地铁车辆轮对踏面镟修工艺的研究

2020-11-27杨培义刘峻峰

装备制造技术 2020年6期

杨培义，刘峻峰，赵慧

（郑州铁路职业技术学院，郑州450046）

0 引言

随着轨道交通的快速发展，对车辆相关设备的维保管理愈显重要。轮对作为车辆易耗件[1]，其维修或更换的资金是地铁维保的重要支出项。因为车轮与轨道之间一直存在相互作用，所以在地铁运营中轮缘和踏面被不断磨损。踏面的磨耗直接影响列车运行平稳性和轮轨的使用寿命，需要及时对其进行镟修或者更换作业。

如何保障轮对自始至终处于使用的安全范围内，同时最大限度延长其使用寿命，降低维保成本等问题，一直备受公司关注。因此，及时判断轮对磨损状况，找出其磨耗规律，并结合公司轮对运维标准，合理制定轮对维保方案，使其磨耗一直处于安全限内，并对其运行安全性及镟修方式的经济性进行评析，严重影响车辆性能和运营成本。

1 轮对踏面磨耗形式

车轮与轨道之间的相对运动力学性能直接影响着轮对磨耗，其磨损情况与线路和轮轨材料密切相关。造成轮对磨耗的原因比较复杂，根据磨耗后的表现形式，可分为很多种，这里主要介绍三种常见的磨耗形式：踏面剥离、轮径超差、踏面磨损。

1.1 踏面剥离

踏面的剥离是指踏面表面会产生小凹坑，金属片状剥落，如图1 所示。踏面剥离有热剥离和疲劳剥离之分[2]。热剥离主要是因制动作用产生的踏面热裂纹引起的，裂纹沿着与踏面近似垂直或平行的方向延伸，因此又称制动剥离；疲劳剥离是指踏面长期磨损后产生的疲劳裂纹随车轮转动向内部延伸。踏面剥离如果不能及时处理，会导致裂纹向周围延伸，剥离区域加剧，使用寿命大大缩短，引起车辆冲击振动，影响行车安全。

图1 车轮踏面剥离

1.2 轮径超差

车辆在运行过程中，轮对左右两侧同型号车轮共用一根车轴，转动的角速度一致。如果两侧车轮的直径一致，车轮的滚动则为直线；若存在轮径差，车轮的滚动将会产生偏移，偏离原轨道，轻则轮对磨耗磨损，重则车辆倾覆，影响到行车和乘客安全。因此，同一轴轮径差（车轮踏面滚动圆直径相差值）会有一定的界限范围以保证车辆系统的动力学性能等。轮径差过大过小都会影响轮对踏面，造成车辆异常振动，甚至更严重的后果。

1.3 踏面磨损

轮对踏面具有一定的斜度，故称锥形踏面，斜度可以保证车轮在直线运行时使轮对能自动调中；在曲线运行时，由于离心力的作用使轮对偏向外轨，由于踏面斜度的存在，使外轨上滚动的车轮以较大的滚动圆滚动，在内轨上以较小的滚动圆滚动，从而减少了车轮在钢轨上滑动，使轮对顺利通过曲线。

若踏面磨耗过度，导致踏面斜度受到破坏，便不能顺利通过曲线，也会加剧列车蛇行运动或异常振动，加剧轮轨的磨损，如图2 所示。踏面的凹入，往往会使轮缘相对高度增加，磨损超过一定限度时需要镟修，否则会发生钢轨的鱼尾板螺栓被轮缘根部切断等情况，导致列车倾覆[3]。

图2 车轮踏面磨损

2 轮对踏面镟修的技术要求

地铁列车运营达到一定的里程后，轮对踏面会受到不同程度的磨耗磨损，有些可以达到镟修的限度。车轮镟修的主要工艺装备主要包括下沉式不落轮镟床。

车轮镟修主要包括以下7 道工序，对应的技术要求如下：

（1）工前准备

对应的技术要求：

1）工前着装符合劳保规定；

2）准备好工卡量具，要齐全并性能良好；

3）按规定进行工前设备保养。

（2）镟修前各部检查

对应的技术要求：

1）检查顶针孔无异物，无偏磨、欠损等缺陷；

2）滚动轴承轮对须戴橡胶防护套；

3）检查、测量踏面各部尺寸和缺陷，选择合理镟修量。

（3）镟修轮缘及踏面要求

对应的技术要求：

1）参照磨耗型踏面，采用下沉式不落轮镟床镟修及测量；

2）输入各项加修数据；

3）从轮缘内侧进行对刀，从踏面外侧开始镟修轮对踏面及轮缘。

（4）镟修后达到标准

对应的技术要求：

1）踏面的剥离、凹下等缺陷超过段修限度，缺陷必须全部消除；

2）踏面及轮缘加修部位表面达到一定的粗糙度，须达到Ra25μm；

3）轮缘厚度须≥26 mm，轮缘高度须达27±1 mm；

4）轮辋厚度≥28 mm；

5）车轮直径：a. 同一轮对轮径差不得大于1 mm。b.同一转向架各轮径差不得大于2 mm。

（5）画标记、填写记录

对应的技术要求：

1）检测合格后的轮对在轮辋内侧用粉笔画合格标记；

2）轮缘厚度不足28 mm 时，画限装一年车标记；

3）填写踏面旋修记录，字迹清晰、整洁。

（6）轮对镟修后交验

对应的技术要求：

每条轮对旋修后，工长、质检员、验收员必须进行逐级交验，交验合格后，在轮对辐板外侧画相应标记。

（7）完工整备

对应的技术要求：

1）关闭各部开关，拉闸断电，工具存放在工具箱内；

2）清扫擦拭机床，无铁屑灰尘，符合设备保养规定；

3）清扫场地，无铁屑、灰尘、油污等。

在镟轮前，根据镟轮通知单，需要熟悉有关轮对数据，深入了解车轮踏面磨耗的类型，同时兼顾同轴、同转向架、同列车相关联的精度与技术要求，明确镟修任务。合理采用等级镟修方式，恢复车轮外形轮廓，同时最小程度地减小轮径值，最终延长轮对使用寿命。

3 镟修工艺与经济性分析

3.1 车轮镟修工艺

地铁列车镟轮时大都采用下沉式不落轮镟床，其安装在地面轨道下。在测量或镟修作业时，可省去分解轮对的工序，直接把整列车牵引到不落轮镟床工作台上。利用轴箱和轮分别进行径向和横向定位，能够明显减少辅助时间，提高工作效率[4]。

3.1.1 踏面剥离镟修工艺

踏面剥离区域的材料硬度高，当圆周切向力达到一定值，鱼鳞状片就会脱落变成小凹坑。若切削深度没超过剥离底部，镟修时在受车刀圆周切向力的作用下，有可能导致整个剥离块脱落，另外高频率的刀具和剥离区材料接触摩擦，容易使刀具损坏。因此镟轮时，不但要选择主轴速度慢、进给量小、切削深度尽可能超过剥离底部等参数，还要选择高硬度和冲击韧性的刀片。镟轮时，一定要将剥离区域完全修复，否则在运行中轮对踏面会继续剥离，扩大轮对损伤，进而降低使用寿命。

3.1.2 轮径超差镟修工艺

轮径超差现象可能发生在同一车轴，也可能是同一转向架或同一节车，因此镟轮前一定要充分地分析每节车的轮径值和轮缘厚度的数据，然后对比找出轮径最大、最小的车轮，及轮缘厚度最小的车轮。轮缘厚度的恢复量与轮径的减少量存在计算比例，约为1:4.5，按照这个比例，可以计算出轮径最小的车轮恢复到合理目标轮缘厚度的直径值，接着根据镟轮通知单技术要求，最后计算出其他轴处于合理范围内的轮缘目标厚度和轮径目标值，按部就班、选择性地镟轮。

3.1.3 踏面磨损镟修工艺

踏面受到磨损后，考虑到辗变和踏面中部存在的凹陷，轮外侧倒角和靠近外侧的踏面圆周面会有较大的余量，导致踏面磨损区随轮缘高度而扩大，因此在进行镟修时，第1 刀必须考虑切削深度是否可能偏大。若在加工时，机床或刀具无法承受，第1 次则要以当前轮径的负切削深度为准，除去踏面与车轮外侧面的轮缘底部和辗变量，接着利用车轮外形模板确认切削深度。这样的处理，不但恢复了车轮外廓，同时不浪费轮径值[5]。

3.2 镟修经济性分析

目前，我国地铁车辆在检修过程中，为了保证轮的使用寿命，要求将车辆恢复到新车标准，即以LM32 磨耗型轮对踏面作为标准进行镟修[6]。

地铁车辆的新车轮轮径是840 mm，磨损下限是770 mm。对比其他检修方式，结合经济性等进行分析，最终选用等级镟修方式。以某地铁车辆镟修为例，其地铁轮径镟修的数据统计表，见表1。

在正常磨耗修复的情况下，由表1 及原有数据可知，轮缘每修复1 mm，踏面直径方向将对应减少约3 ～4 mm（见表1）。据统计，轮缘的磨耗平均为0.263 mm/万km，踏面磨耗平均为0.173 mm/万km。由此可见，踏面磨耗程度明显低于轮缘磨耗，因此在镟轮时，可以选取恢复轮缘磨耗所需的切削量，用作镟轮的最终值。

表1 轮对镟修数据统计（单位：mm）

镟轮时，严格高标准要求其轮廓外观。地铁现有轮对基本都是以LM32 磨耗型踏面为标准，进行镟修。若每次镟轮都要恢复32 mm 的轮缘厚度标准，则无法兼顾经济性。如果轮缘厚度为28 mm 的轮对以LM32 为标准进行镟修，轮径值将减少16 mm 以上，明显不行。

某地铁经过部门研究，最终以总公司现有规定的几种磨耗型踏面为标准，采取等级修的方式进行镟轮恢复，即当轮缘厚度＜29 mm 时，以LM28 为标准镟修；29 ≤轮缘厚度≤30 mm 时，以LM30 为标准镟修，轮缘厚度≥30 mm 时，以LM32 为标准镟修（如图3）。

图3 两种踏面外形轮廓图

等级修复标准的确定，很大程度上降低了踏面镟修导致的损失。见表1，原轮径值829 mm，轮缘厚28 mm 的车轮，选用原有LM32 踏面镟修，轮径减少11 mm；选用等级修方式，即选用LM28 踏面镟修，轮径将减少2 mm 左右。经统计分析，每磨耗1 mm 轮径将花费153.5 元，相比节约近2 400 元，经济性有着明显的优势。