某型機車車軸輪座拉傷噴鉬修復研究

楊潔濤 汪彥宏 施坤軍

關鍵詞：車軸;輪座;拉傷;噴鉬修復

0前言

該車型車軸輪座圖紙要求為：mm，檢修限度為≥φ250mm;車軸輪座噴鉬按《車軸輪座部位的噴鉬處理》（BN 918260-2004）執(zhí)行，其中規(guī)定鉬層厚度應滿足0.15mm～0.35mm。按鉬層最厚0.35mm計算，若噴鉬前車軸輪座尺寸≥φ249.3mm，則噴鉬后輪座尺寸可滿足≥φ250mm限度要求，即該車軸修復前輪座尺寸≥φ249.3mm就可以通過噴鉬修復滿足尺寸要求。

為驗證該車型車軸輪座拉傷噴鉬修復可行性，需要進行車軸輪座減小后強度計算及輪座鉬層粘附強度和抗剪強度檢驗。輪座強度和鉬層粘附強度、抗剪強度都合格車軸輪座才可進行噴鉬修復。

1 車軸強度計算

根據(jù)該機車相關參數(shù)進行輪座直徑降至φ249mm（實際最小噴鉬尺寸為φ249.3mm，為便于計算取整為φ249mm）時的車軸輪座強度計算，計算工況包括：制動工況、啟動工況、短路工況。

制動方式采用踏面制動，車軸材料為35CrMoA。

1.1計算截面和P，Y，Q

依據(jù)EN13104，計算按照標準軌距、車軸為導向軸的情況，力的作用位置和考察截面見圖2-1，車軸輪座考察截面為1、2、3、4和5、6、7、8。

1.2車軸輪座強度計算

d—考察截面直徑

K—應力集中系數(shù)

σ—計算最大應力

[σ]—許用應力

S—安全系數(shù)

MR—合力矩

其中： ，Mx按EN13104中表4進行計算;、、按表按EN13104中表6進行計算;應力集中系數(shù)K的計算按照EN13104中的圖5和圖6。

制動工況、啟動工況、短路工況下計算最大應力、最大應力截面、安全系數(shù)如表1所示

制動工裝、啟動工況輪座部位（截面1、2、3、4、5、6、7、8）的許用應力參考EN13104暫定為87MPa。

短路工況[σ] =399MPa 取自車軸表面35CrMoA（JZ5）材料的屈服強度，根據(jù)TB/T 1027.2。

按照EN13104對車軸進行強度計算，對不同工況下的計算結(jié)果進行對比。

（1）在制動工況下，各危險截面的計算應力都小于參考EN13104 表 9確定的許用應力，最小安全系數(shù)為1.405（截面3、6）。車軸強度滿足要求

（2）在啟動工況下，各危險截面的計算應力都小于參考EN13104 表 9確定的許用應力，最小安全系數(shù)為1.653（截面4）。車軸強度滿足要求。

（3）在短路工況下，車軸表面材料屈服強度與考察截面上計算應力的比值都大于1，最小安全系數(shù)4.12。車軸強度滿足要求。

2 噴鉬層粘附強度和抗剪強度檢驗

剪切試驗是用于車軸輪座部位的噴鉬層的粘附強度和抗剪強度進行測定的。剪切試驗合格則噴鉬層的粘附強度和抗剪強度合格。

試件采用與車軸相同的材料（35CrMoA）和一樣的熱處理狀態(tài)來加工的并與輪座一樣進行預處理（預車外圓、噴丸、預加熱），這樣可以保持材料以及預處理過程的一致性。試件噴涂條件必須與車軸的噴涂條件保持一致。每組試件如圖3所示制作3件，每件試件3個檢測噴鉬圓柱，三個噴鉬圓柱從左到右開始編號。

?粘附剪切強度τH 可以作為試驗壓力 Fm 和側(cè)表面積 A 的最大值的商進行計算 τH=Fm / A [N/mm2]，其中A=1695mm2。

每組試件必檢相包括粘附剪切強度、各被剪切圓柱部位直徑;當9各單項值中的任何一個低于30N/mm2時必須通過金相檢測所屬該試件被剪切的第三個圓柱鉬層結(jié)合情況進行分析;當三個試樣平均粘附剪切強度低于40N/mm2時，至少檢測三個試件中最低剪切強度的試件第三個。3件試件具體檢測結(jié)果如下：

3件試件9個圓柱面粘附剪切強度最小值為41.694N/mm2，大于30N/mm2;3件試件中粘附剪切強度平均值最小為47.7130N/mm2，大于40N/mm2。

因此該型車車軸輪座噴鉬后輪座部位的噴鉬層的粘附強度和抗剪強度均滿足要求。

3 車軸輪座噴鉬修復修復驗證

車軸輪座強度理論計算滿足要求、粘附強度和抗剪強度檢驗合格后進行噴鉬修復驗證，以某車軸修復為例，具體修復過程如下：

3.1 車軸輪座噴鉬修復判斷

使用量具測量拉傷輪座外徑尺寸D并記錄下來，使用量具對車軸輪座拉傷部位深度H進行檢測，并記錄下來。根據(jù)車軸輪座直徑尺寸及拉傷深度計算判斷車軸是否可進行修復。（D-2H）=Φ249.7mm>φ249.3mm，滿足噴鉬要求。

3.2 車軸噴鉬前加工

對車軸兩側(cè)輪座部位加工處理，要求拉傷完全消除，輪座加工后尺寸≥φ249.3mm。

3.3 車軸輪座噴鉬修復

3.3.1噴鉬前復測車軸兩側(cè)輪座尺寸，然后對車軸軸頸、軸身等非噴鉬部位進行防護，避免噴鉬飛濺，最后對車軸兩側(cè)輪座進行噴鉬處理。

3.3.2 測量車軸兩側(cè)輪座尺寸，然后對噴鉬部位進行加工，加工后修復處輪座尺寸滿足輪座直徑尺寸（≥φ250mm）及鉬層厚度（0.15mm～0.35mm）要求。

3.3.3 ?車軸噴鉬加工后，對車軸輪座鉬層磁粉探傷。

車軸輪座修復后尺寸測量合格，鉬層厚度、狀態(tài)合格，且表面磁粉探傷合格，該車軸成功修復，可投入使用。

4 結(jié)論

按照EN13104，以比噴鉬修復時輪座尺寸更小的Φ249mm直徑尺寸對該型機車車軸進行強度計算，對不同工況下的計算結(jié)果進行對比驗證，計算結(jié)果顯示在制動工況、啟動工況、短路工況下進行噴鉬修復的輪座各考察截面強度均滿足要求;同時按照BN 918260對該型車車軸試樣進行噴鉬層的粘附強度和抗剪強度檢查也滿足要求;隨后進行了該車型車軸輪座噴鉬實物驗證，噴鉬修復后輪座尺寸及表面狀態(tài)滿足要求，充分證明車軸輪座拉傷噴鉬修復方案可行，且可推廣使用。

參考文獻：

BN 918260-2004 車軸輪座部位的噴鉬處理（Chs）

EN 13104：2009+A2：2012 鐵路應用-輪對和轉(zhuǎn)向架-動力軸-設計方法。

TB/T 1027.2-2015 機車車軸 第2部分：車軸

TB/T 1463-2015 機車輪對組裝技術(shù)條件

作者簡介 楊潔濤，男，1981年11月出生，工程師，中車株洲電力機車有限公司