蛇口西車輛段不落輪鏇床碎屑機軸套碎裂故障分析報告

鄭敦省

深圳市地鐵集團有限公司運營總部

蛇口西車輛段不落輪鏇床碎屑機軸套碎裂故障分析報告

鄭敦省

深圳市地鐵集團有限公司運營總部

列車在運行過程中，車輪的輪緣、踏面與鋼軌接觸碰撞過程中會產生剝離、擦傷、變形等，從而在運行中產生震動和噪音，使乘客感到不舒服，未解決這種情況，需要對超過標準尺寸的車輪進行鏇修，從而恢復尺寸。不落輪鏇床作為地鐵行業中的重要設備，肩負著鏇修各種列車輪對、保障列車平穩運行的重要責任，從而給乘客的乘車旅途帶來安穩和舒適。本文主要分析蛇口西車輛段不落輪鏇床碎屑機軸套碎裂故障。

不落輪鏇床；屑機軸套；碎裂故障分析

車輛在運行過程中，與鋼軌接觸的輪緣、踏面會產生磨損和變形，需要對不符合標準的車輪進行必要的車削，即鏇修加工以恢復尺寸。數控不落輪鏇床在車輛不解體狀態下對輪對進行高精度鏇修，是運營中技術要求較高設備。

一、故障現象

2015年1 月14 日15：20，蛇口西車輛段不落輪鏇床在進行輪對鏇修作業時碎屑機發出異響，鏇輪作業人員停機發現左邊碎屑刀齒第一軸套碎裂，檢修設備專業組技術人員現場確認后，發現是2014年3月17日更換的碎屑機軸套碎裂，碎屑機無法正常運轉(詳見圖)。

U2000-400 型不落輪鏇車床由床身、橫欄系統、輪副驅動系統、輪副安裝和制動系統、數控旋轉刀臺、測量定位單元、電氣控制系統、液壓系統、碎片處理系統等組成。U2000-400 型不落輪鏇車床總體布局如下：機床置于一個靠近導軌的地下坑里，在輪副機加工之前，導軌通過液壓移出加工范圍。機床柱子支撐以下系統單元：輪副的驅動和對中系統；兩個支撐的橫梁；制動單元。進給系統當導軌閉合后，待加工的輪子定位在機床上。驅動系統由輪副通過無級變速三相的電動機驅動，驅動力通過 4 個滾輪傳遞給車輪踏面，2 個滾輪作為輪副的軸向引導系統。

2 故障結論

在目前情況下，地鐵主要仍采用踏面制動的方式，由于強大的制動力以及頻繁制動而產生的摩擦熱和由疲勞等原因使車輪踏尤其托車的踏面產生裂紋等缺陷。日本的管原繁夫認為，由于車輪溫度的急劇升降 ， 車輪的殘余拉應力不斷積蓄 ， 當超過材料的斷裂強度時就發生龜裂，在切削過程中由于裂紋的存在，會產生沖擊、振動，往往導致硬質合金刀具的碎斷。軸套斷裂可以判定軸套是受到碎屑刀齒擠壓力后突然斷裂，而不是因鐵屑堵塞造成擠壓強度變大而斷裂。

3 故障原因分析

碎屑機刀齒軸套斷裂部分如下圖所示：

如圖所示：碎屑機刀齒間的軸套是在受擠壓后造成整體碎裂。由于該軸套是于2014年3月17日安裝更換由設備供應商委托加工的備件，從斷裂軸套的外觀及斷裂口分析，軸套的機械強度達不到原有軸套的標準，造成整體受壓碎裂。

(一)碎屑機結構分析

碎屑機下面的濾網已經過改造，該濾網主要用于過濾鐵屑，改造后的濾網槽寬最大為12mm，使用過程中未出現鐵屑堵塞。

(二)軸套硬度分析

經檢測軸套、刀齒硬度分別為：

名稱 位置 硬度內壁 HRc 59外表面 HRc 56.5內表面 HRc 61刀齒 刀齒 HRc54內孔 HRc 59軸套

從金屬材料手冊查詢，刀齒的硬度應為56-58HRc，軸套硬度應小于刀齒，選擇48-55HRc較為合適。當刀齒與軸套干涉時不損壞刀齒同時又保證軸套不會因硬度過高破裂。故存在軸套設計或熱處理工藝不合理的情況。

(三) 碎屑機電機驅動電路分析

碎屑機電路已經過改造，增加了電機過載保護功能，此次軸套斷裂時未出現碎屑電機過載報警信息，因此可以判定軸套是受到碎屑刀齒擠壓力后突然斷裂，而不是因鐵屑堵塞造成擠壓強度變大而斷裂。

4 故障處理

所有裂紋中熱裂紋所占比例最大，熱裂紋主要是由于車輛制動過程中摩擦生熱和緩解后迅速降溫所引起的熱脹冷縮所導致的內應力而產生的。當裂紋頂端張開量達到0.15～0.20mm時，裂紋將迅速擴張。在對故障進行處理的過程中，應自行加工軸套更換碎屑機碎裂的軸套，恢復設備使用功能。另外，減少切削用量不但能減少或消除過度切削，還能減少刀具的磨損破損，節約成本。因此鏇修工藝中切削用量的優化是有其實際意義。

5 下一步措施

(一)由于碎屑機刀齒軸套不是原廠產品，并且已出現2次斷裂故障，要求設備供應商重新提供符合原有標準強度的軸套。

(二)由于現階段無相關儀器或技術進行鑒定，只能進行使用驗證，因此需再繼續跟進更換軸套及改造后的濾網的使用狀況。

(三)組織班組全員學習本次故障，提高設備維修人員快速處理故障的能力。制作工藝、裝配過程必須簡潔，保養維護方便，使用壽命長。綜合設計、制作試驗，并經實際驗證，具體加工方法、工藝為：采用P20(模具鋼)材料，下料；通過鍛打的手段使其材質結構更加緊密；回火消除內應力，減少加工過程當中產生的應力變形；數控車床車削加工；中走絲線，線切割割出外形；在平面磨床進行面加工厚度到滿足尺寸。

通過多年以來該設備的使用情況來看，其各項功能穩定，安全性能可靠，操作控制簡潔方便，該鏇床多年運行后仍能保持良好的技術狀態，其控制系統的準確性為地鐵輪對鏇修節省大量資金，并提高了輪對的使用壽命。在后期進行不落輪鏇車床設備定期檢修中分析相關部件使用缺陷和故障發生周期，記錄相關數據并重點加強對關鍵部件的檢查工作，提高對不落輪鏇車床設備定期檢修力度。

[1] 《不落輪車床運用檢修管理辦法》(運裝管驗[2010]627 號)[M]鐵道部運輸局 2010.10

[2] 伍建豐.840D數控系統在地鐵列車輪對鏇修中的應用[J].城市軌道交通研究，2011(6)：64-67.