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旋修轮径差提高轮箍使用寿命的探索

镟修轮径差提高轮箍使用寿命的探索

摘要本文通过对唐山（丰润）机务段DF4、SS1型机车个别轮对轮缘偏磨调整实践，阐述了一种在机车个别轮缘发生偏磨后用不落轮镟床镟修轮径来纠正调整偏磨的有效方法。

关键词：

机车轮对、轮缘、偏磨、镟修、方法

1.问题的提出

1．1机车轮缘正常磨耗规律

如下图机车轮缘的正常磨耗规律所示：

机车轮缘的正常磨耗规律示意图

曲线的0～1阶段，为初期磨耗阶段，该阶段总行公里较短,斜率较1～2段大，磨耗速度较快；原因是机车经厂修、中修，原形轮缘在运用的初始阶段，与轨侧面吻合不好磨耗较快。

经过一段时间原形轮缘与钢轨侧面磨合，可进入机车轮缘磨耗的稳定期，即曲线的1～2阶段，斜率较0～1段平缓，磨耗速度较慢，曲线段长，相对的走行公里较长。

2～3段为接近禁用限度阶段,该阶段随机车走行公里接近中修，机车转向架轴箱拉杆橡胶套老化，引起轴箱横动量改变，机车通过曲线的动力学特性恶化。

同时，踏面磨耗引起同轴轮径差变化，曲线斜率较1～2段变陡，磨耗速度明显加快，该阶段的可走行公里短，需安排计划进入中修或镟轮。

1．2轮缘偏磨治理的必要性

机车轮缘偏磨与正常磨耗镟轮示意图

如图曲线a.为轮缘正常磨耗速率与机车走行公里关系曲线,b.为轮缘偏磨耗速率与机车走行公里关系曲线，可以很清楚的看出：

1.2.1曲线b.所示轮缘偏磨的每10万走行公里磨耗量，大大高于机车正常的轮缘磨耗速度。

在到达中修走行公里之前，就必须进行旋修。

个别的轮缘偏磨到限，需要同时镟修同一轴的左右轮对，恢复轮缘厚度。

同时，为了保证同一转向架的轮径差和同车的轮径差，不得不整台机车在中修以前镟轮。

1.2.2轮缘偏磨在接近禁用限度阶段，发展速度有时很快，一旦超过禁用限度（小于23mm），可能产生脱线等严重的后果。

1.2.3轮缘偏磨长期得不到解决，不得不在厂修、中修以前更换轮箍。

这种情况严重影响机车运用，造成很大的材料成本支出。

尤其做小辅修程的机务段，受工装设备条件限制困难更大。

轮缘偏磨镟轮与修程关系示意图

1．3轮缘偏磨的监控目标

1．3．1跟踪监控

根据机车轮缘的正常磨耗规律示意图，按照各个阶段磨耗的规律，结合修程，采取有针对性的监测：

在磨耗初期0～1阶段，及时发现偏磨的重点车轮；

在磨耗的稳定1～2阶段，及时监测偏磨的发展，分析偏磨的原因，采取措施，并不断追踪偏磨调整措施的效果，根据效果分析，进一步采取有针对性的措施；

在接近禁用限度2～3阶段，列入重点，结合修程计划，慎重采取措施。

根据需要，增加检测频数，严格控制超过轮缘禁用限度。

1．3．2控制目标

根据机车轮缘偏磨与正常磨耗镟轮示意图，及时发现和纠正偏磨轮缘，使机车各个轴位的轮缘磨耗的速度都复合曲线a.的正常磨耗规律，尽量延长稳定磨耗的1～2阶段，减小三个阶段的斜率，降低磨耗的发展速率。

使整台机车镟轮的周期与机车中修同步。

使机车更换轮箍与机车厂修、中修修程同步。

能否达到控制目标，应该作为衡量机务段轮对技术管理水平的重要标志。

1．4轮缘偏磨原因分析

机车轮缘的偏磨原因复杂，影响因素涉及面广。

1．4.1车型构造因素

机车转向架车体设计构造，决定机车通过曲线的动力学基本特性。

例如：

SS1型电力机车，转向架的轴式为C0－C0，最大轴距为4600mm,转向架为目字形结构，在目字的两个枕梁上通过两个中央支撑与车体相联结，这种结构本身就决定了机车在通过小曲线半径比较困难，轮缘磨耗较快。

1．4.2机车轮箍材质和踏面形状因素

同一轴的左右两个车轮轮箍,钢材本身硬度不同;

同一轮箍由于热处理所形成的表面硬度较内层硬度大，内层磨耗快;

各种JM型踏面较锥型踏面磨耗速度慢，JM型踏面使机车轮缘的正常磨耗规律如示意图中的0~1初始阶段，使斜率变缓，缩短机车在初始阶段的走行公里，延长1～2平稳磨耗阶段的走行公里。

随运用公里增加引起机车动力学特性恶化。

轴箱横动量是决定机车通过曲线的重要参数。

随机车中修、厂修后，走行公里的增加，轴箱拉杆橡胶套老化，甚至完全失效，造成轴箱横动量失控，或轴距变化，引起轮缘偏磨。

机车长时间在固定曲线方向运行，造成偏磨。

大量更换新轨及机车通过曲线速度与外轨超高不匹配。

2轮缘偏磨的整修

2．1常规办法

由于形成轮缘偏磨的原因复杂，所以对应措施也很多：

2.1.1在机车新造、厂修做好基础质量工作。

转向架对角线必须等长。

车体牵引中心线，转向架中心线在组装落车以后必须重合。

2.1.2机车厂修、中修选配轮箍尽量选用相同出厂日期炉号的，使材质相对一致。

2.1.3根据机车的走行公里和机车各个轴位轮缘磨耗规律特点，调整轴箱横动量，延长2、5位轮缘磨耗寿命。

2.1.4及时更换不良的轴箱拉杆及胶套，保证轴箱拉杆的轴向和径向的定位准确及定位刚度。

2.1.5在机车运用中经常转头，改变通过固定曲线的方向，按规定速度通过曲线；

2.1.6重视有关机车动力学特性部件的状态，特别是SS1型机车车体中央支承复原弹簧，摩擦、摇摆旁承，一系、二系弹簧等日常检查维护。

2.1.7用好机车的轮缘喷油器。

2．2唐山（丰润）机务段的经验

2.2.1概述

唐山（丰润）机务段担当京秦和大秦货运和部分客运任务，配属内燃、电力机车120多台。

2001年轮缘磨耗速率1.25mm/104km。

通过对机车轮缘偏磨的大量调查，发现机车轮缘的偏磨一般在厂、架修程后运用到6—8万公里开始，并随着走行公里的增加，偏磨速度越来越快。

各种原因产生的轮缘偏磨，不但轮缘厚度发生快速变化，而且轮径也发生变化。

凡是偏磨轮对，轮缘薄的一侧轮径小，厚的一侧轮径大，随着机车运行公里和踏面磨耗的增加，同一轮对轮径差越来越大，恶性循环，造成偏磨速度越来越快。

2.2.2措施

唐山（丰润）机务段技术人员，根据轮缘偏磨特点，提出治理轮缘偏磨的合理化建议，内容是在不落轮镟床镟修左右轮径差时，镟削轮缘厚、轮径大的踏面，使左右轮径相等；同时要尽量保留轮缘薄一侧车轮踏面经过运用滚压形成的硬皮。

3.运用机车使用不落轮镟床调整轮径差镟修工艺（试行）流程

1.范围

依据内燃、电力机车轮对段修规程标准，规定了运用机车调整轮径差镟修工艺流程及工艺方法。

适用于运用机车JM3踏面轮对的轮缘踏面的镟修。

2工艺装备

设备：

数控不落轮镟车床。

专用量具：

轮径尺、轮箍内侧距尺、车轮踏面检查器、车轮踏面检查样板，垂直磨耗检查尺。

专用工具：

轴箱支架、专用铁钩、牵引电机专用接线及卡具、防护眼镜。

3技术要求

3.1基本技术要求

3.1.1轮箍无弛缓，标记清晰。

3.1.2轮缘高度、轮缘厚度、轮箍厚度、轮箍宽度符合限度规定。

3.1.3轮箍踏面磨耗深度、擦伤、缺陷及轮缘垂直磨耗均不超限。

3.1.4同轴、同一转向架、同一机车轮径差符合限度规定。

3.1.5镟修轮箍时，允许在轮箍内侧面上留有两处总长不超过400mm、深度不超过1.0mm的黑皮。

3.1.6轮箍不得有裂损。

3.1.7轮箍踏面镟修后粗糙度不大于Ra12.5。

3.1.8偏磨机车轮径调整注意事项：

3.1.8.1轮径小、轮缘薄一侧在轮缘不超高、踏面不碾宽的情况下，一般不进行镟修。

3.1.8.2对轮径大、轮缘厚一侧轮径镟修后，轮径必须小于另一侧。

3.1.8.3当左右轮缘厚度差≥3mm时，确定为轮缘偏磨。

3.1.8.4镟修后的踏面与轮缘根部相交处要平滑过渡。

3.1.8.5轮缘外侧顶部倒角弧度要匹配。

3.1.8.6粗糙度符合要求。

3.2限度表

序

号

名称

原形

限度

中修

禁用

轮箍内侧距离

1353

1353±1

＜1350

＞1356

轮箍宽度不小于

140

136

轮箍厚度

不小于

电力机车

内燃机车

轮缘厚度不小于

34-0.5

轮缘高度不小于

28-1

踏面偏差不大于

0.5

轮箍踏面：

擦伤深度不大于

磨耗深度不大于

缺陷（孔眼、剥离等）

0.7

深1长40

轮缘垂直磨耗高度不大于

轮径差不大于：

同轴

同一转向架

同一机车

0.5

注：

单位（mm）

4加工过程

4.1检查与测量

4.1.1检查轮箍无弛缓，踏面无剥离、擦伤。

4.1.2检查测量轮箍厚度。

4.1.3用JM3型车轮踏面检查器测量轮对的左右轮缘厚度及踏面磨耗。

4.1.4用轮径尺测量机车轮径尺寸。

4.2镟修调整

4.2.1用牵车机将机车牵入不落轮镟机床台位，将偏磨轮对轴箱中心线与不落轮镟顶镐中心线对齐，偏差不大于5mm；安放轴箱支架，启动车床顶镐，将轮对顶离轨面5－10mm，拆除活动钢轨。

4.2.2测量左右侧轮径、轮缘厚度、踏面磨耗。

4.2.3接好驱动偏磨轮对的牵引电机接线，卡好接线卡具。

接通控制箱电源、送电。

4.2.4调整转速控制旋钮，将轮对转速调整至7—10转/分钟。

调整镟床刀头，对准轮缘踏面中心（距内侧面70mm，即轮对基准园），以最小吃刀量加工消除表面缺陷以便测量，分别按JM3型踏面镟修程序左右进刀对轮对进行加工，接近轮缘根部停刀。

4.2.5退刀后测量左右轮径差。

4.2.6保留偏磨侧（轮径小、轮缘薄）轮箍踏面，对轮径较大、轮缘厚一侧，按JM3型踏面程序从轮对外侧对轮对进行镟修，如轮径差较大，以轮缘偏磨侧轮径为基准，按最大吃刀量镟修，加工至该轮径比偏磨侧轮径小0.8－1mm为止。

4.2.7轮径大、轮缘厚一侧轮箍踏面，按JM3程序镟修。

如果轮缘较厚（32mm左右），轮缘镟修完成后，形成一个完整JM3型踏面；

如果轮缘厚度比较薄，如28mm以下，镟修完成后，形成一个不完整的JM3型踏面。

4.2.8轮径小、轮缘薄一侧轮踏面按JM3程序镟修时，开始吃刀量较大，以后逐渐减少,接近踏面70---80mm处为空刀,空走刀一直延续到轮缘根部，形成一个不完整的JM3型轮箍踏面。

4.2.9检测偏磨侧踏面磨耗、轮缘磨耗，当踏面磨耗或轮缘磨耗出现锋芒造成轮缘高度超出4mm时，对轮缘部位按程序镟修。

4.2.10轮对踏面出现碾宽，手动控制镟修消除。

4.2.11如同一转向架机车轮径超限，按上述方法旋修。

4.2.12加工完毕后，测量两侧轮径、轮缘厚度、轮缘高度符合工艺要求，填写轮对镟修记录。

5落成

测量整台机车轮径，确保同轴、同一转向架、同一机车轮径差符合限度要求填写记录。

四、效益分析

1、轮径差可以调整决定轮对滚动的对中位置减缓轮缘偏磨。

2、镟修使加工前轮缘磨耗大侧（轮径小侧）轮径经加工后在1mm以内，达到稍大于轮缘磨耗小侧（轮径大侧）。

可在一定程度上纠正轮缘偏磨的发展趋势；

3、《运用机车调整轮径差镟修工艺（试行）流程》以轮缘磨耗大侧（轮径小侧）的滚动圆直径为镟修加工依据，确定轮缘磨耗小侧（轮径大侧）的加工量的方法可以减少金属浪费和提高车轮使用寿命。

对存在中度或重度（在禁用限度内）磨耗的轮缘、踏面可以继续使用。

北京铁路局唐山机务段机车全部使用JM3型磨耗型踏面，通过多年以来对运用机车的轮缘非正常磨耗现象进行了大量跟踪和调查实践，采取了通过检测机车轮缘偏磨，用不落轮镟车床采用新方法镟修调整同轮左右轮径偏差的方法，及时纠正轮缘偏磨趋势。

唐山机务段采取新的镟修方法是根据机车同轴左右轮缘偏磨状态，以及时调整左右轮径偏差为计算镟修加工量的依据。

结合机车辅小修程，利用不落轮镟床，以轮径较小一侧的滚动圆为基准，确定轮径较大一侧镟修轮径的加工量。

这种新的方法一方面及时有效地纠正了运用机车轮缘偏磨的发展趋势，另一方面由于保留了轮缘较薄一侧经过滚压形成的耐磨的硬皮，可以节约大量的人力物力资金，缩短了机车检修停时，提高了机车运用效率。

为延长机车轮缘和轮箍的使用寿命，达到使镟轮与机车中修修程同步，换轮箍与机车中修或大修同步的目的创造了有利条件。

取得了较大的经济效益。

以下效益分析列举了2002年到2004年的数据和调整的典型案例：

请见附表，列举了10台内燃、电力机车缘偏磨典型机车整修效果记录数据：

唐山机务段2003年轮缘偏磨典型机车整修效果记录表。

过去，传统的镟修方法是轮缘接近到限镟修，以恢复轮缘厚度到原形尺寸为计算轮箍厚度的镟修加工量的依据，须将轮对左右全部镟削，恢复轮缘到原型，传统方法的镟削轮箍厚度大，镟修停时长。

采取新的镟修方法是根据机车同轴左右轮缘偏磨状态，以及时调整左右轮径偏差为计算镟修加工量为依据。

以轮径较小一侧的滚动圆为基准，保留了轮缘较薄一侧经过滚压形成的耐磨的硬皮，确定轮径较大一侧镟修轮径的加工量。

以下对两种镟轮方法的费用进行比较：

唐山机务段技术科从2002年到2004年通过用轮径差调整轮缘偏磨的办法，达到了预想效果并收到了良好效益（请见附表：

唐山机务段2003年轮缘偏磨典型机车整修效果记录表）。

例1：

SS1282号电力机车第2轮对轮缘偏磨,2001年元月轮缘厚度是（左/右）29/25.5mm，左右轮径差在2.5mm，经过轮经差镟修调整后，又运用至2001年12月机车做中修止，运行了16.2万Km,经历了6个小辅修，，此时第2轮缘厚度是（左/右）27.5/25.2mm。

例2：

SS1404号电力机车2002年7月8辅，第2第3轮缘（左/右）分别是30.9/27.5mm和30.5/26mm，经过轮径单侧镟修调整后，又运用到2003年3月底12辅，走行10.4万Km，轮缘厚度（左/右）分别是27.8/26.5mm和27.8/26mm。

该项技术措施从2002年开始实施，对运用机车进行连续监测，发现偏磨的机车轮对，及时进行镟修纠正，使轮对轮缘磨耗趋于正常，有效的延长了轮缘的使用寿命，在相同的运用条件同一种机型及相同的机车配属条件下，机车轮缘每万公里磨耗速率由96-97年的0.304mm降低到0.101mm，减少机车因个别轮对轮缘因偏磨所造成的镟轮或换箍，由于整修的金属切削量较常规镟轮小，机车停时短，提高了机车运用效率。

机车单台镟轮及换箍费用计算：

（一）电力机车

机车轮径为：

1250mm；原型箍厚90mm,禁用值为40mm，则实际使用值为50mm；轮箍单价：

3364元（2005年以前价格，现价格为：

4263元）

1、单台机车旋轮恢复轮缘需镟掉箍厚12mm,折合人民币：

4263×12/50×12=12277元，而实际轮缘磨耗达不到23mm即发生镟轮,辅小修机车一般掌握轮缘厚24.5mm左右即发生镟轮，这样，实际单台机车镟轮需镟掉箍厚8.0mm，折合人民币：

4263×8/50×12=8185元。

加设备磨损费及人工费，单车镟轮需费用8500多元。

2、调整偏磨机车镟轮为单边单个镟修，一般去掉箍厚2～3mm,,折合人民币：

4263×（2～3）/50=171～256元

3、由于偏磨造成整车镟轮与调整偏磨镟轮价格差为8000元（1项-2项），即调整后每台机车节约镟轮费用8000元。

按镟轮每台机车节约费用0.8万元，换轮箍每台机车成本4.0万元，停时3天计算，每年取得的直接经济效益很大。

2002年至2004年原丰润机务段配属SS1电力机车100台，经调整偏磨后，每年减少镟轮、换箍及经济效益如下：

2002年度调整运用机车减少镟轮39台，减少在机务段更换轮箍5台，直接效益达0.8×39+4.0×5=51.2万元。

2003年度减少镟轮35台，减少在机务段更换轮箍4台，直接效益0.8×35+4.0×4=44万元。

2004年上半年减少镟轮10台，减少在机务段换箍3台，直接效益达0.8×10+4.0×3=20万元。

（二）内燃机车

机车轮径为：

1050mm；原型箍厚75mm，禁用值为40mm，则实际使用值为35mm；轮箍单价：

2645元（2005年以前价格，现价格为：

3115元）

1、单台机车镟轮恢复轮缘需镟掉箍厚12mm,折合人民币：

3115×12/35×12=12816元，而实际轮缘磨耗达不到23mm即发生镟轮,辅小修机车一般掌握轮缘厚24.5mm左右即发生镟轮，这样，实际单台机车镟轮需镟掉箍厚8.0mm，折合人民币：

3115×8/35×12=8544元。

加设备磨损费及人工费，单车镟轮需费用9000多元。

2、调整偏磨机车镟轮为单边单个镟修，一般去掉箍厚2～3mm,,折合人民币：

3115×（2～3）/35=178～267元

3、由于偏磨造成整车镟轮与调整偏磨镟轮价格差为8500元左右（1项-2项），即调整后每台机车节约镟轮费用8500元。

北京铁路局现配属机车大约1700台，按照各种型号内燃、电力机车每台机车节约镟轮费用8000元保守估算，每年可节约1360多万元。

如果对于更换“一体轮”的机车节省费用的单价更高。

以下附表：

附表唐山（丰润）机务段2003年轮缘偏磨典型机车整修效果记录表

序号

机车

型号

出现偏磨状态

整修偏磨时状态

整修偏磨效果

中（厂）修后走行公里

（104km）

最大偏磨

（mm）

中（厂）修后走行公里（104km）

最大偏磨

（mm）

磨耗

速率

mm/

104km

整

修

日

期

修

程

次

数

中（厂）修后走行公里（104km）

最大偏磨

（mm）

磨耗

速率

mm/

104km