郑庆贺
中国铁路北京局集团有限公司 100860
摘 要：铁路客车轮对承受着车辆的全部载荷，并在负重的条件下沿轨道作高速运转，轮对压装作为重要工序之一，其参数直接影响着行车安全。本文分析了轮对压装的工艺过程中的几个关键参数，阐述了压装过程中易产生的问题，分析了产生这些问题的原因。
关键词：轮对； 工艺；参数
轮对是铁路客车最主要的零部件之一，而轮对组装的质量是保证车辆在高速运行中安全的至关重要的环节，车轴、车轮经过几道工序的加工，最后冷压组装，轮轴的加工质量好坏直接影响到轮轴压装环节的合格与否。通过对压装环节主要质量问题的分析，我们找到了引起这些问题的原因，并在相应生产工序中采取措施，加强了工艺管理。
1. 影响轮对一次压装合格率的因素
轮轴压装合格与否是用压装曲线来判别的，所以压装曲线记录仪的灵敏度也直接影响着轮对一次压装合格率。同时，为了保证所需的联接强度及防止轮对联接部分的应力过高，必须正确选择过盈量。但在实践中只满足过盈量的选取值，并不能取得理想的压力曲线和终止压装力，它还受到配合表面几何形状误差等因素的制约。
1.1 轮座、轮毂孔锥度对压装合格率的影响
通常，在车轮轮毂孔上加工0.04的正向锥度，车轴轮座上加工0.10的正向锥度，以保证曲线形状及终止压装力合格。在轮对压装过程中，由于轮座、轮毂孔锥度不一致，轮轴配合表面各部位的尺寸(沿径向方向)都不相等，因而沿轴向方向每一横截面的过盈量也不相等。如果轮座与轮毂孔圆锥度较大且方向一致时，在开始压装时，会出现压力小或没压力，而压装一定量的长度时随过盈量的增加压力迅速增大，造成曲线的长度不够。
1.2 测量误差对轮对压装合格率的影响
由于外径干分尺和百分表本身的不确定度(外径千分±0.006 mm，百分表±0.O25mm)，再加上选配时测量部位和测量温度及湿度的影响，对过盈量的选取值形成累积误差，不能反映轮轴尺寸的真实值，直接影响过盈量选取的准确性，导致轮对一次压装合格率下降。
1.3 直线度、椭面度及表面粗糙度对压力曲线的影响
由于椭圆度的存在，对同一孔和轴在同一横截面上测量直径时，由于选取的方向不同，所得的过盈量也不同。当椭圆度偏大时，往往得到比实际上过大或过小的过盈量。此外，加工设备、刀具等影响使得加工粗糙度有一定的偏差，压装时有效过盈量相对减少，压装力也随之下降，使终止压力低于极限值，影响轮对一次压装合格率。
2. 对策
2.1 严格执行加工工艺
严格执行轮轴加工工艺文件，严格控制几何形状偏差。统一测量部位，使轮座、轮孔相对应的尺寸准确。具体操作上时，按照规定的位置即距轮座(孔)外侧面12～20mm、95～105mm及距轮座(孔)内侧面12～20mm 3个截面，每个截面在相互垂直方向测量两个值，取6个测量值的平均值作为轮座、轮孔直径，来计算过盈量，挑选最佳组合进行压装。
2.2 保证轮座、轮毂孔锥度，提高轮座、轮毂孔加工精度
(1)轮座锥度是靠磨削来保证的，每次开工前首先实行首件试磨，检查其锥度是否符合要求。粗磨时，砂轮作周期性横向进给，其进给量不超过0.025 mm，走刀次数6～10次(根据加工余量确定)，精磨时横向进给量为0.005～0.015mm，最后做几次无横向进绐的光磨行程，直至火花消失为止。在磨削过程中砂轮的磨粒在摩擦、挤压作用下，棱角逐渐磨圆变钝，影响工件表面的锥度及粗糙度,所以要求最多磨削2个工件后必须修整砂轮。
(2) 修整车轴中心孔。车轴两端中心是磨削工序中重要的定位点，中心孔稍有磨损将直接影响车轴的定位精度。所以，工件吊装前须先将车轴的两端清理干净；防止车轴中心孔与机床顶尖相碰撞，避免人为碰伤车轴而影响定位精度，同时必须保证中心孔、顶尖润滑油的清洁，严防砂粒等杂物混入中心孔。
3 轮对压装最小有效过盈量δmin的分析
在轮对组装时，过盈量对于压入力的影响极大，在一般情况下，压入力与过盈量成正比关系。所以过盈量的正确选择是取得良好的轮轴连接质量的关键。
通常，计算过盈量有以下几种方法：①现场经验计算公式；②lame公式；③扭矩 Mk 已知法计算过盈量； ④弹性极限法计算过盈量法；⑤等效应力Y法；⑥应变常数Ox法
我们用Lame公式对轮轴压装过盈量进行如下计算：
根据材料力学有关厚壁圆筒的计算理论，在压力P 作用下的2个配合零件保证正常工作的最小有效过盈量为：
δmin=pd.png)
式中：P—径向压力，MPa ；d—配合的公称直径，mm ；E1—被包容件材料的弹性模量，MPa ；E2—包容件材料的弹性模量，Mpa；.png)
.png)
，；—被包容件的刚性系数，—包容件的刚性系数，—被包容件的内径，mm；—包容件的外径，mm ；—被包容件材料的泊松比，—包容件材料的泊松比，对于钢，= 0.3；对于铸铁，= O.25.
例如，对于KKD车轮和50钢车轴，查表取E=2.06×Mpa。取d=188mm，
按 TB/T1718-2003 标准，终止压装力最小值F=1.88×343KN=644.84KN，
由于车轴是实体，故=0，由图纸，=274mm，则 =0.7， =2.71。
代入得δ= 0.20mm。这与实际中的选配值相符。
虽然过盈量可以用理论计算方法获得，但由于影响轮轴压装质量的各项因素错综复杂，在计算中不容易做得准确，所以只能根据长期实践经验，确定采用的过盈量。如对于KKD车轮组装选配时，按照 TB／T1718—2003 的规定，过盈量的选取范围为轮孔直径的0.8‰～1.5‰，即0.16～0.29 mm，根据实际生产经验，总结出过盈量以0.18～0.22 mm为宜。
4 轮对压装过程中受力与压力曲线的分析
车轴在压装过程中受力情况如图l 所示。
若轮轴压装曲线的横坐标表示压装过程中车轮、车轴的相对位移，纵坐标表示压装力(又称压装吨位)，则理想状态下，压装曲线应符合公式：
F=πDLμP
式中：F—压装力；D—轮座直径；L—接触面的长度；
μ—摩擦因数；P—单位接触面积上的压力。
因此，正常情况下压装曲线应如图1所示。
在实际生产过程中，常出现不正常的压装曲线。我们选择三类典型曲线进行分析如下：
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图1 正常的压装曲线位移 图2 压装时压力曲线末端陡升
4.1压力曲线末端陡升
图2所示的压装曲线，起吨正常，中间部位受油槽影响稍有平凹走势，第15格内曲线开始陡升。
一般引起压装力突变的因素主要有：
（1）轮轴加工质量。轮轴加工质量即轮轴表面光洁度和形状公差,其变化直接影响到压装过程中的实际过盈量,使局部接触应力突变；
（2）轮轴局部硬度不均匀。 由于轮轴在碾制和锻造过程中,材质不均匀,正火后形成局部硬度不均；
（3）轮轴加工的表面缺陷。车轮内孔加工由于刀具磨损, 使车轮内孔表面形成局部硬度不均、成型不好等加工缺陷；车轴在磨削过程中,由于采用分段磨削,经常出现磨削螺旋纹,所以有加工缺陷的轮、轴组装时,必然会引起压装力变化。
4.2压力曲线起点陡吨。
TB／T1718—2003规定，起点压力陡升不得超过98KN。
产生陡吨的原因有以下几种：
(1)车轮轮毂孔镟削时依轮辋外侧定位，依内侧找正一加工，而轮对压装时依轮毂孔外侧面定位，2个基准面不一致。
(2) 轮座与轮毂孔中心不一致，压力机的压头前进时轮子先被压正，车轴不前进，因而产生陡吨；
(3)加工方面：车轴的引导部与轮座的圆柱部分不是圆滑过渡，有棱台，这一棱台是在磨削轮座时留下的，轮对在压装时首先要压平这个棱台，因此产生陡吨。
4.3压力曲线末端降吨
车轮的轮毂厚度在距轮毂内侧面约2／3的范围内由于车轮辐板的原因逐渐增加，约从距轮毂内侧面2／3处开始逐渐远离车轮辐板，轮毂的厚度在逐渐减少，压装力不再保持原有的增加趋势，曲线末端出现了平直降吨的现象。这是由轮毂壁变薄导致过盈量比变小造成的。
有效解决该问题的方法是: 在加工轮座时使其正向锥度在国家标准允许的情况下应尽可能地大一些。
5.轮轴压装损伤分析
轮对是铁路机车车辆走行部的关键部件，若轮对组装时形成严重压装损伤, 工厂很难发现, 在运用过程中又无法直接观测和不易探伤,对铁路运输安全构成巨大的潜在危险。
从实际应用情况看，冷压装的工艺存在一些弊病。在组装时，为了满足车轮与车轴的紧固力，把紧固力调得很高，容易在组装时破坏车轴与轮座配合面的应力均匀分布，使车轴出现应力集中区和产生裂纹的胚芽等，降低了车轴的使用寿命和安全性；此外，压装时，摩擦力较大，压入时轮座表面的金属会发生纵向的滑移堆积，产生鱼鲮片和挤压包。滑移堆积是压装的致命伤，纵向拉伤是数量最多的故障。
调查表明，轮轴压装损伤经常出现的可能原因有: 1.金属异物进入轮座和轮毂孔的压装间隙;2.轮毂孔内边缘R3不是圆弧过度,而是带棱的倒角;3.轮毂孔与车轮外形基准面不垂直(轮孔偏斜);4.轮座与轮毂孔的轴线之间有一夹角,形成偏斜压装;5.尺寸选配过盈量过大; 6.锥度不匹配;7.轮毂孔加工过程有停刀和接刀(即孔内壁可能有台阶);8.轮座和轮毂孔的椭圆长轴(或短轴)方向相互垂直;9.轮座或(和)轮孔的粗糙度过大;10.轮座或(和)轮孔涂油的油质质量不好,局部或全部的涂油油层过薄,局部或全部未涂油。
其中，5、6、7、9、10为最有可能引起压装损伤的因素。
通过对轮对压装过程中几个关键问题的分析，我们找出了影响轮对组装质量的关键因素，并提出了解决措施；为了进一步获得理想的轮轴压装曲线, 提高一次性压装合格率, 还需要进一步深入、系统、全面的研究分析——通过对轮、轴的力学性能分析、有限元应力分析、压装轮轴的宏、微观特征分析, 更深层次探讨压装过程中各种现象的机理等内容,建立轴、轮加工和轮轴压装的最优化参数,进一步提高和开发先进的轮对制造工艺，把轮轴压装质量提高到一个新的水平。
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[6] BSEN13260—2003标准.
论文作者:郑庆贺
论文发表刊物:《科技新时代》2019年11期
论文发表时间:2020/1/8
标签：轮轴论文; 车轴论文; 轮毂论文; 曲线论文; 锥度论文; 加工论文; 车轮论文; 《科技新时代》2019年11期论文;