田增杰

滄州中車株機軌道裝備服務(wù)有限公司,河北 滄州 063009

0 引言

輪對是鐵路機車轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件,其檢修質(zhì)量是保障鐵路機車安全運行的關(guān)鍵因素。在機車輪對檢修現(xiàn)場,輪對壓裝過程中會因為種種原因出現(xiàn)異常情況,導(dǎo)致輪對壓裝不合格,影響輪對檢修質(zhì)量和檢修周期,造成經(jīng)濟損失,甚至?xí)C車運行安全造成影響。目前,尚無完善的標(biāo)準措施來解決輪對壓裝過程中的異常,本文通過分析生產(chǎn)現(xiàn)場檢修的HXD1型交流電力機車和SS4B型直流電力機車輪對壓裝過程中的異常情況,分析探討輪對壓裝出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的原因和解決措施,進而提高機車輪對檢修質(zhì)量。

1 輪對壓裝過程概述

本文所研究的2種車型的車輪上均設(shè)有注油孔和與注油孔相連的注油槽[1-2],輪對壓裝時,用高壓泵通過注油孔和注油槽向車軸輪座和車輪轂孔之間注入高于其接觸應(yīng)力的高壓油,使之形成油膜,再用MAE輪對壓裝機施加壓力,隨著車軸輪座和車輪轂孔接觸面的增加,油不斷滲透,在車輪壓裝過程處于油膜隔開的情況下進行組裝。輪對壓裝完成保持注油孔向下靜置48 h后,用MAE輪對壓裝機加壓到最小壓力檢驗值后保壓30 s進行壓力檢驗,車軸和車輪不發(fā)生相對位移表示輪對壓裝壓力檢驗合格,整個輪對壓裝過程合格。

2 輪對壓裝典型異常情況

輪對壓裝過程作為機車檢修的關(guān)鍵工序之一,車輪和車軸的過盈量、表面粗糙度、MAE輪對壓裝機狀態(tài)、操作過程、環(huán)境溫濕度等因素都有可能造成壓裝異常情況,甚至?xí)霈F(xiàn)車輪和車軸拉傷的現(xiàn)象,給生產(chǎn)單位造成較大的經(jīng)濟損失,同時會影響機車整體檢修周期。目前,在檢修現(xiàn)場較為典型的異常情況有以下幾種。

2.1 輪軸拉傷

現(xiàn)場使用MAE輪對壓裝機在壓裝SS4B型直流機車輪對時,出現(xiàn)過車軸和輪心拉傷的情況,車軸編號為00-155,輪座尺寸為236.40 mm,輪心編號為YJ 1710-0471-001,內(nèi)孔尺寸為236.20 mm,車輪和車軸過盈量為0.20 mm,符合輪對壓裝工藝要求。輪對壓裝到主輪心剛過油槽、壓裝曲線在120 mm左右位置、壓力降至350 kN時,壓裝曲線未繼續(xù)下降,反而向上升噸,不符合工藝要求。經(jīng)過現(xiàn)場評審后,決定繼續(xù)注油壓裝進行嘗試,但繼續(xù)壓裝時壓裝曲線并未下降,反而繼續(xù)向上升噸,嘗試失敗,只能選擇將輪心退卸,退卸后發(fā)現(xiàn)車軸和輪心均被拉傷,其中車軸最大傷痕為148 mm×55 mm×3.5 mm,輪心最大傷痕為183 mm×47 mm×4.3 mm,具體拉傷情況如圖1、圖2所示,因拉傷較為嚴重,車軸和輪心只能做報廢處理。

圖1 車軸拉傷情況

圖2 輪心拉傷情況

2.2 壓力檢驗不合格

輪對壓裝壓力檢驗不合格也是檢修現(xiàn)場出現(xiàn)較多的輪對壓裝異常情況,是指機車輪對在靜置48 h后進行壓力檢驗時,車軸和車輪在規(guī)定的30 s時間內(nèi)發(fā)生相對位移;或者壓力檢驗時,MAE輪對壓裝機未達到最小壓力檢驗值時,車軸和車輪就發(fā)生了相對位移。這種現(xiàn)象在HXD1型交流電力機車進行壓力檢驗時出現(xiàn)的較為頻繁,近期HXD1型交流電力機車壓力檢驗不合格情況具體如表1所示。出現(xiàn)壓力檢驗不合格的現(xiàn)象,須將該輪對退卸后重新選配車軸和車輪進行壓裝,這一異常會嚴重影響檢修周期。

表1 近期壓力檢驗不合格情況統(tǒng)計

2.3 壓裝竄軸

機車輪對壓裝竄軸是指在輪對壓裝過程中,由于車軸和車輪之間的油膜過于充沛,導(dǎo)致車軸和車輪之間的摩擦力近乎于零,使得不再需要MAE輪對壓裝機施加壓裝力,車輪在慣性下也能實現(xiàn)繼續(xù)壓裝,具體表現(xiàn)為車輪前進速度要快于MAE輪對壓裝機壓裝塊的前進速度,肉眼觀察下就像車輪突然在車軸輪座上竄行,這種現(xiàn)象主要出現(xiàn)在HXD1型交流機車輪對壓裝過程中。出現(xiàn)壓裝竄軸的現(xiàn)象,同樣需要將該輪對退卸后重新選配輪軸進行壓裝,這會影響檢修周期,嚴重時也會造成車軸、車輪被重新加工后才能繼續(xù)使用。

3 異常情況原因分析

3.1 輪軸拉傷原因

將輪軸拉傷的車輪進行切割,并對切割下的輪心進行硬度測量,測量結(jié)果為第1次157、191、151、179、167 HB,平均硬度169 HB;第2次249、170、226、141、164 HB,平均硬度190 HB;第3次179、209、191、146、185 HB,平均硬度182 HB,平均硬度合格,硬度偏差相對較大。輪心材質(zhì)軟硬不均,或者超過探傷范圍的位置存在內(nèi)部缺陷,高壓油將輪心內(nèi)孔材質(zhì)不均處或缺陷處擠壓變形是造成車輪和車軸拉傷的原因之一。

若注油孔未清理徹底,尤其是螺紋攻絲完成后,可能存在凸起、毛刺等情況,高壓風(fēng)吹掃以及清洗劑清洗未將凸起、毛刺清理徹底,高壓油注入時導(dǎo)致鐵屑隨液壓油進入車輪和車軸之間也會造成車輪和車軸拉傷。若油槽處存在高點,壓裝前未完全將高點完全打磨,導(dǎo)致車輪和車軸之間未完全被油膜充滿,車輪和車軸直接接觸也會導(dǎo)致輪軸拉傷。

MAE輪對壓裝機自帶的注油機泵為二次增壓泵,當(dāng)壓力達到某一設(shè)定值時,增壓泵就會停止工作,導(dǎo)致注油壓力下降,壓裝曲線出現(xiàn)平直走向,甚至是上翹走向,壓裝曲線的不正常走向會導(dǎo)致輪軸拉傷等異常情況的出現(xiàn)。

3.2 壓力檢驗不合格原因

車軸和車輪表面粗糙度主要是指車輪和車軸表面具有較小間距的微小波峰和波谷之間的不平度,對于車軸和車輪這種過盈配合來說,由于壓裝過程中會將微觀凸峰擠平,減小車輪和車軸之間的實際有效過盈。若車輪和車軸表面粗糙度過大,無形中會減小車輪和車軸之間的過盈量,壓裝過程中的壓裝力會被降低;若粗糙度太小,則會導(dǎo)致壓裝過程中車輪和車軸接觸面增大,壓裝力上升,但是也會使摩擦系數(shù)降低,壓裝力下降,最終無法預(yù)估實際壓裝力[3]。

對壓力檢驗不合格的車輪和車軸表面粗糙度進行測量并進行記錄,具體情況如表2所示。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可以看出壓力檢驗不合格的車輪和車軸表面粗糙度都大幅度低于標(biāo)準值,較低的表面粗糙度使得輪對壓裝過程中壓裝力偏低,現(xiàn)場的實際情況表現(xiàn)為壓力檢驗不合格。

表2 車輪輪轂內(nèi)孔表面粗糙度

同時,現(xiàn)場的環(huán)境也會導(dǎo)致壓力檢驗不合格的情況出現(xiàn)。鋼制材料熱膨脹系數(shù)大約為0.000 012,HXD1型交流電力機車的車軸輪座和車輪內(nèi)孔直徑約為1 250 mm,故溫度每變化1 ℃,車軸輪座和車輪內(nèi)孔的尺寸將變化0.015 mm。由于現(xiàn)場所處位置為東部沿海,天氣變化較為頻繁,晝夜溫差相對較大,若車輪和車軸不在同一時間測量,或者兩者處于同一環(huán)境的時間較短,則不能完全保證車軸和車輪之間的過盈量符合工藝要求。

3.3 壓裝竄軸原因

按照HXD1型交流機車車軸的檢修要求,車軸輪座的圓柱度要求為0.02 mm,經(jīng)過對發(fā)生竄軸現(xiàn)象的車軸輪座測量分析,發(fā)現(xiàn)雖然車軸輪座的圓柱度符合要求,但卻不是符合要求的正錐(靠近軸頸一側(cè)的輪座直徑稍小于靠近軸身一側(cè)的輪座直徑),而是出現(xiàn)了不符合要求的倒錐(靠近軸頸一側(cè)的輪座直徑稍大于靠近軸身一側(cè)的輪座直徑),這是導(dǎo)致竄軸現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素。

車軸和車輪之間的摩擦力近乎為零是導(dǎo)致竄軸現(xiàn)象發(fā)生的直接原因,生產(chǎn)現(xiàn)場夏季與冬季溫差較大,也會導(dǎo)致輪對壓裝過程中所需的液壓油不能同時滿足冬季和夏季的使用要求,夏季若使用黏度過低的液壓油使得輪軸之間的油膜過于充沛也會出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象;同時,車軸和車輪的加工精度過高,表面粗糙度過低,也會出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象。

油膜過于充沛是導(dǎo)致輪對壓裝過程中出現(xiàn)的原因之一,由于MAE輪對壓裝機本身自帶的注油機屬于二次增壓注油機,不能人為調(diào)節(jié)注油壓力的大小,即使操作人員發(fā)現(xiàn)異常后也無法人為降低壓力,增大了出現(xiàn)竄軸現(xiàn)象發(fā)生的概率。

4 異常情況的解決措施

4.1 優(yōu)化輪軸狀態(tài)

通過更改車床加工車輪的數(shù)控程序,優(yōu)化車輪注油槽及內(nèi)孔的加工,保障車輪導(dǎo)向錐與車輪內(nèi)孔、注油槽與注油孔之間為光滑、無高點存在的狀態(tài),同時采用砂紙、風(fēng)動千葉磨片等工具對車輪導(dǎo)向錐、注油槽及內(nèi)孔進行打磨,適當(dāng)增加車輪內(nèi)孔的表面粗糙度。

細化車軸輪座的測量方式,測量車軸前、中、后3點的輪座直徑,檢查車軸輪座是否存在倒錐現(xiàn)象。若存在倒錐現(xiàn)象,則采用數(shù)控輪對機床對車軸輪座進行加工,消除車軸輪座倒錐現(xiàn)象;若不存在倒錐現(xiàn)象,則采用砂紙、風(fēng)動千葉磨片等工具對車軸輪座進行打磨,適當(dāng)增加車軸輪座的表面粗糙度。

4.2 優(yōu)化壓裝前檢查

輪對壓裝前,檢查車軸輪座與車輪輪轂內(nèi)孔的過盈量是否符合工藝標(biāo)準,因測量數(shù)據(jù)精度較高,需要以在溫度、濕度等環(huán)境因素相同時測量出的數(shù)據(jù)為準,并由同一人測量車軸輪座和車輪內(nèi)孔的數(shù)據(jù)。測量完成后,要用高壓風(fēng)槍、無紡布等工具徹底清潔車輪注油孔、內(nèi)孔、幅板、從動齒輪上的鐵屑、油漬等異物,確保壓裝前車輪和車軸的清潔度。清潔完成后,須在車軸輪座表面與車輪輪轂內(nèi)孔面均勻地涂上純凈的茶籽油,同時HXD1型交流機車壓裝時要注意兩側(cè)車輪靜不平衡位置的搭配。

4.3 優(yōu)化壓裝過程控制

明確壓裝過程中的操作人員分工,要求一人重點操作MAE壓裝機,另一人重點關(guān)注壓裝過程。輪對壓裝時,要保證車輪和車軸中心線與MAE輪對壓力機頂尖中心線應(yīng)保持一致。壓入速度宜為0.5～5 mm/s,合格的壓裝曲線應(yīng)是未注油時壓力隨壓入距離增大而逐漸上升,注油后壓力隨壓入距離增大而逐漸下降,壓裝終止時壓入力為最小,且不大于196 kN[4]。若油槽過后壓裝曲線中壓裝力未降至196 kN以下,或者有上漲趨勢時,應(yīng)立即停止壓裝。同時,應(yīng)時刻關(guān)注車軸和車輪的相對位置,查看是否存在竄軸等異常情況。

4.4 優(yōu)化壓裝后工藝

根據(jù)最小檢測壓力值的計算公式PP=1.2×k×D(式中:PP為壓力檢驗時的最小壓力值;k為系數(shù),整體車輪取5.2,分體輪心取4.41;D為車軸輪座的直徑)重新計算最小檢測壓力值,在確保輪對壓裝質(zhì)量的前提下,盡可能地優(yōu)化壓力檢驗中的最小壓力值。同時,在輪對壓裝完成后,將車輪注油孔朝下方放置,嚴格執(zhí)行靜置48 h的工藝要求,盡可能地將殘留在輪軸之間的液壓油排盡,保證輪軸之間不存在油膜。

4.5 優(yōu)化注油設(shè)備

為保證MAE輪對壓裝機輸出穩(wěn)定壓力,通過外置日本理研超高壓注油機(見圖3)進行設(shè)備改造,該泵為一級流量柱塞泵,此款有4個柱塞,無需增壓器,直接通過電動馬達帶動液壓泵輸出連續(xù)穩(wěn)定的超高壓流體,并設(shè)有壓力開關(guān),壓力在50～200 MPa任意可調(diào)。改造后的注油機能夠滿足檢修現(xiàn)場機車輪對壓裝的工藝技術(shù)要求,MAE輪對壓裝機無法提供穩(wěn)定注油壓力的問題可被徹底解決。

圖3 超高壓注油泵

5 結(jié)束語

本文介紹了檢修現(xiàn)場2種車型輪對壓裝過程中遇到的典型異常情況,從多方面進行原因分析,找到機車輪對壓裝過程中需要注意的關(guān)鍵點,并結(jié)合實際情況提出相應(yīng)措施,有效提高了檢修現(xiàn)場機車輪對壓裝的合格率,希望能夠?qū)τ蓄愃茊栴}的檢修現(xiàn)場起到參考、借鑒作用,共同提升機車檢修質(zhì)量,保障鐵路機車運行安全。