鋼車輪壓裝工藝參數優化的探討

王 科，劉紅梅，雷建中

(太原重工軌道交通設備有限公司 技術中心，山西 太原 030032)

0 引言

近年來，為了滿足我國重載貨運快速發展的要求，鐵路不斷提速和加載。以往CL60鋼車輪在重載、提速條件下實際使用效果不佳，存在剝離及磨耗過快等一系列問題，影響到鐵路車輛的正常運行[1]。因此，國鐵提出采用硬度高、耐磨性好的CL65鋼貨車車輪替換原CL60鋼車輪的方案。

輪對是貨車車輛轉向架的核心部件，輪對壓裝質量是影響生產企業成本及效率的重要組成部分，也是保證車輛安全運行的重要因素[2]。目前，在CL65鋼車輪輪對壓裝過程中經常出現壓裝曲線末端降噸現象，即壓裝曲線不滿足標準對輪對壓裝力及曲線的要求。壓裝末端噸位下降可能會導致末端輪軸配合部位的相對微動并產生疲勞裂紋，影響輪對壽命及運行安全。因此，優化壓裝工藝參數、提高貨車輪對壓裝合格率對控制生產成本、提高生產效率及保證車輛運行安全具有十分重要的意義。本文針對某公司CL65鋼車輪壓裝工藝的參數優化進行探討。

1 壓裝工藝簡介

貨車輪對由一根車軸和兩個車輪組成，如圖1所示。輪對本身結構簡單，但是對壓裝的要求十分嚴格。設計上要求車輪、車軸為過盈配合，兩側車輪內側距控制在1 353 mm±2 mm，RE2B型輪對壓裝力要求720 kN～1 234 kN，壓裝曲線要平穩上升，不得出現陡升、超噸、降噸、抖動等現象，輪對一般采取冷壓裝的方式。

2 壓裝試驗方案及結果分析

2.1 壓裝試驗方案

影響輪對壓裝質量的因素有很多，如輪軸間過盈量、輪座/輪轂孔表面粗糙度、輪座/輪轂孔圓柱度、潤滑劑的選用等[3]。輪軸壓裝過程中，壓裝力與輪座直徑、配合長度、接觸面摩擦因數以及接觸面的徑向力成正比，壓裝力理論公式[4]為：

F=2Pbπr2Lf.

其中：F為壓裝力；Pb為接觸面應力；r2為輪座半徑；L為輪軸配合長度；f為接觸面摩擦因數。

圖1 輪對示意圖

在壓裝過程中若車輪行進至輪座末端時輪軸間沒有足夠的擠壓或摩擦，則會導致末端噸位上不去或下降。結合壓裝力理論公式，我們設計了以下方案以提高壓裝末端的噸位，從而提高輪對壓裝質量：

(1) 增加輪轂孔粗糙度(尤其末端Ra3.2～Ra6.3)。前期壓裝輪轂孔粗糙度均小于Ra3.2，《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》中要求輪轂孔粗糙度不大于Ra6.3。

(2) 增加輪座粗糙度(Ra0.8～Ra1.6)。前期輪對輪座粗糙度小于Ra0.8，《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》中要求輪座粗糙度不大于Ra1.6。

(3) 加大輪座圓柱度(0.015 mm～0.02 mm)。前期輪對輪座圓柱度小于0.015 mm,《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》中要求輪座圓柱度不大于0.05 mm。

(4) 輪對壓裝過盈量按《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》中要求為輪座直徑的0.8‰～1.5‰，變更前后過盈量均取0.26 mm～0.28 mm，其余壓裝條件不變。

(5) 試驗25付RE2B型輪對(CL65鋼車輪)壓裝，與前期25付未改工藝參數壓裝后的輪對作對比。

輪轂孔外側、中間、內側分別是以外側輪轂面起的三個截面；輪座外側、中間、內側分別是以輪座前肩起的三個截面，如圖2所示。

圖2 車輪輪轂孔和輪座各位置名稱示意圖

根據以上方案，進行壓裝試驗，得到的試驗結果見圖3～圖8，其中的原值為前期壓裝輪對各工藝參數的均值。

圖3 輪對左側輪轂孔粗糙度對比

圖4 輪對右側輪轂孔粗糙度對比

圖5 輪對左側輪座粗糙度對比

圖6 輪對右側輪座粗糙度對比

2.2 壓裝結果分析

試驗結果表明，通過改變工藝參數后，CL65鋼貨車輪對的壓裝合格率顯著提升，兩組試驗對比結果見表1。結合壓裝原理分析，可得出以下結論：

(1) 在過盈量選取一定的條件下，輪座及輪轂孔粗糙度越大，輪對壓裝力會相應增大，不會出現噸位不夠或降噸現象。

(2) 輪座圓柱度越大，越有利于壓裝末端的噸位上升，而不是降噸。

圖7 輪對左側輪座圓柱度對比

圖8 輪對右側輪座圓柱度對比

另外，我們分析發現，在一定程度上減小輪轂孔的圓柱度，同樣有利于壓裝末端的噸位上升，后期會繼續進行相關試驗和驗證。

表1 輪對壓裝質量對比

3 結語

(1) 過盈量建議選取0.26 mm～0.28 mm，可保證輪對壓裝力的整體區間滿足標準要求。

(2) 適當增大輪座圓柱度，建議值為0.015 mm～0.035 mm，可避免壓裝過程末端降噸的出現。

(3) 適當加大輪座及輪轂孔粗糙度值，有利于克服壓裝時的降噸現象。輪座粗糙度建議控制在Ra0.8～Ra1.6；輪轂孔粗糙度建議控制在Ra3.2～Ra6.3。