欧阳亮明
（中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲，412001）
摘要：本文通过试验统计分析并结合实践经验探究了影响机车轮对注油压装压力值的重要因素，分析了注油压力、配合表面粗糙度、润滑剂使用对压装过程的影响，并提出了优化方案。
关键词：轮对；压装；因素分析；优化方案
一 前言
和谐型电力机车在我国铁路运输行业有着广泛的应用，轮对是机车车辆重要的走行部件，轮对压装对车辆运行安全和运行品质有重要的影响。和谐型电力机车轮对压装方式主要为注油压装，在高压油的作用下，轮轴以一定过盈量通过压装机进行配合。压力曲线是反映轮轴压装质量的直观指标，压力值不合格会导致压装失败甚至车轮、车轴报废的情况，影响压装合格率。
本文以HXD1系列机车轮对压装为例，采用统计分析、实验验证等方法，分析了影响注油压装压力值不合格的因素并提出优化改善方案，经验证可行有效。
二 影响压装压力值的因素
HXD1系列机车轮对组装采用的是整体车轮注油压装技术，压装过程可分为两个阶段，如图1。第一阶段冷压阶段，通过轮对压装机将车轮在润滑剂辅助下压入车轴。当车轮内孔油槽与车轴轮座接触时开始第二阶段注油压装阶段：通过油泵往车轮油嘴注入高于接触应力的高压油，油不断渗透，在车轴轮座和车轮内孔配合面形成油膜，压装过程在油膜隔开的状态下进行，直至压装结束[1]。
压装前需进行压装机和轮轴状态的检查调整，压装时操作者应关注压力曲线的实时变化，压装完成后进行轮对内测距、轮位差测量并按要求进行反压试验。
图1 车轮压装及压装曲线示意图
本文统计分析了中车株洲电力机车有限公司2017-2018年共10117对和谐型电力机车检修轮对的压装情况，如表1，其中压力曲线不合格为105次。
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结合数据及实际经验发现导致压装压力不合格的主要因素有注油压力、轮轴配合表面粗糙度和润滑剂使用等。
三 各要因分析
1 注油压力
注油压力为高压油泵提供的油压值大小，据《机车轮对组装技术条件TB 1463-2015》[2]，HXD1型电力机车轮对使用的整体车轮注油压装建议压力值为98~170MPa。本文分析认为，实际压装过程中，当注油油压过小时，高压油无法在车轴轮座和车轮内孔面间充分渗透形成高压油膜，则在第二阶段形成局部干摩擦状态，易造成车轴轮座和车轮内孔面拉伤，进而导致曲线表现为“涨吨”的形式。当注油油压过大时，随着压力机压缸推动车轮向前移动，由于轮轴无法形成有效配合，往往造成“过压”的情况，此时轮对内测距、轮位差、轮辋面跳动值不符合要求，曲线表现为压力值在横坐标位移上有效投影距离变短。
试验表明，当起始注油压力达到140MPa时，轮轴配合面间可快速建立高压油膜，过油槽后压装值快速下降，压装曲线较理想。
2 配合表面粗糙度
轮对注油压装过程中，压装力计算公式为：
F=πDLPμ;
式中：F—压装力；
D—轮座直径；
L—配合面长度；
P—接触面压应力，P=δE(R2-r2)/4R2r，δ为过盈量，E为弹性系数，R为轮毂外圆半径，r为轮毂内孔半径；
μ—表面摩擦系数[3]。
上式中轮座直径、配合面长度、过盈量等值在设计阶段已进行规定，可以看出，表面摩擦系数对压装过程有重要影响，且润滑剂使用、压装时相对运动速度固定，所以摩擦系数取决于轮轴接触面粗糙度。
本文随机挑选了HXD1型新、旧（机车进入高等级修程）车轴各20根进行对比验证，测量（每根轴轮座等分选取4个间隔截面，每个截面测3个点，取平均值）轮座粗糙度值统计如图2。
结果显示，新造车轴轮座表面粗糙度约Ra3.2（设计阶段规定范围值），而检修车轴轮座表面粗糙度下降到了Ra2.5左右，其摩檫力更低，造成轮对注油压装后进行反压试验时因接触面压应力不足而发生轮轴相对位移而致使压装失败的情况。这是实际生产过程中，检修车轴的轮对反压试验合格率低于新造车轴的主要原因。
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图2 车轴轮座粗糙度检测结果
本文认为，在长期运行过程中，由于列车轮对过盈配合面的微动损伤，检修车轴轮座表面原本微观结构上的突起和凹陷在长时间压应力的作用下变得相对平坦[4]，从而导致粗糙度数值下降，进而压装试验时压力值不合格。
实际检修生产过程中，通常在压装前对车轮内孔和车轴轮座表面进行“打毛”处理，以增大配合面摩檫力，提高压装合格率。
3 润滑剂的使用
轮对压装标准UIC 813推荐的压装润滑介质二硫化钼在轮对压装中广泛使用，能有效避免轮轴拉伤现象，提高轮对压装质量[5]。
不同量润滑剂二硫化钼对压力值影响显著。以地铁新造轮对压装为例（冷压工艺），结合生产经验和压装标准建议范围值，选取不同量二硫化钼进行对比验证，结果显示，第一组轮座涂抹较多二硫化钼的车轮压力值（302.2kN）明显小于第二组（778.3kN）,第一组退轮后车轮内孔尤其入口处和油槽处残留显著，这可能会导致轮轴结合力降低，如图3。
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图3 不同量润滑剂及对应曲线
定量的二硫化钼涂抹面积和厚度不同也会影响压力曲线。本文选取两组HXD1C检修轮对进行试验，在润滑剂定量的情况下探索不同涂抹方式对轮对压装过程的影响。具体为：第一组轮对压装过程中润滑剂均匀涂抹轮座外侧85mm宽（至约过油槽位置），第二组轮座全部涂抹润滑剂，再皆按相同工艺流程进行压装，对应记录压力曲线如图4。结果表明，两者压力曲线均合格且无明显差异，说明不同润滑剂涂抹宽度对压装结果影响不大，经随机挑选跟踪20对样本统计结果一致。
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图4 不同涂抹方式及对应曲线
本文认为：润滑剂使用量对压装压力有显著影响，其主要在第一阶段冷压阶段起作用，到车轮过油槽开始注油时，高压油膜已将接触面隔离，并起到润滑作用，此时润滑剂已作用不大。因此，润滑剂涂抹宽度能覆盖冷压阶段长度即可，注油压装阶段涂抹作用不明显。
四 总结
本文基于试验统计分析并结合实践经验介绍了机车轮对注油压装过程中对压装压力曲线有重要影响的因素，并提出了优化方案：
1.适当的注油压力可在压装第一阶段冷压阶段快速建立高压油膜，有利于压装过程的顺利进行，较大油压会导致“过压”情况，而较小的油压则无法及时有效建立油膜，存在“涨吨”拉伤轮轴的风险；
2.轮轴配合面粗糙度对压装压力有重要影响，检修车轴轮座表面粗糙度值比未运行跑合的新车轴更低，其反压试验时更容易发生轮轴相对位移，通常需在检修压装过程中对轮轴配合面进行“打毛”处理以增大摩擦；
3.过量润滑剂将导致压装力降低，润滑剂的影响主要体现在冷压阶段，对油压装阶段影响不大，润滑剂的涂抹使用需覆盖冷压阶段行程。
参考文献
[1]周云峰.注油压装工艺在轮对组装中的应用.[J]电力机车与城轨车辆，2015（38）：54-61.
[2] TB 1463-2015，机车轮对组装技术条件[S].
[3] 岳立峰，窦广旭.轮对压装工艺分析.[J]机车车辆工艺，2005（6）：7-9.
[4] 陈晗.轮对加工、组装质量对预防车轴早期疲劳裂纹的探索.[J]试验检测，2004（03）：75-77.
[5] 葛荣熙，汪晓华.二硫化钼润滑剂在机车轮对压装中的应用.[J]电力机车与城轨车辆，2015（38）：72-73.