退卸，退卸時(shí)配置防鐓粗裝置等工裝，解決輪對(duì)退卸過(guò)程中對(duì)車(chē)軸軸頸的受力變形問(wèn)題。

1.2 輪對(duì)壓裝工藝改進(jìn)

輪對(duì)壓裝技術(shù)理論及制造工藝比較成熟，重點(diǎn)是控制好車(chē)輪車(chē)軸的加工質(zhì)量，不斷提升壓裝數(shù)據(jù)的采集精度，通過(guò)工藝措施的優(yōu)化，以進(jìn)一步保證輪對(duì)的實(shí)物質(zhì)量。

(1)輪對(duì)生產(chǎn)推行以裝備保工藝，建議對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。

為提升零部件加工精度，車(chē)軸車(chē)輪加工全工序逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備加工，以設(shè)備精度保證產(chǎn)品質(zhì)量；輪對(duì)壓裝采用全自動(dòng)輪對(duì)壓裝機(jī)或輪對(duì)自動(dòng)組裝單元，通過(guò)微機(jī)控制、壓裝曲線及壓裝力自動(dòng)采集壓裝結(jié)論自動(dòng)判斷的自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行壓裝，升級(jí)后的輪對(duì)壓裝機(jī)配置高精度的壓力傳感器、位移傳感器、壓力表等計(jì)量元件，并對(duì)計(jì)量元件每半年定期檢定一次，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性，降低曲線誤判風(fēng)險(xiǎn)。

(2)嚴(yán)格控制車(chē)軸制造質(zhì)量及加工品質(zhì)，提升輪對(duì)安全度。

車(chē)軸在運(yùn)用過(guò)程中主要承受彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，對(duì)制造質(zhì)量要求較高。車(chē)軸毛坯采用精密鍛造機(jī)熱鍛而成，熱處理后進(jìn)行端面、中心孔、軸身外圓表面、軸端螺紋孔、軸頸、防塵座、輪座等部位的加工。其中，車(chē)軸軸頸、防塵座、輪座等部位的加工質(zhì)量好壞直接影響輪軸的運(yùn)行品質(zhì)和行車(chē)安全，須保證各部位的尺寸公差和形位公差，也是輪對(duì)制造過(guò)程中最關(guān)鍵的質(zhì)量控制點(diǎn)。

車(chē)軸外圓表面常用車(chē)削及磨削加工，車(chē)削是外圓表面最經(jīng)濟(jì)的加工方法，就其加工精度及經(jīng)濟(jì)性而言，常用于車(chē)軸的粗加工及半精加工。根據(jù)車(chē)軸軸頸、防塵座、輪座等各部外圓表面的尺寸精度及表面粗糙度要求，車(chē)軸最終加工必須采用磨削工藝來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量。車(chē)軸須采用切入成型磨削方式，采用寬砂輪，一次進(jìn)給同時(shí)完成軸頸、防塵座、軸頸與防塵座間過(guò)渡圓弧、防塵座與輪座間過(guò)渡圓弧的磨削加工；輪座的磨削加工在外圓磨床上采用縱向往復(fù)法，通過(guò)控制車(chē)軸的磨削質(zhì)量從而提升輪軸的組裝質(zhì)量。

(3)合理選擇車(chē)輪輪孔加工表面粗糙度及輪孔形位公差，提升輪對(duì)壓裝質(zhì)量。

我國(guó)鐵路貨車(chē)車(chē)輪采用整體輾鋼車(chē)輪和鑄鋼車(chē)輪，兩種車(chē)輪的制造工藝及車(chē)輪材質(zhì)都不相同，均采用LM型磨耗形輪緣踏面外形。

車(chē)輪輪轂孔加工質(zhì)量尤為重要，采用數(shù)控加工工藝，通過(guò)理論計(jì)算及壓裝試驗(yàn)對(duì)比表明，控制輪轂孔圓度不大于0.02 mm，圓柱度不大于0.05 mm，輪轂孔與輪轂內(nèi)側(cè)端面的過(guò)渡圓弧半徑為3 mm～4 mm，輪轂孔內(nèi)徑表面粗糙度為Ra6.3 μm～Ra3.2 μm，可有效提升輪對(duì)組裝質(zhì)量，車(chē)輪采用數(shù)控設(shè)備加工后，有效保證了輪轂孔與輪轂內(nèi)側(cè)端面圓弧尺寸精度，且輪轂內(nèi)側(cè)端面圓弧與輪轂孔表面圓滑過(guò)渡，可大幅減少輪對(duì)組裝過(guò)程中的拉傷質(zhì)量問(wèn)題。

2 軸承壓裝工藝及改進(jìn)研究

我國(guó)鐵路貨車(chē)軸承采用雙列圓錐滾子軸承，其既要承受徑向力，又要承受軸向力。軸承與輪對(duì)的組裝為過(guò)盈配合，采用固定或移動(dòng)式壓裝設(shè)備進(jìn)行。軸承壓裝對(duì)壓裝工作間的環(huán)境要求較高，要求壓裝工作間清潔，壓裝工作間的溫度不低于10 ℃，軸承壓裝及選配前，軸承及前蓋后擋等附件、輪對(duì)及檢測(cè)器具須同室存放，同室放置時(shí)間不小于8 h。

輪軸的軸承在鐵路運(yùn)輸中起支承并傳遞載荷的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，軸承的設(shè)計(jì)理論、制造水平在不斷更新與發(fā)展。軸承壓裝中，軸承及輪對(duì)的制造質(zhì)量，軸承壓裝過(guò)盈量、壓裝速度、保壓時(shí)間等壓裝參數(shù)的選擇對(duì)輪軸軸承壓裝質(zhì)量有較大的影響[2]。

軸承壓裝質(zhì)量通過(guò)軸承壓裝力及壓裝貼合力、保壓時(shí)間進(jìn)行判斷，對(duì)不同型號(hào)的鐵路貨車(chē)軸承，其軸承的壓裝力、軸向游隙等參數(shù)要求不盡相同。

2.1 合理選擇軸承壓裝過(guò)盈量

為保證軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，防止軸承內(nèi)圈與車(chē)軸軸頸發(fā)生滑動(dòng)和磨損，提升輪軸的使用壽命，軸承內(nèi)圈與軸頸外徑必須有合適的過(guò)盈配合，如過(guò)盈量選擇不好，會(huì)直接影響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。為保證軸承的支撐精度、使用性能及使用壽命，軸承配合過(guò)盈量按照GB/T 275《滾動(dòng)軸承與軸和外殼的配合》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。對(duì)E型輪對(duì)，配裝353130B型軸承時(shí)，其理想過(guò)盈量建議選擇為0.051 mm～0.101 mm，采用選配工藝進(jìn)行軸承壓裝。

2.2 制定軸承壓裝的壓力時(shí)間曲線內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)

鐵路貨車(chē)輪軸大多采用固定式軸承壓裝機(jī)進(jìn)行壓裝，軸承壓裝的主要判定指標(biāo)為軸承壓裝力、保壓時(shí)間、壓裝后的軸向游隙、終止貼合力等，壓裝后輸出時(shí)間-壓力曲線，固定式軸承壓裝機(jī)為計(jì)算機(jī)控制壓裝，軸承壓裝完成后根據(jù)軸承壓裝力、保壓時(shí)間、終止貼合力自動(dòng)判別曲線是否合格。

軸承壓裝曲線的判定標(biāo)準(zhǔn)與輪對(duì)壓裝曲線不同，輪對(duì)壓裝曲線標(biāo)準(zhǔn)在《鐵道車(chē)輛輪對(duì)組裝技術(shù)條件》中有明確的規(guī)定，有較好的指導(dǎo)意義，而軸承壓裝曲線的形狀與走勢(shì)無(wú)特定的標(biāo)準(zhǔn)要求，有必要進(jìn)一步研究控制。

在大軸重轉(zhuǎn)向架輪軸試制研究中，以同一條輪對(duì)上兩套352132A型軸承壓裝曲線為例，其中左端軸承壓裝曲線如圖2所示，其壓裝曲線光滑，壓裝力均勻上升，壓裝力、終止貼合力、保壓時(shí)間均在合格范圍內(nèi)。右端軸承壓裝曲線如圖3所示，其壓裝曲線中部有明顯M形凸起，壓裝力、終止貼合力、保壓時(shí)間也在合格范圍內(nèi)。設(shè)備判定兩套軸承壓裝均合格。為研究軸承壓裝曲線中部明顯凸起的原因，對(duì)該軸承進(jìn)行了退卸檢查，發(fā)現(xiàn)軸承中隔圈及車(chē)軸軸頸有明顯的拉傷，進(jìn)一步檢查軸承壓裝機(jī)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)軸承壓裝機(jī)右端引導(dǎo)套鎖緊螺柱松動(dòng)，軸承壓裝時(shí)引導(dǎo)套未將軸承中隔圈正位，引導(dǎo)套與中隔圈擦傷導(dǎo)致壓裝受力異常變化，導(dǎo)致壓裝曲線中部明顯凸起。同時(shí)對(duì)左側(cè)軸承退卸檢查，軸承中隔圈與軸頸表面均無(wú)異常。研究結(jié)果表明，軸承壓裝曲線變化能真實(shí)反映壓裝過(guò)程中力的變化情況。因此，制定了3種典型不合格軸承壓裝曲線內(nèi)控判斷標(biāo)準(zhǔn)：(1)壓裝曲線中部有異常凸起，且凸起高度超過(guò)20 kN；(2)壓裝初始陡升后急劇下降超過(guò)20 kN；(3)曲線中部中隔圈位置存在M形凸起。并要求對(duì)壓裝曲線不合格的軸承做退卸處理，確保軸承與軸頸良好的配合狀態(tài)，100%保證軸承壓裝質(zhì)量。

圖2 理想壓裝曲線

圖3 壓裝曲線中部M形凸起

2.3 提升軸承磨合試驗(yàn)的可靠性

軸承磨合試驗(yàn)用于檢查輪軸軸承組裝質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不暢、軸承卡阻、軸承微熱等質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)軸承的溫升及運(yùn)轉(zhuǎn)響動(dòng)等參數(shù)判斷軸承本身及軸承壓裝質(zhì)量。為進(jìn)一步提升軸承磨合試驗(yàn)的可靠性，需對(duì)軸承磨合機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，使其具備實(shí)時(shí)軸承溫度測(cè)量、磨合轉(zhuǎn)速檢測(cè)、滿足磨合轉(zhuǎn)速后的有效磨合時(shí)間記錄功能，并將數(shù)據(jù)顯示在磨合記錄中，磨合完畢后打印輸出。軸承磨合時(shí)，輪軸采用靜音摩擦輪驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)軸承磨合機(jī)增加噪音監(jiān)測(cè)裝置，使用靈敏度較高的麥克風(fēng)，軸承磨合的異響通過(guò)擴(kuò)音器傳播，便于磨合操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)聲音的異常響動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

輪軸是鐵路貨車(chē)上重要且可互換的部件，其技術(shù)發(fā)展迅速，近年來(lái)，車(chē)輪車(chē)軸的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)不斷優(yōu)化，軸頸根部無(wú)卸荷槽車(chē)軸、提速減重車(chē)輪及塑鋼保持架軸承的批量運(yùn)用，大大提高了輪軸的運(yùn)行安全性。通過(guò)輪軸造修的信息化管理，不斷完善鐵路貨車(chē)技術(shù)管理信息系統(tǒng)，做到數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確、及時(shí)，實(shí)現(xiàn)鐵路貨車(chē)輪軸造修技術(shù)全過(guò)程管理和全壽命周期內(nèi)的質(zhì)量追溯，進(jìn)一步滿足鐵路貨車(chē)高速、重載的發(fā)展需要。