張 偉 王立新

(中國鐵路哈爾濱局集團有限公司哈爾濱大功率機車檢修段 黑龍江 哈爾濱 150000)

1 問題的提出

經(jīng)統(tǒng)計2015年以來的HXN5型機車輪軸(軸齒裝配)故障數(shù)據(jù)，車軸輪座拉傷(見圖1)和從動齒輪破損(探傷缺陷)(見圖2)占比最多。面對此類故障，檢修初期不具備車軸輪座磨修和從動齒輪的自主更換能力，只能以委外的方式進行修復，成本高昂且修復周期長(20天以上)，同時還需要經(jīng)過長途運輸，人力、物力上都存在較大浪費。嚴重制約檢修進度，造成輪對備品不足，影響機車總組裝停時。因此自主實現(xiàn)HXN5型機車輪對深度檢修攻關(guān)意義重大[1]。

圖1 HXN5型機車車軸輪座拉傷狀態(tài)

圖2 HXN5型機車從動齒輪過熱破損

2 調(diào)研及方案確定

輪座拉傷的車軸需要通過磨削設(shè)備進行車削加工，以去除輪座表面拉傷缺陷，恢復原質(zhì)量狀態(tài)，滿足與車輪壓裝的有效配合，最終實現(xiàn)輪對整體組裝需求。經(jīng)過調(diào)研，可以采用兩種方案：一是引進豪克能數(shù)控機床磨削技術(shù)，車床安裝豪克能刀具，加工精度高，實現(xiàn)車軸輪座外圓磨削加工。加工后的輪座表面粗糙度能夠達到Ra0.2 mm的鏡面效果(技術(shù)標準Ra1.6 mm)，需改造費用約30萬元。 二是改造現(xiàn)有普通車床，引進加裝磨削設(shè)備刀具，實現(xiàn)車軸外圓磨削加工，表面粗糙度能夠達到Ra0.8 mm～Ra1.6 mm，改造費用約2萬元。通過對兩種方案進行可行性驗證，決定采取第二套方案，主要原因如下：(1)從技術(shù)角度考慮，通過改造現(xiàn)有車床，完全可以完成車軸輪座磨削加工，并且車軸輪座光潔度要求也能保證，同時作業(yè)人員操作方便，能夠快速上手作業(yè)；(2)從經(jīng)濟角度分析，車床改造費用成本低，使用能效高，投入產(chǎn)出比增益顯著。

3 設(shè)備改造過程

3.1 車軸輪座磨修設(shè)備改造

改造1：在機床上增加安裝磨削設(shè)備及刀具架，通過購置磨削刀具，配合實施完成車軸輪座及過渡圓弧加工，實現(xiàn)車軸外圓磨削加工，使各參數(shù)符合工藝要求，改造后的設(shè)備如圖3所示。

圖3 改造后設(shè)備

改造2：結(jié)合現(xiàn)有機床在固定軸齒安裝過程中，機床原設(shè)計的三爪卡盤與車軸軸徑直接面接觸，在夾緊旋轉(zhuǎn)過程中極易啃傷車軸軸徑，破壞安裝表面。后期進行了改進，采用了專用材質(zhì)的三爪卡盤，效果突出，保證了車軸軸徑的表面質(zhì)量狀態(tài)(見圖4)。

圖4 改進后三爪卡盤

改造3：車軸在車床驅(qū)動旋轉(zhuǎn)過程中，為了安全和穩(wěn)定考慮，加裝了定位支撐保持架(見圖5)，保證設(shè)備運行平穩(wěn)，提高了安全系數(shù)。

圖5 定位支撐保持架

改造4：結(jié)合現(xiàn)有機床(磨削刀具設(shè)備)僅能完成非齒側(cè)輪座磨修的情況，若齒側(cè)輪座發(fā)生拉傷需修復時，需要將從動齒輪退卸后進行磨修，效率降低并給機床安裝調(diào)整及裝卸運輸?shù)葞碇T多不便，為此經(jīng)過多次實地試驗，在車床原有基礎(chǔ)上，對磨修設(shè)備進行了改造(見圖6)，增加調(diào)整安裝座及安全防護裝置。通過試磨修，可以完全滿足加工需求，安全得到保障，在提升效率的同時也避免因拆裝從動齒輪帶來的質(zhì)量隱患。

圖6 磨修設(shè)備改造

3.2 更換從動齒輪的設(shè)備改造

改造1：利用原有車輪退卸設(shè)備，對設(shè)備軟件進行升級。從動齒輪的退卸壓力(842.8 kN～1 646.4 kN)和壓裝壓力(666.4 kN～1 646.4 kN)與車輪的退卸壓力(980 kN～1 274 kN)和壓裝壓力(1 156.40 kN±22.7 kN)相近，兼容增加技術(shù)參數(shù)滿足需求。

改造2：HXN5型機車從動齒輪退卸采用注油擴壓方式(見圖7)。即利用油壓設(shè)備配合壓力機頂頭完成退卸工作，因此需制作專用注油轉(zhuǎn)換接頭增加退卸插板工裝，將從動齒輪從車軸上退下。

圖7 從動齒輪退卸

4 自主磨修車軸輪座的實施過程

4.1 車軸輪座加工圓柱度的保證

結(jié)合機床定位支撐保持架確定車軸旋轉(zhuǎn)過程中的徑向跳動量，確保磨削砂輪自身圓度精準，以保證輪座在機加工過程中的圓柱度及錐度符合規(guī)定要求。

難點及解決方法：(1)存在軸齒安放于機床上一側(cè)偏重問題，造成旋轉(zhuǎn)過程中受力不均勻，磨削加工跳動超出規(guī)定標準。通過多次調(diào)整定位支撐保持架，逐漸找到受力中間點，在車軸旋轉(zhuǎn)過程中通過百分表測量車軸相對于軸徑的跳動量，確保符合要求。(2)砂輪對車軸磨削過程中，車軸輪座圓柱度出現(xiàn)較大偏差，不符合標準。經(jīng)查證砂輪自身圓度基準不夠，造成車軸輪座磨削過程中產(chǎn)生偏差。為此通過研究制作專用模具校準砂輪，提升其自身圓度和精度標準，保證了車軸輪座磨修加工的圓柱度要求。

4.2 車軸輪座加工光潔度的保證

車軸輪座加工不但要滿足輪座圓柱度規(guī)定，還要保證其光潔度標準符合要求，從而實現(xiàn)車輪壓裝一次合格。

難點及解決方法：初期車軸輪座磨修過程中，輪座表面經(jīng)過加工較為粗糙，目視可見魚鱗狀紋理，用手觸摸存在明顯棱感，光潔度達不到標準(見圖8)。經(jīng)過多次分析討論，造成光潔度不達標的主要因素為車軸自轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速二者間沒有有效配比，為此經(jīng)過多次調(diào)整試驗積累數(shù)據(jù)，對車軸自轉(zhuǎn)速以及車軸磨削設(shè)備轉(zhuǎn)速進行有效調(diào)整，采用粗、精車加工方式，魚鱗狀紋理消失，光潔度有明顯改善(見圖9)，自改進加工方法后車軸輪座表面光潔，質(zhì)感接近于新造車軸輪座表面程度(見圖10)，比對光潔度樣板，表面光潔度在規(guī)定標準內(nèi)。通過加工的車軸進行車輪試壓裝，一次壓裝合格率效果顯著。

圖8 初期磨削的輪座 圖9 改進磨削方法后的輪座 圖10 新造的車軸輪座

5 自主更換從動齒輪的實施過程

(1)重新設(shè)計設(shè)備插板。HXN5型機車從動齒輪更換攻關(guān)時，需保證齒輪上的密封圈以及擋油環(huán)狀態(tài)良好。為此結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備退卸從動齒輪，其附帶的部件(密封圈以及擋油環(huán))不能充分滿足需求，因密封圈阻擋設(shè)備壓板無法和齒輪完全貼合，會對密封圈造成損壞，同時不能保證作業(yè)安全，給從動齒輪的退卸帶來困難。為此現(xiàn)場多次驗證，通過加裝兩處定位延長塊，既保證密封圈的完好，又保證從動齒輪的正常退卸，兼容使用性好，解決了該難題。

(2)注油轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計。從動齒輪采用注油擴壓退卸，擴壓壓力在100 MPa～130 MPa范圍內(nèi)，需高強度、高密閉性的注油孔接頭作為注油孔和注油機間的轉(zhuǎn)換連接(見圖11)?？朔嗽袌D紙數(shù)據(jù)不清、英文縮寫注釋無法破譯的難題。在螺紋的選擇上嘗試英制、美制兩種規(guī)格，最終保證了注油孔接頭的強度和接頭螺紋的吻合。通過HXN5型機車從動齒輪退卸過程，該轉(zhuǎn)換接頭作用良好，保壓性能良好，無漏油現(xiàn)象，退下后對車軸齒輪座進行檢查無破損，質(zhì)量性能良好。

圖11 注油轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計

(3)從動齒輪壓裝定位。從動齒輪壓裝是否合格與其定位有直接關(guān)系。通過車軸全長測距尺測量車軸全長，取車軸中心點，再按設(shè)計要求確定從動齒輪安裝位置，為此需要設(shè)計從動齒輪定位檢測樣板(見圖12)，以保證壓裝前定位和壓裝后復檢工作。自主設(shè)計定位檢測樣板圖紙，制作定位檢測樣板，通過多次對從動齒輪試壓裝后檢測，有效保證了從動齒輪的定位問題，在質(zhì)量和安全上得到充分驗證。

圖12 從動齒輪定位檢測樣板

6 車輪壓裝

依據(jù)HXN5型機車車輪壓裝工藝標準，車輪與車軸輪座的配合過盈量為0.228 mm～0.330 mm。根據(jù)以往車輪壓裝經(jīng)驗，配合過盈量一般選取在中部值。但鑒于車軸輪座經(jīng)過磨削加工后，其表面金屬質(zhì)地軟化，需要提升與車輪轂孔的滾動摩擦力，經(jīng)多次試驗壓裝驗證，摸索出選配過盈量范圍，保證輪對一次壓裝合格率。

7 結(jié)束語

通過完成HXN5型機車車軸輪座自主磨修和從動齒輪更換后，能夠在檢修進度上占據(jù)主動，檢修周期從原來的平均20天縮短為2天，打破了技術(shù)封鎖，打通了生產(chǎn)瓶頸，長期作業(yè)經(jīng)濟效益可觀。按照年修復100條輪對能力計算，預估產(chǎn)值1 000萬以上。徹底實現(xiàn)了HXN5型機車輪對深度檢修攻關(guān)的目標，提升了對HXN5型機車技術(shù)主導自主創(chuàng)新水平和檢修能力。