不落輪旋車制造裝備在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用

中國南車戚墅堰機車有限公司原主任工程師 虞行國

科技在日益發(fā)展，裝備制造在立意創(chuàng)新，國人的消費理念在轉(zhuǎn)變的同時，出行方面的要求和觀念也在更新，要達到健康的旅游，克服和消除駱駝式的出行方式，就需要有更好的代步交通工具來解決出行中的矛盾，享受高品位的行程。截至2012年5月24日，我國已開通軌道交通運營的城市有16座，即將擁有軌道交通的城市有13座，已在運行和在建的有171條，到2020年鐵路線路運行里程將達到7000km。每天這些軌道交通的車輛為城市的綠色出行帶來了方便和快捷，同時也解決了城市地面交通的壓力。但是軌道交通車輛的輪對因運行里程和行車速度的因素，肯定會造成輪對加劇磨損的狀態(tài)。為了保證安全運行，必須按照規(guī)程進行修理或者更換，所以采用在線不落輪加工的新工藝、新方法是符合高效、節(jié)能加工的最好途徑。我國城市軌道交通線廣量大，這種不落輪的加工方法需求量很大，它可以為運行及制造商提高制造速度和縮短維修時間，從而達到大量節(jié)約成本。但是，目前對車輪輪對因輪緣和踏面磨損后的修理更換，大多數(shù)工廠機務(wù)段都是采用吊裝方法進行操作，在車輪輪對嚴重磨損時也只能是更換。圖1所示是磨損后的車輪外形，圖2所示是修復(fù)后的外形。

軌道交通車輪現(xiàn)行加工工藝

多年來，我國鐵路系統(tǒng)制造和修理的加工設(shè)備都是東歐波蘭專門為鐵路生產(chǎn)的UBA、UBB、UBC三代車輪車床，輪緣和踏面的形狀也是最早從仿形加工發(fā)展到今天的全數(shù)控加工設(shè)備。圖3所示是現(xiàn)行的加工設(shè)備。

國內(nèi)的齊一機和青海機床是我國重點生產(chǎn)和配套鐵路加工的設(shè)備制造重點廠家。這些設(shè)備只能適用于新造，不適于不落輪的加工。時代在不斷地發(fā)展，工藝在不斷地進步，生產(chǎn)修理的對象在不斷地改變，如果針對目前的軌道交通輪對的維修方法還是采用起吊、裝卸、上機床加工、裝配、落車的最基礎(chǔ)的工藝和流程，那么修理時間肯定需要很長的周期，不符合現(xiàn)代加工需求，滿足不了高速發(fā)展的高鐵和城市軌道交通的新局面，同時也不符合綠色環(huán)保、高效文明生產(chǎn)的原則。圖4、圖5所示是機車和車輛更換車輪起吊的情況。

不落輪加工的方法和發(fā)展形勢

按照每條地鐵線需要配備一臺的思路，我們就需要更多的加工設(shè)備來適應(yīng)軌道交通的需求，這是個龐大的規(guī)劃。目前新工藝、新方法已經(jīng)在小范圍中得到了應(yīng)用。正因為有這個需求，在國內(nèi)已經(jīng)有江西黑根賽特、青海華鼎、武漢重型、中船重工、北京一機、北車二七裝備公司等企業(yè)看準這個新興的產(chǎn)業(yè)，正在生產(chǎn)和準備生產(chǎn)不落輪加工的設(shè)備。國外生產(chǎn)這種機型的制造廠也不是很多，進入國內(nèi)市場的這個領(lǐng)域也只有幾家。

在國內(nèi)已經(jīng)有幾家企業(yè)開始采用德國或西班牙合作合資的方式以及制造技術(shù)生產(chǎn)的機床投入了北京地鐵、上海地鐵和長春地鐵使用，它一定會在全國各大中城市的地鐵或者機務(wù)段中得到推廣和使用。不落輪車床最大的好處和優(yōu)越性就在于車箱箱體不需要吊離車輪輪對，只要把這個列車牽引到裝有不落輪旋床地坑的上方就可以進行在線加工。設(shè)備的全貌如圖6所示。

具體加工的方法：設(shè)備屬地溝形式主要安裝在地坑和地面上。它具有新一代的數(shù)控控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)緊湊的液壓系統(tǒng)、在加工車削時可以同時加工兩側(cè)車輪并且通過先進的測量裝置，對車輪的輪緣和輪對的踏面預(yù)加工自動測量和最終加工完成的數(shù)據(jù)測量，即同時測量、同時加工和同時采集加工數(shù)據(jù)，使加工完成的同一車輪直徑差在0.1mm之內(nèi)，基本達到尺寸與形狀完全相同的效果。對要加工的車輛走行裝置的輪對車輪修理時，只需要把車輛的車軸中心在牽引車的作用下送到基本的位置自動定位，可以根據(jù)不同類型的轉(zhuǎn)向架對輪對兩側(cè)各有一對具有調(diào)節(jié)的摩擦驅(qū)動滾輪，作為車輛的車軸中心定位裝置，并在液壓升降支撐裝置的作用下，根據(jù)軸的承重情況輪對車軸可以被提升1～10mm。同時這套裝置也作為下壓板的支撐作用使用。在對輪對內(nèi)側(cè)定位的基礎(chǔ)上，通過上壓板機械液壓裝置壓住不同類型軸箱體的上端，以將車軸固定在下壓板支撐裝置上完成車軸的軸向定位。輔助接頭導軌在液壓系統(tǒng)的作用下，會通過系統(tǒng)自動沿鐵軌一側(cè)平行移動，使得在兩個摩擦驅(qū)動輪之間留出給設(shè)備進行測量和加工的空余位置。在設(shè)備的X軸向移動的溜板上裝有接觸式RENISHAW踏面形狀測量裝置、精車刀柄、粗車刀柄以及滾輪式輪徑測量裝置，在經(jīng)過對輪對輪緣高度、輪緣厚度、踏面中徑的測量后，所采集的數(shù)據(jù)將作為X、Z軸的加工工藝零點。4個獨立升降系統(tǒng)的摩擦驅(qū)動輪以最小的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)帶動輪對轉(zhuǎn)動，X、Z軸根據(jù)所測量的數(shù)據(jù)就可以按照數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計程序進行加工。在加工中分別采用粗車刀和精車刀2套刀柄系統(tǒng)，并采用編碼器作為位置環(huán)的測量。在粗車刀和精車刀2套刀柄上又裝有2片刀片，先粗車后精車在經(jīng)過二次車削后就能分別完成輪對的直徑、車輪內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面加工。圖7所示就是不落輪加工的模擬示意。

在完成加工后系統(tǒng)會對輪對進行自動測量，內(nèi)容包括：①輪緣的高度。②輪緣的厚度。③輪對的橢圓度。④輪對的跳動。⑤輪對直徑的實際尺寸。⑥內(nèi)側(cè)面之間的距離。

以上數(shù)據(jù)測量后將被存儲在系統(tǒng)的硬盤里，作為歷史資料保存。在測量輪對直徑的實際尺寸時，采用一種滾輪式的直徑測量輪裝置，直徑輪的尺寸是已預(yù)知的，當直徑輪與輪對接觸后相對進行旋轉(zhuǎn)就能方便地測量出車輪圓周，最終確定直徑尺寸。加工時輪對二邊的刀架同時進行旋車切削加工，輪對的直徑尺寸有數(shù)控統(tǒng)一控制，從而確保輪對尺寸的一致性。通過以下的四個國內(nèi)外不落輪制造企業(yè)技術(shù)參數(shù)的對比，可以明顯地反映出設(shè)備加工精度和尺寸的一致性，以及每班能夠加工12對輪對的高效加工能力（見附表）。

期望我國的民族裝備制造企業(yè)能夠盡快地掌握制造核心，來滿足軌道交通發(fā)展的需求，并且能夠進入國際市場，做到從中國仿造到中國制造，從中國制造到中國創(chuàng)造，最后真正實現(xiàn)和做到MADE IN CHINA。

不落輪主要技術(shù)參數(shù)比較表