機車多邊形磨耗車輪鏇修異常原因分析及改進措施研究

張立

（朔黃鐵路發展有限責任公司機輛分公司，河北 滄州 062350）

引言：機車車輪非圓化問題時常發生，還要通過鏇修工藝保證踏面幾何形狀得到恢復。但就目前來看，采用鏇床進行車輪鏇修，不能保證全部非圓化問題得到解決，給鏇修工作開展帶來了困難。因此，還應加強鏇修異常分析，通過對設備操作方式進行改進保證鏇修質量。

一、機車多邊形磨耗車輪鏇修異常原因分析

（一）現象分析

HXD1 型機車車輪出現明顯高多邊形磨耗，采用不落輪鏇床進行鏇修后，發現投運后機車存在振動情況。在特定運行速度下，軸箱端蓋和垂向止檔等非承載部件發生異常振動，可能引發疲勞斷裂問題[1]。對車輪磨耗情況進行檢查可以發現，車輪發生了18 邊形磨耗，考慮到磨耗發生時間較短，同線路其他機車并未出現鏇修異常，因此初步推斷磨耗并非線路不平和鋼軌波磨引發，而是由于鏇修效果不佳。如果依然通過鏇修方式進行維修，短時間內可能再次發生問題。為使車輪失圓問題得到徹底解決，還要確定機車車輪磨耗原因。

（二）異常原因

實際在鏇修過程中，需要通過對車輪輪緣厚度進行鏇修恢復使發生的多邊形磨耗得到消除[2]。期間，輪緣厚度需要從小向大恢復，使踏面直徑消耗值與輪緣厚度保持4:1 比值。由此可知，鏇修盡管能夠使輪緣厚度得到恢復，但卻造成車輪直徑嚴重浪費。為保證車輪使用壽命得到延長，并降低維修成本，還應完成鏇修效果驗證，確認鏇修操作能否恢復輪緣厚度。在從試驗結果來看，車輪多邊形現象明顯，粗糙度水平較高，因此造成機車振動，內部噪音增大，給機車運行安全和乘坐舒適度帶來影響。根據鏇修前后記錄可知，鏇修前車輪為18 邊形，鏇修后依然為18 邊形。根據輪緣厚度變化可知，鏇修時恢復的輪緣厚度較少，輪徑并未產生過大損失。但與此同時，下次輪緣厚度也將提前達到極限，造成鏇修次數增加，成本也隨之提高。但如果輪緣厚度恢復過多，將造成輪徑損失過多，并最終因為達到極限值面臨報廢問題。從不落輪鏇床工作原理可知，可以利用兩端中心孔進行設備定位，輪對兩側的驅動輪可以作為與車輪踏面接觸和實現V 形定位的元件，依靠旋轉動力使輪對選裝。定位導輪將向輪對內側產生作用，使輪對軸向得到固定。在驅動輪中心位置，刀具可以對輪面進行鏇修。機車車輪多發生5-8 邊、12-18 邊和24 邊形磨損，鏇修時去除量通常不超1mm，鏇修1 刀再次測量，無法符合要求進行第2 刀鏇修。從以往鏇修情況來看，可以使磨損情況得到明顯改善和消除。從18 邊形車輪鏇修情況來看，在車輪和驅動輪接觸位置呈現出的多邊形與滾動圓相似，擁有大致相同的幅值和相位差，說明該位置不圓狀態是影響鏇修質量的異常點。

（三）原因判斷

分析原因可知，車輪踏面18 邊形的呈現出橫向分布狀態，造成兩個接觸點位置車輪半徑不斷變化，引發了車刀浮動。受這一因素影響，車刀切削位置車輪半徑不定，造成鏇床測量分析結果不準。車輪依靠驅動輪提供支撐力，接觸位置處于不圓狀態將引發中心位置運動。因此在鏇修過程中，車輪在垂直方向上以類似多邊形形式進行波動。而車刀在橫向位置上固定，驅動輪間距始終不變。在車輪波長與接觸點弧長之間保持整數倍關系時，將導致鏇修無法對多邊形磨耗進行消除。根據測量數據可知，車輪踏面115mm 位置直徑達到1245mm，接觸點間弧長達到428.7mm，車輪多邊形波長則為217.2mm，二者之間存在2 倍的整數關系。在車輪鏇修過程中，接觸點達到車輪不圓波峰，車輪將隨之升起，造成新的波峰被鏇出。相反的，在達到波谷位置車輪將下降，因此將有新的波谷產生。經過1周旋轉后，踏面將修出新的多邊形。

二、機車多邊形磨耗車輪鏇修異常改進措施

（一）改進思路

結合鏇修異常原因，想要通過鏇修保證18 邊形的車輪磨耗得到消除，還應確保車輪圓心在維修作業期間不發生改變。根據輪緣厚度恢復值與輪徑損失關系，還應在盡量減少輪徑損失的同時，使輪緣厚度得到恢復。保證車輪不發生偏心問題，能夠使輪徑損失保持不變時，輪緣厚度恢復量最大，因此可以取得理想鏇修效果。為此，還應對鏇修定位方式進行調整，如利用車軸中心孔加強定位。但在實踐操作中，該項條件難以實現，從技術性和經濟性兩方面進行考量，最終決定根據車輪多邊形波長對驅動輪間距進行調整，從而使波長與接觸點弧長間的整數倍關系得以改變。在鏇床鏇修效果改進方面，還要在步長為30mm 條件下對驅動輪間距進行調整，使其在510-750mm 范圍變化，然后對車輪鏇修效果進一步確認。

（二）改進效果

從分析結果來看，伴隨著驅動輪間距的增加，鏇修得到的車輪粗糙度水平呈現出先下降后上升趨勢，在間距達到630mm 時達到最低值，從30dB 下降至10dB。在630mm 間距條件下，接觸點弧長為535.6mm，為18 邊形車輪波長的2.5 倍，鏇修得到的車輪磨耗得到了有效消除。伴隨著間距值的增加，粗糙度恢復至30dB。此時，接觸點弧長為646.8mm，為18邊形車輪波長3倍，造成二者之間重新建立整數倍關系。因此在實際進行車輪鏇修時，針對18 邊形車輪磨耗應將驅動輪間距離調整至630mm。但值得注意的是，改變驅動輪間距容易造成其他多邊形磨耗車輪在鏇修時出現同樣問題。為保證鏇修質量，還要根據車輪多邊形特征進行驅動輪間距調整。

結論：綜上所述，在機車車輪發生多邊形磨耗時，采用鏇床進行鏇修還應加強鏇修質量管理，通過不圓度測試確認磨耗是否得到了有效消除。而鏇修異常主要由鏇修期間車輪偏心引發，通過調整驅動輪間距能夠改變波長與接觸點弧長整數倍關系，使車輪鏇修效果得到保證。