車輛輪對注油退卸原理及應用

孫建軍，吳衛紅，戴俊，李紅林

(1.晉西工業集團有限責任公司，山西太原030027;2.馬鞍山馬鋼晉西軌道交通裝備有限公司，安徽馬鞍山 243000)

現代鐵路運輸要求列車運行必須安全可靠。輪對是列車行走最關鍵的部件之一，其強度直接關系到列車運行的安全。車輪和車軸是輪對最重要的組成部分，防止車軸疲勞折損是保證鐵路運輸安全的有效措施之一。輪對在壓裝和退卸過程中長期存在著難以避免的拉傷問題。為了防止車軸輪座在壓裝或退卸過程中產生拉傷，避免過早產生疲勞源，杜絕切軸事故發生，國內外專家研究出了輪對注油壓裝和注油退卸工藝。

應用注油壓裝和注油退卸技術最早的是瑞典SKF公司，早在20世紀50年代，SKF公司就將它應用于大型軸承的安裝和退卸中。60年代，德國和日本將該項技術應用于鐵路機車輪對上。我國應用此項技術始于60年代，80年代后，隨著高壓油泵技術的發展，注油壓裝和注油退卸技術在鐵路機車、動車、城軌、地鐵輪對壓裝和退卸過程中得到了廣泛的應用，現在我國已經制定了注油相關的技術標準和行業規范。

由于輪對在壓裝曲線、壓裝尺寸不合格、輪對檢修退輪等情況下，帶注油孔的輪對需要用到注油退卸法，因此針對以上情況，對采用注油法退卸輪對的可行性進行了分析并通過試驗進行驗證。

1 原理分析

1.1 注油退卸原理

輪對冷壓退卸的缺點是容易在裝配面處產生拉傷，拉傷主要是在沒有潤滑劑的狀態下退卸而產生的，采用注油退卸方式可解決這一問題。

采用注油退卸方式的輪對，其車輪上設計了注油孔，退卸時通過注油孔向車輪輪轂孔環形油槽內注入高壓油，可在輪座與輪轂孔配合面間形成一層油膜，將輪座與輪轂孔的過盈配合連接轉化為間隙連接，使摩擦阻力減小，這樣只要在軸向施加較小的壓力(一般小于100 kN)就可以把車軸退出，從而減少了裝配面間的擦傷。

這種注油退卸法從原理上講，主要是通過高壓注油使車輪輪轂孔與車軸輪座間的配合狀態發生變化，具體可以通過以下4個步驟進行說明:

第1步，不供給油壓時，在環形油槽附近車軸裝配面發生變形，如圖1所示;

第2步，進行注油退卸時，用高壓油泵向環形油槽供給壓力油，裝配面逐漸壓縮，如圖2所示;

第3步，進一步供給油壓時，壓力油在環形油槽附近逐漸向軸向擴大，如圖3所示;

第4步，當油壓達到極限油壓時，在接近裝配面的全長上，油膜將裝配面分開。這時，在裝配面的兩端，由于端部效應，即使油壓一直供給，在裝配面兩端的正壓力也比中間部位高，所以油膜呈圖4所示的狀態，也就是兩端成封閉狀態，暫時停滯在裝配面上。在這種狀態下，用很小的軸向力就可以把車軸與車輪分離。

圖1 不供給油壓時的配合狀態

圖2 注油退卸時的配合狀態

圖3 進一步注油退卸時的配合狀態

圖4 油壓達到極限時的配合狀態

1.2 注油退卸結構示意圖

注油退卸時，用行車將輪對吊運起來，放置在輪對退卸機的軸頸支撐機構上，用退卸擋板擋住車輪輪轂，通過高壓油泵、高壓油管輸入高壓油，在輪座與輪轂孔裝配面間形成一層油膜，通過輪對退卸機提供軸向推力，壓頭壓緊車軸軸端，使車軸軸向移動，直至將車輪退下。注油退卸結構示意圖如圖5所示。

圖5 注油退卸結構

2 工藝參數計算

2.1 過盈量

TB/T2202-1991《車輪與車軸注油壓裝技術條件》規定:注油壓裝時輪座與輪轂孔的過盈量應在輪轂孔值0.8‰～1‰之間。作者進行的注油退卸試驗，輪座與輪轂孔之間的過盈量δ可按下式進行計算:

最小過盈量δmin=0.8‰·d=0.159 mm;

最大過盈量δmax=1‰·d=0.199 mm。

式中:d為輪轂孔直徑，φ199 mm。

2.2 接觸應力

輪對退卸時，要形成液體潤滑油膜，注油油壓就必須高于輪座與輪轂孔配合面上的接觸應力，在材料的彈性限度內，輪座與輪轂孔表面的接觸應力pk可按下式進行計算:

式中:δ為過盈量最大值為0.19 mm;E為彈性模量，2.06×105MPa;d為輪轂孔，直徑φ199 mm;ξW為系數，實心軸時為1;ξN的值由下式可得:

式中:D為車輪外徑，φ851 mm;d為輪轂孔直徑，φ199 mm。

計算可得pk=93.0 MPa。

2.3 拆裝油壓

拆裝油壓px一般比接觸應力pk大10%，px的值由下式可得:

px=1.1·pk

計算可得px=102.3 MPa。這個壓力就是理論計算的過盈量為0.19 mm時注油退卸的極限油壓，注油退卸時，油膜建立起來以后若再提高油壓，多余的油就會從輪座的兩端溢出。

2.4 壓出力

式中:px為拆裝油壓，102.3 MPa;dm為結合面平均圓錐直徑，φ199 mm;lf為結合長度，156 mm;μ為拆卸時結合面的摩擦因子，因結合面有油膜，一般取μ=0.02;C為結合面錐度，取0.02。計算可得Pxe=99.7 kN。由于μ較小，所以拆卸時并不需要很大的軸向力。

3 實施過程

3.1 注油退卸準備

3.1.1 高壓油泵

根據計算出的拆裝油壓px，對注油退卸需要的高壓油泵進行了選型，采用了國內最先進的高壓泵。選擇的高壓油泵 (圖6)由齒輪泵、電機、高壓壓力表、換向閥、溢流閥、增壓器、油路、油箱等組成，可輸出較大流量，實現高壓泵供油，高壓油泵具有帶壓換向、停機保壓等性能，可滿足帶注油孔車輪輪對的壓裝與退卸的需要。

圖6 高壓油泵

高壓油泵參數如下:增壓比1∶10，最大輸入壓力20 MPa，最大輸入流量12 L/min，最小輸出流量0.2 L/min;齒輪泵額定工作壓力20 MPa，最大工作壓力25 MPa，排量4 mL/r;系統最大輸出壓力200 MPa，流量0.2～5.5 L/min。

3.1.2 壓力油

注油退卸的壓力油可采用機械油、液壓油、發動機油、壓縮機油等，但是不允許油中含有酸、水、樹脂等化學雜質成分，防止油污染。在注油退卸時不能采用輪對冷壓裝時常用的植物油，因為植物油有樹脂氧化的可能，會影響高壓油泵的工作。

注油退卸時，油不僅作為壓力媒介，同時還起著潤滑劑的作用，為了使裝配面盡可能減少突發性泄漏，最好采用運動黏度在32～46 mm2/s(40℃)范圍內的黏滯油，如果結合面漏油，可以適當提高油的黏度。本次作者選用了32號機油進行試驗。

3.2 注油退卸過程

(1)準備高壓油泵、輪對退卸機、高壓油管、油管接頭、軸頸保護套、退卸擋板等設備、材料及工裝。

(2)連接高壓油泵管路，接通高壓油泵。

(3)根據計算出的拆裝油壓px，將高壓油泵的輸出油壓調節為105 MPa。

(4)安裝輪對退卸機退卸擋板，在需要退卸的輪對兩端套上軸頸保護套，用行車將輪對吊在輪對退卸機軸頸支撐機構上。

(5)將高壓油管接頭接在車輪注油孔上，擰緊螺母以確保安全。

(6)啟動高壓油泵，油壓逐漸升高，當油壓升高接近105 MPa時，油從輪座兩端結合處滲出，輪座與輪轂孔配合表面形成油膜，使摩擦阻力減小，這時啟動輪對退卸機，壓頭軸向頂緊車軸，只用很小的力就將車軸與車輪分離。

3.3 注油退卸結論

(1)此次注油退卸時壓力達到90～95 kN時車軸即與車輪產生位移，而非注油退卸時至少需要1 000 kN。退卸后車軸輪座表面和輪轂孔內表面狀態較好，只有輕微的痕跡，未損傷表面。

(2)此次注油退卸試驗過程中實際拆裝油壓px與壓出力Pxe等數據均與工藝參數理論計算數值接近。實踐證明:理論與實踐相結合，起到了理論指導實踐的作用，保證了工藝技術要求和產品的穩定性，達到了國際標準。

4 結束語

注油退卸技術是一項日趨成熟的技術，具有操作方便、維護簡單、合格率高等優點，在當今機車、動車、城軌、地鐵輪對領域被廣泛推廣和應用。由于輪對在退卸時不會擦傷輪座和輪轂孔，因此輪座和輪轂孔不需二次加工即可重新進行壓裝，顯著延長了車軸的使用壽命。

應用注油退卸原理進行理論與實踐，對工藝參數進行分析與計算，對相關設備、工裝進行選型與設計，實施了注油退卸試驗并得到了可靠的驗證，不僅完善了輪對注油退卸的工藝，也為今后進行輪對注油退卸工作提供了可靠的依據。

［1］TB/T 2202-1991車輪與車軸注油壓裝技術條件［S］.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.5版.北京:化學工業出版社，2007.

［3］GB/T15755-1995圓錐過盈配合的計算和選用［S］.

［4］廣重巖.鐵路機車車輛輪對［M］.俞展猷，譯.北京:中國鐵道出版社，1981.