張 偉 王立新

(中國鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司哈爾濱大功率機(jī)車檢修段 黑龍江 哈爾濱 150000)

1 問題的提出

經(jīng)統(tǒng)計(jì)2015年以來的HXN5型機(jī)車輪軸(軸齒裝配)故障數(shù)據(jù)，車軸輪座拉傷(見圖1)和從動(dòng)齒輪破損(探傷缺陷)(見圖2)占比最多。面對(duì)此類故障，檢修初期不具備車軸輪座磨修和從動(dòng)齒輪的自主更換能力，只能以委外的方式進(jìn)行修復(fù)，成本高昂且修復(fù)周期長(20天以上)，同時(shí)還需要經(jīng)過長途運(yùn)輸，人力、物力上都存在較大浪費(fèi)。嚴(yán)重制約檢修進(jìn)度，造成輪對(duì)備品不足，影響機(jī)車總組裝停時(shí)。因此自主實(shí)現(xiàn)HXN5型機(jī)車輪對(duì)深度檢修攻關(guān)意義重大[1]。

圖1 HXN5型機(jī)車車軸輪座拉傷狀態(tài)

圖2 HXN5型機(jī)車從動(dòng)齒輪過熱破損

2 調(diào)研及方案確定

輪座拉傷的車軸需要通過磨削設(shè)備進(jìn)行車削加工，以去除輪座表面拉傷缺陷，恢復(fù)原質(zhì)量狀態(tài)，滿足與車輪壓裝的有效配合，最終實(shí)現(xiàn)輪對(duì)整體組裝需求。經(jīng)過調(diào)研，可以采用兩種方案：一是引進(jìn)豪克能數(shù)控機(jī)床磨削技術(shù)，車床安裝豪克能刀具，加工精度高，實(shí)現(xiàn)車軸輪座外圓磨削加工。加工后的輪座表面粗糙度能夠達(dá)到Ra0.2 mm的鏡面效果(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)Ra1.6 mm)，需改造費(fèi)用約30萬元。 二是改造現(xiàn)有普通車床，引進(jìn)加裝磨削設(shè)備刀具，實(shí)現(xiàn)車軸外圓磨削加工，表面粗糙度能夠達(dá)到Ra0.8 mm～Ra1.6 mm，改造費(fèi)用約2萬元。通過對(duì)兩種方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證，決定采取第二套方案，主要原因如下：(1)從技術(shù)角度考慮，通過改造現(xiàn)有車床，完全可以完成車軸輪座磨削加工，并且車軸輪座光潔度要求也能保證，同時(shí)作業(yè)人員操作方便，能夠快速上手作業(yè)；(2)從經(jīng)濟(jì)角度分析，車床改造費(fèi)用成本低，使用能效高，投入產(chǎn)出比增益顯著。

3 設(shè)備改造過程

3.1 車軸輪座磨修設(shè)備改造

改造1：在機(jī)床上增加安裝磨削設(shè)備及刀具架，通過購置磨削刀具，配合實(shí)施完成車軸輪座及過渡圓弧加工，實(shí)現(xiàn)車軸外圓磨削加工，使各參數(shù)符合工藝要求，改造后的設(shè)備如圖3所示。

圖3 改造后設(shè)備

改造2：結(jié)合現(xiàn)有機(jī)床在固定軸齒安裝過程中，機(jī)床原設(shè)計(jì)的三爪卡盤與車軸軸徑直接面接觸，在夾緊旋轉(zhuǎn)過程中極易啃傷車軸軸徑，破壞安裝表面。后期進(jìn)行了改進(jìn)，采用了專用材質(zhì)的三爪卡盤，效果突出，保證了車軸軸徑的表面質(zhì)量狀態(tài)(見圖4)。

圖4 改進(jìn)后三爪卡盤

改造3：車軸在車床驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)過程中，為了安全和穩(wěn)定考慮，加裝了定位支撐保持架(見圖5)，保證設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，提高了安全系數(shù)。

圖5 定位支撐保持架

改造4：結(jié)合現(xiàn)有機(jī)床(磨削刀具設(shè)備)僅能完成非齒側(cè)輪座磨修的情況，若齒側(cè)輪座發(fā)生拉傷需修復(fù)時(shí)，需要將從動(dòng)齒輪退卸后進(jìn)行磨修，效率降低并給機(jī)床安裝調(diào)整及裝卸運(yùn)輸?shù)葞碇T多不便，為此經(jīng)過多次實(shí)地試驗(yàn)，在車床原有基礎(chǔ)上，對(duì)磨修設(shè)備進(jìn)行了改造(見圖6)，增加調(diào)整安裝座及安全防護(hù)裝置。通過試磨修，可以完全滿足加工需求，安全得到保障，在提升效率的同時(shí)也避免因拆裝從動(dòng)齒輪帶來的質(zhì)量隱患。

圖6 磨修設(shè)備改造

3.2 更換從動(dòng)齒輪的設(shè)備改造

改造1：利用原有車輪退卸設(shè)備，對(duì)設(shè)備軟件進(jìn)行升級(jí)。從動(dòng)齒輪的退卸壓力(842.8 kN～1 646.4 kN)和壓裝壓力(666.4 kN～1 646.4 kN)與車輪的退卸壓力(980 kN～1 274 kN)和壓裝壓力(1 156.40 kN±22.7 kN)相近，兼容增加技術(shù)參數(shù)滿足需求。

改造2：HXN5型機(jī)車從動(dòng)齒輪退卸采用注油擴(kuò)壓方式(見圖7)。即利用油壓設(shè)備配合壓力機(jī)頂頭完成退卸工作，因此需制作專用注油轉(zhuǎn)換接頭增加退卸插板工裝，將從動(dòng)齒輪從車軸上退下。

圖7 從動(dòng)齒輪退卸

4 自主磨修車軸輪座的實(shí)施過程

4.1 車軸輪座加工圓柱度的保證

結(jié)合機(jī)床定位支撐保持架確定車軸旋轉(zhuǎn)過程中的徑向跳動(dòng)量，確保磨削砂輪自身圓度精準(zhǔn)，以保證輪座在機(jī)加工過程中的圓柱度及錐度符合規(guī)定要求。

難點(diǎn)及解決方法：(1)存在軸齒安放于機(jī)床上一側(cè)偏重問題，造成旋轉(zhuǎn)過程中受力不均勻，磨削加工跳動(dòng)超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。通過多次調(diào)整定位支撐保持架，逐漸找到受力中間點(diǎn)，在車軸旋轉(zhuǎn)過程中通過百分表測量車軸相對(duì)于軸徑的跳動(dòng)量，確保符合要求。(2)砂輪對(duì)車軸磨削過程中，車軸輪座圓柱度出現(xiàn)較大偏差，不符合標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)查證砂輪自身圓度基準(zhǔn)不夠，造成車軸輪座磨削過程中產(chǎn)生偏差。為此通過研究制作專用模具校準(zhǔn)砂輪，提升其自身圓度和精度標(biāo)準(zhǔn)，保證了車軸輪座磨修加工的圓柱度要求。

4.2 車軸輪座加工光潔度的保證

車軸輪座加工不但要滿足輪座圓柱度規(guī)定，還要保證其光潔度標(biāo)準(zhǔn)符合要求，從而實(shí)現(xiàn)車輪壓裝一次合格。

難點(diǎn)及解決方法：初期車軸輪座磨修過程中，輪座表面經(jīng)過加工較為粗糙，目視可見魚鱗狀紋理，用手觸摸存在明顯棱感，光潔度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)(見圖8)。經(jīng)過多次分析討論，造成光潔度不達(dá)標(biāo)的主要因素為車軸自轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速二者間沒有有效配比，為此經(jīng)過多次調(diào)整試驗(yàn)積累數(shù)據(jù)，對(duì)車軸自轉(zhuǎn)速以及車軸磨削設(shè)備轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效調(diào)整，采用粗、精車加工方式，魚鱗狀紋理消失，光潔度有明顯改善(見圖9)，自改進(jìn)加工方法后車軸輪座表面光潔，質(zhì)感接近于新造車軸輪座表面程度(見圖10)，比對(duì)光潔度樣板，表面光潔度在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。通過加工的車軸進(jìn)行車輪試壓裝，一次壓裝合格率效果顯著。

圖8 初期磨削的輪座 圖9 改進(jìn)磨削方法后的輪座 圖10 新造的車軸輪座

5 自主更換從動(dòng)齒輪的實(shí)施過程

(1)重新設(shè)計(jì)設(shè)備插板。HXN5型機(jī)車從動(dòng)齒輪更換攻關(guān)時(shí)，需保證齒輪上的密封圈以及擋油環(huán)狀態(tài)良好。為此結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備退卸從動(dòng)齒輪，其附帶的部件(密封圈以及擋油環(huán))不能充分滿足需求，因密封圈阻擋設(shè)備壓板無法和齒輪完全貼合，會(huì)對(duì)密封圈造成損壞，同時(shí)不能保證作業(yè)安全，給從動(dòng)齒輪的退卸帶來困難。為此現(xiàn)場多次驗(yàn)證，通過加裝兩處定位延長塊，既保證密封圈的完好，又保證從動(dòng)齒輪的正常退卸，兼容使用性好，解決了該難題。

(2)注油轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計(jì)。從動(dòng)齒輪采用注油擴(kuò)壓退卸，擴(kuò)壓壓力在100 MPa～130 MPa范圍內(nèi)，需高強(qiáng)度、高密閉性的注油孔接頭作為注油孔和注油機(jī)間的轉(zhuǎn)換連接(見圖11)?？朔嗽袌D紙數(shù)據(jù)不清、英文縮寫注釋無法破譯的難題。在螺紋的選擇上嘗試英制、美制兩種規(guī)格，最終保證了注油孔接頭的強(qiáng)度和接頭螺紋的吻合。通過HXN5型機(jī)車從動(dòng)齒輪退卸過程，該轉(zhuǎn)換接頭作用良好，保壓性能良好，無漏油現(xiàn)象，退下后對(duì)車軸齒輪座進(jìn)行檢查無破損，質(zhì)量性能良好。

圖11 注油轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計(jì)

(3)從動(dòng)齒輪壓裝定位。從動(dòng)齒輪壓裝是否合格與其定位有直接關(guān)系。通過車軸全長測距尺測量車軸全長，取車軸中心點(diǎn)，再按設(shè)計(jì)要求確定從動(dòng)齒輪安裝位置，為此需要設(shè)計(jì)從動(dòng)齒輪定位檢測樣板(見圖12)，以保證壓裝前定位和壓裝后復(fù)檢工作。自主設(shè)計(jì)定位檢測樣板圖紙，制作定位檢測樣板，通過多次對(duì)從動(dòng)齒輪試壓裝后檢測，有效保證了從動(dòng)齒輪的定位問題，在質(zhì)量和安全上得到充分驗(yàn)證。

圖12 從動(dòng)齒輪定位檢測樣板

6 車輪壓裝

依據(jù)HXN5型機(jī)車車輪壓裝工藝標(biāo)準(zhǔn)，車輪與車軸輪座的配合過盈量為0.228 mm～0.330 mm。根據(jù)以往車輪壓裝經(jīng)驗(yàn)，配合過盈量一般選取在中部值。但鑒于車軸輪座經(jīng)過磨削加工后，其表面金屬質(zhì)地軟化，需要提升與車輪轂孔的滾動(dòng)摩擦力，經(jīng)多次試驗(yàn)壓裝驗(yàn)證，摸索出選配過盈量范圍，保證輪對(duì)一次壓裝合格率。

7 結(jié)束語

通過完成HXN5型機(jī)車車軸輪座自主磨修和從動(dòng)齒輪更換后，能夠在檢修進(jìn)度上占據(jù)主動(dòng)，檢修周期從原來的平均20天縮短為2天，打破了技術(shù)封鎖，打通了生產(chǎn)瓶頸，長期作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益可觀。按照年修復(fù)100條輪對(duì)能力計(jì)算，預(yù)估產(chǎn)值1 000萬以上。徹底實(shí)現(xiàn)了HXN5型機(jī)車輪對(duì)深度檢修攻關(guān)的目標(biāo)，提升了對(duì)HXN5型機(jī)車技術(shù)主導(dǎo)自主創(chuàng)新水平和檢修能力。