浅谈避免用不落轮车床车削轮对时打滑的一些措施

刘明雨

摘要：地铁车辆轮对是车辆最重要的部件之一，承受车辆的全部动静载荷，对列车的运行安全影响巨大。本论文将从轮对的车削修复时遇到的打滑问题所采取的工艺原则和要求等方面进行论述，使轮对的车削修复质量得到保证，确保列车的安全运行。

关键词：轮对；不落轮；车削；打滑

地铁列车平均每运行5万公里轮对的失圆和踏面形状改变将超限，为了保证运行的安全和乘客乘坐的舒适度，就需要对轮对进行车削修复，在工作中发现严重擦伤、磨耗的轮对车削修复的难度大，车削时经常出现损坏刀具、驱动轮与轮对打滑进一步损伤轮对的现象。

一、问题的提出

我公司从法国某公司引进一台不落轮车床，用于在不拆卸转向架和轮对的情况下对车轮的轮缘踏面外形进行修整加工。该车床与利用轮对的轴箱作为主轴轴承，采用4个摩擦驱动轮举升轮对离开轨道一定高度，用轴箱支撑和轴箱压爪固定轮对轴箱，4个摩擦驱动轮带动轮对旋转，微机数控、伺服电机驱动刀架进给，完成车轮踏面切削加工，在车削擦伤轮对时，经常出现驱动轮与轮对打滑进一步擦伤轮对的现象。

二、分析问题

1.地铁车辆轮对参数

轮对按铁道行业标准《铁道车辆用辗钢整体车轮技术条件》制造。轮对材料类似优质碳素结构钢60#钢，切削加工性不高，冷变形塑性低。车轮轮辋表面硬度为HB270～341，车轮踏面下30mm处轮辋硬度为HB265～320。轮对廓形采用铁道行业标准《机车车辆车轮轮缘踏面外形》的LM型。

2.轮对的运行特性

1）车轮在运用中与钢轨接触部分承受很大的压力和冲击力，其接触表面产生弹性变形和很大的接触应力，产生软硬不同；

2）在运行中，左右两轮不可避免地以不同径在钢轨上滚动，产生滑行和车轮磨耗；

3）在制动中，车轮与闸瓦剧烈摩擦产生高温，反复产生热变，表面硬度将会大幅提高，特别是紧急制动后轮对与钢轨滑行产生部分轮对擦伤，擦伤位置硬度更高。

所有这些是造成轮对椭圆，轮缘和踏面磨耗，而这些现象在车削修复时造成断屑困难、车削力大，驱动轮与轮对打滑进一步擦伤轮对。

3.机床驱动轮圆弧面与圆柱面过渡，与轮对的接触位置位于轮对踏面的轮径测量线附近，且此处正是与钢轨接触的位置（图1），所以此处磨耗较大，擦伤、失圆、剥离等缺陷在此出现，驱动轮在此处带动轮对必然会产生振动，引起摩擦力下降，驱动轮的后面圆柱部分与轮对形成点接触，如图2所示，接触面积不足，摩擦力不够，遇切削阻力而产生打滑现象。

以上分析得出造成轮对打滑的主要原因是驱动轮位置不合理和圆弧形状不合理，造成摩擦力传递转矩不足造成的。

三、采取的措施

针对上述分析对驱动轮与轮对的接触位置、形状、接触压力、切削用量进行了如下改进：

1.设法改变驱动轮的位置，平稳传递转矩

使驱动轮在一定的压力作用下平稳在接触处产生切向摩擦力而传递转矩，要直接改动驱动轮的位置工程非常大，分析活动轨与车轮轮缘的关系后，可以改变轮对的装夹位置，尽量让驱动滚轮离开擦伤位置来实现。

轮对的装夹定位方法如图1所示，图中的轮对的径向定位依靠外轴支撑和轴箱下压爪固定，限制了4个自由度，轮对的轴向定位依靠左右两个横向支撑定位，限制了1个自由度，左右两个横向支撑设定一个全压，一个半压，便于轮对不与轴线垂直时，能够适量伸缩，消

图1 轮对的装夹定位

除了轴向过定位，轮对的内侧距1353+2mm，标准轨距1435mm，机床活动轨止挡1325mm，轮对在机床活动轨的左右最大间歇28mm，横向支撑由左右两个独立的油缸动作，可以通过调整左右两个油缸的位置，使左右两个横向支撑撑开后的距离比轮对的内侧距1353mm大14×2且左右对称，如图1的横向支撑。

利用全压油缸先动作并检测到位后半压油缸才动作的步骤，横向支撑将轮对强行偏离中心14mm，也就是说装夹后轮对不在轨道中心，避开了严重擦伤部位，经试验车削，驱动变为较为平稳。活动轨与固定轨有做斜度过渡，通过调车试验观察，车辆通过固定轨时，斜度过渡自动将车辆轮对校正，车辆也不存在过轨困难的现象。

2.修改驱动滚轮的圆弧表面，选择合适的施加压力值，增大摩擦力

驱动轮与轮对的驱动依靠摩擦力驱动，理想的状态应该是驱动轮与轮对近似平面纯滚动，原驱动轮的形状如图2，当与磨耗轮对接触时，圆柱面与轮对形成近似点接触，摩擦力严重不足，粗车时极易产生打滑。改造后的驱动轮将圆柱面改成了R200的大弧面，当与磨耗轮对接触时，R200圆弧面与轮对形成近似面接触，增大了接触面积，摩擦力显著增大。

1 轮对 2驱动轮

图2不落轮驱动滚轮整改前与改进后与轮对接触图

经上述改造后，进行试切达到了大切削量的要求，且表面的粗糙度也达到要求。

3.选择合适的切削用量，降低切削阻力

1）切削速度，用硬质合金刀具在车削加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般是随着切削速度的增大而减小，在低速范围内，由于存在着积屑瘤的存在切削力反而增大，所以在程序中设定切削速度 90m/mim较为理想，加工时跟据实际需要调节转速倍率手柄，但在进入切削擦伤部位时，由于擦伤部位的硬度非常高，切削速度应控制在40m/min。

2）切削深度和进给量，为了尽可能缩短切削时间，粗车时应选择尽量大的切削深度，在落轮车床下，车轮轮廓仅一次走刀车削即可完成，但使用不落轮车床，由于传动的形式限制，可能需将切削量分成几步。切削深度加大时，切削变形系数不变，切削力成正比增大；进给量加大时，切削变形系数有所下降，故切削力不成正比增大。因此粗车时切削深度选2mm，进给量选0.3mmX840/180=1.4mm/r。

4.选择合理的刀片材质，提高刀具的耐用度

考虑到机车车辆轮对的重要性和减小车辆轮对的车削修复时间，选用目前较好的品牌SANDVIK公司生产的重型加工刀具系统，根据轮对磨耗状况按ISO标准选择刀片材质。

四、结论

经对擦伤磨耗轮对车削采取上述措施后，擦伤磨耗轮对的切削变为比较平稳，车削能够顺利进行，很少再出现打滑的现象。经生产实践证明，采用上述方法非常成功的，保障了车辆的安全运行，为车削修复擦伤磨耗轮对摸索出了一条新路子。

参考文献

[1] 《重载车削》，2014 版，SANDVIK公司金属切削产品说明书.

[2]《机械设计手册》，第二版，徐灏编，机械工业出版社.

[3]《金属切削原理及刀具》，张维记编著，浙江大学出版社.