地鐵不落輪鏇床LM型踏面鏇修工藝的改進(jìn)

周光富（天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司,天津　300000）

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地鐵不落輪鏇床LM型踏面鏇修工藝的改進(jìn)

周光富
（天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司,天津300000）

摘 要：不落輪鏇床鏇修時(shí)，合理的鏇修工藝參數(shù)選擇，在降低成本的同時(shí)也可以有效的保障地鐵運(yùn)營的安全。本文通過對(duì)踏面的各種重要缺陷的分析、統(tǒng)計(jì)，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)與理論來實(shí)現(xiàn)對(duì)不落輪鏇床鏇修工藝進(jìn)行改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：踏面；缺陷；鏇修工藝；改進(jìn)；鏇修

0　前言

為了保證電客車的運(yùn)行安全，提高電客車車輪的使用壽命，地鐵運(yùn)營公司對(duì)車輪踏面的修復(fù)提出了更高的要求，本文主要內(nèi)容是針對(duì)地鐵車輛上廣泛使用的LM磨耗型踏面的鏇修提出優(yōu)化方法。踏面鏇修的目標(biāo)是：1、恢復(fù)LM磨耗型踏面的幾何形狀并保證表面質(zhì)量和尺寸精度。2、盡可能的減少切削量。因?yàn)殒浶迺r(shí)，輪輞厚度每減少一毫米，車輪價(jià)值就會(huì)減少約500多元（以輪對(duì)綜合成本計(jì)算）另外，減少切削用量不但能減少或消除過度切削，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。

1　踏面主要的缺陷類型

（1）踏面擦傷。踏面的擦傷是影響運(yùn)行安全性、平穩(wěn)性和運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性的重要因素,擦傷主要是由于制動(dòng)力過強(qiáng)時(shí)車輪被閘瓦抱死，車輪在鋼軌上滑行而產(chǎn)生的局部缺陷[4]。由于滑行過程中產(chǎn)生的摩擦熱易達(dá)到奧氏體的相變溫度，在停車后又在空氣中迅速冷卻，形成硬度較高的馬氏體[2]。而輪軌粘著力也會(huì)使踏面發(fā)生局部的塑性變形，從而產(chǎn)生硬化現(xiàn)象。這會(huì)使踏面旋削過程中的切削力增大，增加刀具的磨損和破損。

（2）踏面直徑方向的磨耗。由于輪軌間長(zhǎng)期的滾動(dòng)摩擦，導(dǎo)致踏面直徑方向上的磨耗，并且會(huì)產(chǎn)生一層較為均勻的硬皮，其厚度大約為1mm左右。這也會(huì)增加踏面的旋削量。

（3）裂紋。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)超過材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)就發(fā)生龜裂[4]，在切削過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。

（4）剝離。剝離是指車輪在運(yùn)用過程中由于制動(dòng)熱作用或輪軌滾動(dòng)接觸疲勞作用而在踏面圓周或部分圓周上呈現(xiàn)出的金屬掉塊剝落損傷和魚磷狀或龜紋狀熱裂紋現(xiàn)象。會(huì)嚴(yán)重影響行車安全以及車輛其它部件的使用壽命。以接觸疲勞為例，剝離層的深度一般在0.5～3mm[1]。并且其產(chǎn)生原因主要為滾動(dòng)接觸疲勞應(yīng)力作用引起的接觸疲勞剝離和由于熱作用和機(jī)械作用引起的制動(dòng)剝離和擦傷剝離。剝離會(huì)增加切削厚度，引起切削沖擊、振動(dòng)等。

2　鏇修工藝參數(shù)的優(yōu)化

鏇修參數(shù)的優(yōu)化主要從兩個(gè)方面考慮：一、使切削厚度的選擇盡量合理，不過度切削。二、減小切削力、切削熱和沖擊，減小刀具的磨損和破損，提高刀具壽命。

（1）切削厚度的合理選擇。1）表面缺陷的影響。通過對(duì)鏇修的觀察，平均切削厚度約為4.8mm，消除缺陷（不包括裂紋）的有效切削厚度一般為2mm左右，加上表面約1mm的硬皮，過度切削量達(dá)到1.8mm左右。尤其是動(dòng)車，由于其運(yùn)行過程中以電制動(dòng)為主，其輪緣磨耗較拖車輪緣磨耗要大。2）輪緣尺寸的影響。輪緣尺寸是一個(gè)重要的尺寸，現(xiàn)在使用的是鐵道部規(guī)定的LM26、LM28、LM30、LM32尺寸樣板。通過長(zhǎng)期大量的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)，輪緣厚度增加1mm，車輪直徑減少4.5mm。由于車輪輪緣尺寸是重要參數(shù)且磨耗較大，尤其是恢復(fù)輪緣對(duì)踏面徑向鏇修量影響很大，所以所需要的最低鏇修用量可以用下式表達(dá)：

3）裂紋的影響。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[4]。裂紋不僅會(huì)導(dǎo)致切削過程的沖擊，而且會(huì)較大的增加切削厚度。裂紋深度的判斷有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：

不過這個(gè)公式對(duì)于熱裂紋僅能作為參考。

4）切削厚度的選擇。切削厚度的選擇應(yīng)分為兩種情況。一、沒有裂紋時(shí)的情況，切削厚度可以根據(jù)公式⑴計(jì)算來恢復(fù)踏面的幾何形狀，因?yàn)槠溆?jì)算結(jié)果幾乎都要大于踏面表面的缺陷深度；二、當(dāng)按照公式⑴鏇修后不能完全消除踏面表面缺陷時(shí)，根據(jù)具體情況以較小的鏇修量進(jìn)行切削，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般為1.5-2mm左右；三、有裂紋時(shí)，切削厚度應(yīng)該根據(jù)裂紋深度來確定，并選擇適當(dāng)?shù)哪０?，可以參考公式?）。需要注意的是，當(dāng)根據(jù)公式（3）判斷裂紋深度已超過輪輞厚度的下限時(shí)，經(jīng)檢驗(yàn)后可報(bào)廢處理，減少不必要的成本。

3　結(jié)論

本文總結(jié)了車輪踏面鏇修過程中提高刀具壽命和減小過度切削的方法：

（1）在踏面缺陷嚴(yán)重時(shí)，在選定背吃刀量的基礎(chǔ)上，低的切削速度和小的進(jìn)給量可以有效地降低沖擊，減小切削力。

（2）在輪輞厚度離下限較近時(shí)，根據(jù)公式⑵可以初步判斷裂紋深度是否過限。

（3）在踏面狀態(tài)較好時(shí)，可以根據(jù)公式⑴來選擇背吃刀量。

（4）在踏面缺陷嚴(yán)重時(shí)，可以選擇多次逐層切削，可有效地減小沖擊和切削力。

（5）在選擇輪緣寬度樣板時(shí)，盡量選擇與未加工輪緣尺寸相近的的樣板。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭俊,王文健,張偉,劉啟躍.車輪踏面剝離試驗(yàn)研究[J].鐵道車輛,2004(04).

[2]奧山.雅貴.車輪踏面鏇修量判定的研究[J].國外機(jī)車車輛工藝,2009(01).

[3]盧秉恒,趙萬華,洪軍.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]管原繁夫[日].輪對(duì)的設(shè)計(jì)[J].國外鐵道車輛,1983.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.016