HXN5型机车轮对深度检修的自主攻关

张 伟 王立新

(中国铁路哈尔滨局集团有限公司哈尔滨大功率机车检修段 黑龙江 哈尔滨 150000)

1 问题的提出

经统计2015年以来的HXN5型机车轮轴(轴齿装配)故障数据，车轴轮座拉伤(见图1)和从动齿轮破损(探伤缺陷)(见图2)占比最多。面对此类故障，检修初期不具备车轴轮座磨修和从动齿轮的自主更换能力，只能以委外的方式进行修复，成本高昂且修复周期长(20天以上)，同时还需要经过长途运输，人力、物力上都存在较大浪费。严重制约检修进度，造成轮对备品不足，影响机车总组装停时。因此自主实现HXN5型机车轮对深度检修攻关意义重大[1]。

图1 HXN5型机车车轴轮座拉伤状态

图2 HXN5型机车从动齿轮过热破损

2 调研及方案确定

轮座拉伤的车轴需要通过磨削设备进行车削加工，以去除轮座表面拉伤缺陷，恢复原质量状态，满足与车轮压装的有效配合，最终实现轮对整体组装需求。经过调研，可以采用两种方案：一是引进豪克能数控机床磨削技术，车床安装豪克能刀具，加工精度高，实现车轴轮座外圆磨削加工。加工后的轮座表面粗糙度能够达到Ra0.2 mm的镜面效果(技术标准Ra1.6 mm)，需改造费用约30万元。 二是改造现有普通车床，引进加装磨削设备刀具，实现车轴外圆磨削加工，表面粗糙度能够达到Ra0.8 mm～Ra1.6 mm，改造费用约2万元。通过对两种方案进行可行性验证，决定采取第二套方案，主要原因如下：(1)从技术角度考虑，通过改造现有车床，完全可以完成车轴轮座磨削加工，并且车轴轮座光洁度要求也能保证，同时作业人员操作方便，能够快速上手作业；(2)从经济角度分析，车床改造费用成本低，使用能效高，投入产出比增益显著。

3 设备改造过程

3.1 车轴轮座磨修设备改造

改造1：在机床上增加安装磨削设备及刀具架，通过购置磨削刀具，配合实施完成车轴轮座及过渡圆弧加工，实现车轴外圆磨削加工，使各参数符合工艺要求，改造后的设备如图3所示。

图3 改造后设备

改造2：结合现有机床在固定轴齿安装过程中，机床原设计的三爪卡盘与车轴轴径直接面接触，在夹紧旋转过程中极易啃伤车轴轴径，破坏安装表面。后期进行了改进，采用了专用材质的三爪卡盘，效果突出，保证了车轴轴径的表面质量状态(见图4)。

图4 改进后三爪卡盘

改造3：车轴在车床驱动旋转过程中，为了安全和稳定考虑，加装了定位支撑保持架(见图5)，保证设备运行平稳，提高了安全系数。

图5 定位支撑保持架

改造4：结合现有机床(磨削刀具设备)仅能完成非齿侧轮座磨修的情况，若齿侧轮座发生拉伤需修复时，需要将从动齿轮退卸后进行磨修，效率降低并给机床安装调整及装卸运输等带来诸多不便，为此经过多次实地试验，在车床原有基础上，对磨修设备进行了改造(见图6)，增加调整安装座及安全防护装置。通过试磨修，可以完全满足加工需求，安全得到保障，在提升效率的同时也避免因拆装从动齿轮带来的质量隐患。

图6 磨修设备改造

3.2 更换从动齿轮的设备改造

改造1：利用原有车轮退卸设备，对设备软件进行升级。从动齿轮的退卸压力(842.8 kN～1 646.4 kN)和压装压力(666.4 kN～1 646.4 kN)与车轮的退卸压力(980 kN～1 274 kN)和压装压力(1 156.40 kN±22.7 kN)相近，兼容增加技术参数满足需求。

改造2：HXN5型机车从动齿轮退卸采用注油扩压方式(见图7)。即利用油压设备配合压力机顶头完成退卸工作，因此需制作专用注油转换接头增加退卸插板工装，将从动齿轮从车轴上退下。

图7 从动齿轮退卸

4 自主磨修车轴轮座的实施过程

4.1 车轴轮座加工圆柱度的保证

结合机床定位支撑保持架确定车轴旋转过程中的径向跳动量，确保磨削砂轮自身圆度精准，以保证轮座在机加工过程中的圆柱度及锥度符合规定要求。

难点及解决方法：(1)存在轴齿安放于机床上一侧偏重问题，造成旋转过程中受力不均匀，磨削加工跳动超出规定标准。通过多次调整定位支撑保持架，逐渐找到受力中间点，在车轴旋转过程中通过百分表测量车轴相对于轴径的跳动量，确保符合要求。(2)砂轮对车轴磨削过程中，车轴轮座圆柱度出现较大偏差，不符合标准。经查证砂轮自身圆度基准不够，造成车轴轮座磨削过程中产生偏差。为此通过研究制作专用模具校准砂轮，提升其自身圆度和精度标准，保证了车轴轮座磨修加工的圆柱度要求。

4.2 车轴轮座加工光洁度的保证

车轴轮座加工不但要满足轮座圆柱度规定，还要保证其光洁度标准符合要求，从而实现车轮压装一次合格。

难点及解决方法：初期车轴轮座磨修过程中，轮座表面经过加工较为粗糙，目视可见鱼鳞状纹理，用手触摸存在明显棱感，光洁度达不到标准(见图8)。经过多次分析讨论，造成光洁度不达标的主要因素为车轴自转速与砂轮转速二者间没有有效配比，为此经过多次调整试验积累数据，对车轴自转速以及车轴磨削设备转速进行有效调整，采用粗、精车加工方式，鱼鳞状纹理消失，光洁度有明显改善(见图9)，自改进加工方法后车轴轮座表面光洁，质感接近于新造车轴轮座表面程度(见图10)，比对光洁度样板，表面光洁度在规定标准内。通过加工的车轴进行车轮试压装，一次压装合格率效果显著。

图8 初期磨削的轮座 图9 改进磨削方法后的轮座 图10 新造的车轴轮座

5 自主更换从动齿轮的实施过程

(1)重新设计设备插板。HXN5型机车从动齿轮更换攻关时，需保证齿轮上的密封圈以及挡油环状态良好。为此结合现有设备退卸从动齿轮，其附带的部件(密封圈以及挡油环)不能充分满足需求，因密封圈阻挡设备压板无法和齿轮完全贴合，会对密封圈造成损坏，同时不能保证作业安全，给从动齿轮的退卸带来困难。为此现场多次验证，通过加装两处定位延长块，既保证密封圈的完好，又保证从动齿轮的正常退卸，兼容使用性好，解决了该难题。

(2)注油转换接头设计。从动齿轮采用注油扩压退卸，扩压压力在100 MPa～130 MPa范围内，需高强度、高密闭性的注油孔接头作为注油孔和注油机间的转换连接(见图11)。克服了原有图纸数据不清、英文缩写注释无法破译的难题。在螺纹的选择上尝试英制、美制两种规格，最终保证了注油孔接头的强度和接头螺纹的吻合。通过HXN5型机车从动齿轮退卸过程，该转换接头作用良好，保压性能良好，无漏油现象，退下后对车轴齿轮座进行检查无破损，质量性能良好。

图11 注油转换接头设计

(3)从动齿轮压装定位。从动齿轮压装是否合格与其定位有直接关系。通过车轴全长测距尺测量车轴全长，取车轴中心点，再按设计要求确定从动齿轮安装位置，为此需要设计从动齿轮定位检测样板(见图12)，以保证压装前定位和压装后复检工作。自主设计定位检测样板图纸，制作定位检测样板，通过多次对从动齿轮试压装后检测，有效保证了从动齿轮的定位问题，在质量和安全上得到充分验证。

图12 从动齿轮定位检测样板

6 车轮压装

依据HXN5型机车车轮压装工艺标准，车轮与车轴轮座的配合过盈量为0.228 mm～0.330 mm。根据以往车轮压装经验，配合过盈量一般选取在中部值。但鉴于车轴轮座经过磨削加工后，其表面金属质地软化，需要提升与车轮毂孔的滚动摩擦力，经多次试验压装验证，摸索出选配过盈量范围，保证轮对一次压装合格率。

7 结束语

通过完成HXN5型机车车轴轮座自主磨修和从动齿轮更换后，能够在检修进度上占据主动，检修周期从原来的平均20天缩短为2天，打破了技术封锁，打通了生产瓶颈，长期作业经济效益可观。按照年修复100条轮对能力计算，预估产值1 000万以上。彻底实现了HXN5型机车轮对深度检修攻关的目标，提升了对HXN5型机车技术主导自主创新水平和检修能力。