高鐵輪對(duì)壓裝過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的分析

摘 要：動(dòng)車輪對(duì)除了承受一定的裝配力，還要承受復(fù)雜的靜載荷、動(dòng)載荷以及在制動(dòng)時(shí)由閘瓦的摩擦產(chǎn)生的熱應(yīng)力，隨著車速的提高，這種動(dòng)載荷的影響會(huì)越來(lái)越大。為提高行車安全，對(duì)輪對(duì)的制造工藝提出了很高的要求。本文從影響輪對(duì)壓裝過(guò)程的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究分析，提出了輪對(duì)壓裝解決方案。

關(guān)鍵詞：輪對(duì)；輪；軸；壓裝曲線；壓裝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.034

動(dòng)車輪對(duì)是動(dòng)車組關(guān)鍵重要的零部件之一，而輪對(duì)的壓裝質(zhì)量是保證車輛在安全運(yùn)行過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)。其中車軸和車輪是輪對(duì)壓裝的主要零部件。通過(guò)對(duì)車軸、車輪加工和壓裝前輪軸處理過(guò)程的跟蹤分析，我們找到幾個(gè)影響輪對(duì)壓裝的關(guān)鍵問(wèn)題，并重點(diǎn)分析加強(qiáng)控制，提出了合理的壓裝方案。

1 影響壓裝的幾個(gè)關(guān)鍵原因

輪對(duì)壓裝質(zhì)量是通過(guò)壓裝曲線來(lái)判定是否合格，壓裝曲線的判定合格要求具體為：①在輪座壓入輪轂孔長(zhǎng)度30mm范圍內(nèi)，必須起噸，但起始噸位不得超過(guò)車軸輪座直徑公稱尺寸的1.3倍； ②在車輪的注油槽部位，壓裝力允許下降，但在下降后的25mm內(nèi)壓裝力恢復(fù)上升，且25mm處的壓力值不小于壓裝曲線下降前的最大壓力值； ③最后25mm的位移中，壓裝力允許下降，但壓力下降值不得超過(guò)50kN。 ④最終壓裝力及最大壓裝力須介于最大最小壓裝力之間。

影響壓裝曲線的的因素：主要是過(guò)盈量、輪軸壓裝表面的粗糙度、潤(rùn)滑劑的涂抹、表面形狀誤差、壓裝速度、溫濕度、材料的機(jī)械性能等因素。我們?nèi)∑渲嘘P(guān)鍵的幾點(diǎn)因素進(jìn)行具體分析。

1.1 過(guò)盈量

壓裝過(guò)程中車輪和車軸配合面處的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，在輪對(duì)的微小結(jié)構(gòu)特征處如圓角、倒角和過(guò)渡圓弧等會(huì)有應(yīng)力集中的現(xiàn)象，它是輪對(duì)微動(dòng)損傷和疲勞裂紋形成的主要源頭，為了保證所需要的連接強(qiáng)度及防止輪對(duì)聯(lián)接部分應(yīng)力過(guò)高，必須正確選擇過(guò)盈量。例如復(fù)興號(hào)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的過(guò)盈量配合最小0.238mm最大0.313mm。

1.2 輪軸壓裝表面的粗糙度

壓裝面的粗糙度對(duì)壓裝力的影響較大。工件表面的粗糙度與加工時(shí)的刀具速度，進(jìn)給量的大小有直接關(guān)系。在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量的位置均是表面的波峰值。波峰強(qiáng)度一般都較小而且還是應(yīng)力集中的地方。在輪對(duì)壓裝過(guò)程中，強(qiáng)度小的波峰很容易被擦平，就會(huì)導(dǎo)致過(guò)盈量減小，影響實(shí)際的壓裝速度，最終影響的是壓裝質(zhì)量。因此，加工工藝要求規(guī)定了輪轂孔和輪座的粗糙度：輪轂孔內(nèi)表面粗糙度為ra1.6-3.2，輪座外表面的粗糙度為ra0.8-1.6；（ra）值過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致壓裝中出現(xiàn)“崩噸”現(xiàn)象。如果表面粗糙度太大，壓裝時(shí)粗糙峰的峰頂被擠平，產(chǎn)生塑性變形，使實(shí)際過(guò)盈量減少，壓裝力下降。表面粗糙度較小時(shí)，摩擦系數(shù)下降，但實(shí)際接觸面積增大，使壓裝力上升，壓裝曲線趨向平穩(wěn)。

1.3 潤(rùn)滑劑涂抹

二硫化鉬是重要的固體潤(rùn)滑劑，用于摩擦材料主要功能是低溫時(shí)減摩，高溫時(shí)增摩，燒失量小。所以二硫化鉬的涂抹直接影響車輪壓裝的效果，涂抹厚的話壓裝摩擦力減小可能導(dǎo)致壓裝力上不去，涂抹薄的話有壓裝摩擦力增大，可能導(dǎo)致壓裝崩噸和拉傷，所以二硫化鉬的涂抹要求是導(dǎo)致壓裝質(zhì)量不可或缺的影響因素。

1.4 表面形狀誤差

車軸車輪加工時(shí)，自車輪轂孔上加工小于0.01mm的正向錐度，車軸輪座上加工小于0.01mm的正向錐度，以保證曲線形狀和最終壓裝力合格，在輪對(duì)壓裝過(guò)程中，由于輪軸壓裝面的錐度不一致，導(dǎo)致每一個(gè)壓裝截面的過(guò)盈量也不相等，會(huì)影響壓裝曲線的出現(xiàn)抖動(dòng)，曲線不穩(wěn)定。

1.5 壓裝速度

壓裝速度是影響輪對(duì)壓裝質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素。在輪對(duì)壓裝過(guò)程中輪座沿著輪轂孔慢慢壓入，在此過(guò)程中滑動(dòng)速度的大小影響接觸面的摩擦系數(shù)以及接觸面的溫度，溫度的變化就會(huì)引起接觸面物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的改變，最終影響到壓裝質(zhì)量的好壞。

1.6 溫濕度的影響

壓裝前，車軸和車輪必須同溫8小時(shí)才可以壓裝，減少因溫度變化導(dǎo)致的材料熱脹冷縮，產(chǎn)生的尺寸和其他影響。壓裝過(guò)程中，壓裝的環(huán)境溫度必須大于等于10℃。以確保設(shè)備和壓裝產(chǎn)品符合壓裝要求。

2 影響壓裝的幾個(gè)問(wèn)題具體控制辦法

經(jīng)過(guò)對(duì)壓裝過(guò)程中的過(guò)盈量、輪軸壓裝表面的粗糙度、二硫化鉬的涂抹、表面形狀誤差、壓裝速度、溫濕度進(jìn)行了跟蹤分析，可以歸納為兩部分來(lái)具體控制和解決因這幾個(gè)因素造成的壓裝不合格。具體方法如下：

2.1 車輪，車軸的加工過(guò)程控制和檢測(cè)方法控制

車輪，車軸嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作加工，嚴(yán)格控制幾何形狀偏差，統(tǒng)一測(cè)量部位，保證車輪轂孔和車軸輪座的相關(guān)尺寸準(zhǔn)確有效，對(duì)車輪轂孔和車軸輪座分別用外徑千分尺和內(nèi)徑千分表采用三面六點(diǎn)法測(cè)量，測(cè)量結(jié)果須滿足壓裝尺寸要求和過(guò)盈量配合。對(duì)測(cè)量后的表面形狀進(jìn)行對(duì)比，保證表面形狀符合工藝要求。

2.2 壓裝前輪軸處理和壓裝速度的控制

對(duì)輪軸在壓裝前用清洗劑分別對(duì)車軸輪座和車輪轂孔表面清潔，清洗劑揮發(fā)后用砂紙沿軸線45°交叉手工打磨車軸輪座表面，并去除倒角邊緣尖角、毛刺，打磨完成后清理干凈車軸輪座及車軸其余部位，用風(fēng)動(dòng)拋光機(jī)施加輕微壓力成圓弧運(yùn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)由車輪內(nèi)側(cè)向外側(cè)打磨轂孔表面，打磨后粗糙度符合壓裝要求。

壓裝前的車軸輪座和車輪轂孔前處理完成后，對(duì)打磨后的表面進(jìn)行清潔，將少量的二硫化鉬均勻涂抹在車輪轂孔和車軸輪座上，保證二硫化鉬都均勻含入粗糙度的波峰中，減小壓裝摩擦力，降低壓裝過(guò)程中因高壓升溫產(chǎn)生的燒結(jié)或拉傷。壓裝過(guò)程中壓裝速度以2.0mm/s-2.5mm/s的速度勻速推進(jìn)，保證壓裝過(guò)程都在可控范圍內(nèi)。

通過(guò)對(duì)動(dòng)車輪對(duì)壓裝過(guò)程中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行跟蹤研究和分析，我們找到了影響壓裝質(zhì)量的關(guān)鍵因素，并針對(duì)此制定了可控的解決措施。輪對(duì)壓裝質(zhì)量的判定標(biāo)準(zhǔn)是保證動(dòng)車組行車安全的重要依據(jù)，它的完整性是一個(gè)非常重要的研究?jī)?nèi)容。本文為進(jìn)一步完善動(dòng)車輪對(duì)壓裝質(zhì)量的判定標(biāo)準(zhǔn)提供了重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]TB/T1718-2003.車輛輪對(duì)組裝技術(shù)條件[S].

作者簡(jiǎn)介：劉建新（1983-），男，山西太原人，本科，工程師，研究方向：高鐵輪對(duì)的加工和組裝。