基于杭州地铁轮对磨耗状况的数控不落轮镟床操作模式优化方案

2023-02-28章学权

中国设备工程 2023年4期

章学权

（杭州地铁运营有限公司，浙江杭州 310000）

地铁车轮作为列车运行的关键部件之一，与钢轨、车轴并称为三大安全部件,是列车正常运行不可或缺的部分。但是，随着我国城市轨道交通的不断发展、线路的增多、客流量的增大，地铁车轮的损伤问题越来越严重，主要包括踏面磨耗、疲劳裂纹、剥离等。如果车辆在车轮损伤时继续运行，不仅会产生噪音及振动，影响乘客乘车的舒适度，严重时还会影响行车安全。这时，就需要对不符合标准的车轮进行必要的切削（即镟修加工以恢复轮对尺寸）。这就需要对地铁车轮的镟修进行严格把控，既要控制好轮对的尺寸，又要提高镟轮的工作效率，用有限的时间和设备，对轮对进行养护，从而提高电客车的使用频率，满足运输要求。

1 目前镟修状况

杭州地铁不落轮镟床大部分是德国Hegenscheidt-MFD公司生产的U2000-400M型镟床，主要用于列车在整列编组不解体的情况下，对车轮轮缘和踏面进行修理加工。设备控制系统采用CNC数控系统，具有对不同轮对的轮廓形状曲线进行编程的功能。操作员根据厂家提供的操作指导书进行镟轮，按照MMC加工的提示一步步完成操作，由系统生成加工过程中的分刀及厂家推荐的进给量和主轴转速来切削轮对。

切削分段共有6个区域（见图1），主刀主要负责第1到第5区域的切削加工，副刀主要负责第6区域加工，即背面切削。因杭州地铁线路上直道较多、弯道较少的原因，造成地铁车辆的踏面磨损较严重，主要集中在加工区域中的第2和第3区域，又加之地铁车轮的踏面材质较软，车轮磨损后向轮缘部分挤压，使车轮的轮缘厚度增加，造成加工区域中第4、第5区域数值变大。

图1 轮对切削分区及加工曲线

在镟修时第1刀要先将第4以及第5区域增大的部分车削掉，再进行预切削和完工切削，但是，在预切削和完工切削时，主刀都要切削第4及第5个区域，这就大大增加了镟修时间，一套镟修流程完成后，镟修一个轮对需要1.5h，每节车厢有4组轮对，整辆电客车总共有6节车厢，镟完整辆车就需要36h，按一天工作8h计算，一辆电客车镟修完需要近5个工作日，这就大大降低了电客车的使用效率，增加了使用成本。另外，目前对踏面擦伤镟修时的处理方式往往都是粗暴地采用低速大进刀量进行切削，造成了较大的浪费。

2 分段调整进给量和主轴转速

为提高电客车的使用效率，降低用车用人成本，通过不断地查看厂家资料和多次的镟轮实践，并与其他城市地铁同行进行交流及外出培训学习，观察每个轮对车轮的镟修质量，发现可以将分段加工中预切削的第4及第5区域的切削量（表1）通过加工设定中的参数调整累加到完工切削的第4及第5区域中（表2），这样改进后镟修效果，依旧可以达到镟修标准，节省下了分段加工中预切削的第4及第5区域的镟修时间。

表1 改进前的切削分段

表2 改进后的切削分段

另外，还发现镟轮过程中轮对曲线上的不同区域所给的进给量和主轴转速存在不合理的地方。例如，在预切削第1刀加工第4及第5区域时，采用70%的进给量和70%的主轴转速；预切削第2刀时，因为第1区域前半部分有倒角需要切削，所以切削方案为50%的进给量和50%的主轴转速；还有完工切削时第1至第3区域采用100%的进给量和70%的转速，第4及第5区域采用30%的进给量和50%的主轴转速；背面切削时采用50%的进给量和50%的主轴转速。

通过不断的试验，我们发现，在第1刀切削第4及第5区域时，进刀量不是很大，只在第4区域的前半部分有明显的切削量，因此，只在第4区域的前半部分采用70%的进给量和70%的主轴转速，在后面部分采用120%的进给量和80%的主轴转速进行加工。

在预切削加工时，发现实际的加工情况为第1区域的倒角部分吃刀量较大，后面越来越小，倒角部分车削出来后，可以适当提高进给量和转速，一直加工到第2区域的前半部分，第2区域的后半段和整个第3区域的切削量非常小，甚至存在无切削量的状况，这种情况下，我们只在第1区域倒角部分采用50%进给量和50%主轴转速，在倒角后的第1区域和第2区域前半段，采用70%的进给量和70%的主轴转速，而在第2区域的后半段和整个第3区域采用100%～120%的进给量和80%的主轴转速。

在完工切削时第1至第3区域依旧采用100%的进给量和70%的主轴转速，但是在第4区域的前半段，采用30%的进给量和50%的主轴转速，过了轮对踏面和轮缘的切点后，可以提高到80%的进给量和70%的主轴转速，再根据切削量的大小适当提高进给量和转速。背面切削先采用50%的进给量和50%的转速，等到副刀沿着切线方向切入后，切削量相应减少，这时就可以将进给量和转速提高到80%和70%，最后等副刀无明显切削量时，可以将进给量提高到120%，主轴转速不变，一直到加工结束。