不落輪（lún）車床（chuáng）定（dìng）位（wèi）技術（shù）的研（yán）究和應用
2021-9-7 來源： 中國鐵路上海局集團有限公司機務部 作者：俞國根
摘要：列車運營後的車輪產生剝離、擦傷以及輪軌間磨損而失圓超（chāo）限後，為避免落輪鏇修時間較長影響使用，主要采用不落輪車床利用車削方式加工，使其精度恢複。由於列（liè）車不落輪對加工是列車處於運營狀（zhuàng）態直接行駛到機床加工位置進行加工的特殊性，機床采用輪對軸箱支撐定位固定加工回轉中心（xīn）技（jì）術是列車不（bú）落輪對加工一種比較合理的定（dìng）位技術結構。
關（guān）鍵詞：不落輪車床；定位；研（yán）究
0 引言
列車運營一段時間（jiān）後，輪對會產生擦傷、外部輪廓磨損等情況，造成（chéng）輪對運行失圓。現在對失圓輪對的修複主要采（cǎi）用不落輪車（chē）床鏇修方式進（jìn）行輪對（duì）鏇修恢複。目前國（guó）內列車不（bú）落輪（lún）對（duì）加工時對車輪定位大部分采（cǎi）用以設備的主傳動摩擦輪與加工列車車輪（lún）踏（tà）麵外圓徑向隨動的定位（wèi）方式，是以待加工已經失（shī）圓（yuán）的車輪輪廓外圓踏麵為基準的定位技術（shù），會使加工車輪外圓輪（lún）廓隨動出現不規則多邊形的現象。
1、 現有定位技術的不（bú）足
徑向（xiàng）隨動（dòng）定位方（fāng）式在工作狀態下（圖 1），設備的摩擦輪在（zài）Fx.z 作用下緊緊貼附在車輪的踏麵上，開始（shǐ）貼附長度（dù） L1 隨著（zhe）刀具切削加工逐漸縮短至 L2 直至消失的過程中，主傳（chuán）動摩（mó）擦（cā）輪在Fx.z 作用下隨著切（qiē）削加工過程填充（chōng）切削留下的切削（xuē）間隙量，其機床與輪對（duì）（加工件）踏麵外圓作徑向（xiàng）隨（suí）動定位（wèi）。在隨動定位過程中，輪對（加工件）的軸心線始終隨著切削的間隙量隨動跳動，由於機（jī）床的 X（徑）、Z（軸）向坐標是（shì）固定的，這樣車輪外部踏麵切屑間（jiān）隙的隨動跳動量與機床固定的 X（徑）、Z（軸）向坐標始終處於輪軸（zhóu）不同心的（de）跳動狀態中，所以（yǐ）會導致加工的輪對踏麵外圓出現失圓（yuán）的狀況。
圖 1 現有不落輪車床摩擦輪與輪對踏麵外圓隨動定位工作原理（lǐ）
根據金屬切削機床加工原理，機床（chuáng）與加工工件的回轉（zhuǎn）中（zhōng）心（xīn）必須（xū）固定，中心線保持不變，且工件回轉中心線必須（xū）與機（jī）床（chuáng）中心線平行（háng）或重合。需要加工的輪對本身就是其外部輪（lún）廓經過輪軌相互（hù）磨損，已使其踏麵外圓具有相當（dāng）的失圓程度，如擦傷、剝離、磨（mó）損等，因此利用已經失圓的踏麵作（zuò）徑向隨動定位，失圓的列車輪對踏（tà）麵外圓存（cún）在著長短的徑差。車輪的多邊形是車（chē）輪（lún）外圓至圓心的徑距偏差導致，以車輪圓心至（zhì）車輪外圓失圓呈不規則多邊形的一種狀態。在（zài）輪對的車削旋轉中，失圓的車輪與驅動摩擦輪的受力臂存在長（zhǎng）和短的現象，那麽在輪對加工（gōng）過程中，驅動摩擦輪與輪對之間（jiān）就會（huì）存在波磨或間隙，造成輪對中心線上下浮（fú）動，輪對在（zài）加工切削過程中就形成了多邊形（xíng），必然會進一（yī）步加大加工輪對踏麵外圓的同心精度失圓的（de）誤（wù）差。所以目前（qián）國（guó）內（nèi）鐵路機務（wù）段、車輛段以及動車（chē）使用不落輪車床加工的列車車輪的精度始終存在著加工同心精度（dù）偏差呈多邊形失圓的問題，這就造成列車運行一段時間後車輪存在失圓多邊形擴大的必然現狀。不落輪鏇修設備采用輪對（工件）徑向隨（suí）動定位的方（fāng）式使加工後的列（liè）車輪對踏麵外圓失圓，失圓的外圓至圓心的半徑（jìng）距離必定存在著長短的徑差，那麽失圓的徑差列車車輪在運行中與（yǔ）軌道（dào）的著力臂存在長和短的現象。
2、 向心力與離心力原理
2.1 向心加速度
其（qí）中 F 為向（xiàng）心力 （離心力），單位 N（圖 2）。
圖 2 向心力（lì）
2.3 失（shī）圓踏麵的影響
根據以上物體在旋轉（zhuǎn）運動中（zhōng）的向心力與離心力理論可知道“旋轉運動中的物體（tǐ）受力臂越長（圓周運動半徑長），其向、離心力矩越大（dà）；受力臂越短（圓周運動半徑短（duǎn）），其向、離心力矩越小”，輪對（duì）動靜平衡中（zhōng）去重即采用該（gāi）理論。不（bú）規則踏麵外圓的輪對在列車牽引力作用下作勻速運動，同速而失（shī）圓（yuán）踏麵在軌道上長期運行會產生不同的頻（pín）率使輪軌相互產生波（bō）磨，輪軌高頻振（zhèn）動與（yǔ）列車轉向架固有頻率產（chǎn）生的共振，造成轉向架走行部件（jiàn）故障。
3 、不落輪車床定位技術優化研究（jiū）
對不落輪車床與列車輪（lún）對加工工件定位技術（shù）研究的重點是對加工列（liè）車車輪的不圓度（多邊形）通（tōng）過加工進（jìn）行消除，也（yě）就是對失圓輪對進行切削（xuē）加工，使輪對的徑向跳動（dòng）恢複至正常的範圍之內，達到消除車輪多（duō）邊（biān）形的目的（de）。
3.1 軸箱支撐定位回轉中心技術結構（gòu）的主要依據
不（bú）落輪車（chē）床屬金屬切削加工機床（chuáng）範疇（chóu），根據 GB/T 9061—2006《金屬切削機床通用技術條件》要（yào）求，金屬切削機床主軸在加工過程中“加（jiā）工件的軸心線與機（jī）床的軸中心線保持一致且不變”，根據標準要求，不落輪車床的軸心線在輪對加工過程中應（yīng）使加工輪對軸心線保持不變。因此采用支撐輪對軸箱回轉中心（xīn）的技術定位結構，能夠滿足金屬切削機床車削的加工要求。
3.2 軸箱支撐定位技術加工輪對（duì）的應用實（shí）施（shī）及效果
在機務段安裝了 1 台采用軸箱支撐定位的不（bú）落輪車床，對其加工的車輪的不圓度進行測試，其結果為“鏇輪前，所測試車輪圓（yuán）周非均（jun1）勻磨耗主要表現為 16~24 邊（biān）形，其中 18~22 邊形尤為明顯，2 軸和（hé） 5 軸車輪多邊形最為明顯，表現為 18 邊形，各車輪同時（shí）還表現出偏心；鏇輪後，所測（cè）車輪原始多邊形均已消除，且偏（piān）心現象（xiàng）得到改善”。經過（guò）跟蹤，發現利用該不落輪（lún）加（jiā）工的機車投入運行半年，機車及輪對（duì）各項（xiàng）技術指標均正常（cháng），無需進（jìn）行鏇修。而過（guò）去未使用該台不落輪車床加工（gōng）的輪對一般在不到 2 個（gè）月左右就會要求鏇修，否則機車（chē）就會出現多（duō）項報警等（děng）故障，無法（fǎ）滿足機車運行的要求。因此，采用軸箱支撐定位回轉中心技術結構的不落輪車床，其加（jiā）工輪對的利用（yòng）率得到了大大提高，同時也增加了機車的利用率，節約了大量的檢修和維護成（chéng）本，並能取得
良好的社會和（hé）經濟效益。
3.3 利用不同定位技術（shù）的（de）不落輪車床使（shǐ）用情況分析
采用機床主（zhǔ）傳動摩擦輪與車輪外圓輪廓踏麵接觸的（de）徑（jìng）向隨動定位，其加（jiā）工列車車輪的不圓度（高（gāo）階多邊（biān）形（xíng））無法消除至規定的正常值範圍內（nèi），這（zhè）樣（yàng）的列車輪對（duì）在運行中會對鋼軌造（zào）成波磨（mó），會發生輪軌高頻振蕩並與列車轉向架等固有頻率發（fā）生（shēng）共振，造成列（liè）車慣性振（zhèn）動，使走行部件的砂（shā）管支撐、腳蹬、齒輪箱合口螺絲、軸頭端蓋螺栓、一係圓簧等部件發生裂損故障，造成（chéng）走行（háng）部件質量問題（tí），危及列車行車安全（quán）。而采用了軸箱支撐定位回轉中心的不落輪（lún）車床加工的（de）列車（chē）輪對能夠（gòu）將車輪的不圓度（dù）（高階多邊形）控製在規定的範圍內（nèi），從而在投入運行後，不會發生上
述故障現象。
4、結語
解決列車車輪存在（zài）失圓多邊形問（wèn）題，首先（xiān）要使設備加工後（hòu）的（de）輪對輪（lún）廓精度及其同心圓跳動偏（piān）差處在輪對規定指標內。列車不落輪車床加工車輪宜采用軸箱支撐固定定位方（fāng）式，滿（mǎn）足車輪回轉中心（xīn）固定不變，且車輪回轉中心線必須與機床（chuáng）回轉軸（zhóu）心線平行或重合。依據 GB/T 9061—2006《金屬切削機床通用技術條件》，對列車不落輪車床定期進行最大切削抗力試驗，參考重型機床（chuáng）最大切削（xuē）抗力參數，建議該（gāi）機床最大切（qiē）削抗力試驗切削截麵積為 16 mm2，即進給深度≥7 mm，經最大切削抗力試驗後檢（jiǎn）測（cè）加工（gōng）後車輪輪廓（kuò）精度及（jí）同心（xīn）圓跳動是否在規定範圍之內（nèi），設備主傳（chuán）動摩擦（cā）滾輪徑向跳動（dòng）偏差保持（chí）在≤0.05 mm。
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