蛇口西车辆段不落轮镟床碎屑机轴套碎裂故障分析报告

郑敦省

深圳市地铁集团有限公司运营总部

蛇口西车辆段不落轮镟床碎屑机轴套碎裂故障分析报告

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列车在运行过程中，车轮的轮缘、踏面与钢轨接触碰撞过程中会产生剥离、擦伤、变形等，从而在运行中产生震动和噪音，使乘客感到不舒服，未解决这种情况，需要对超过标准尺寸的车轮进行镟修，从而恢复尺寸。不落轮镟床作为地铁行业中的重要设备，肩负着镟修各种列车轮对、保障列车平稳运行的重要责任，从而给乘客的乘车旅途带来安稳和舒适。本文主要分析蛇口西车辆段不落轮镟床碎屑机轴套碎裂故障。

不落轮镟床；屑机轴套；碎裂故障分析

车辆在运行过程中，与钢轨接触的轮缘、踏面会产生磨损和变形，需要对不符合标准的车轮进行必要的车削，即镟修加工以恢复尺寸。数控不落轮镟床在车辆不解体状态下对轮对进行高精度镟修，是运营中技术要求较高设备。

一、故障现象

2015年1 月14 日15：20，蛇口西车辆段不落轮镟床在进行轮对镟修作业时碎屑机发出异响，镟轮作业人员停机发现左边碎屑刀齿第一轴套碎裂，检修设备专业组技术人员现场确认后，发现是2014年3月17日更换的碎屑机轴套碎裂，碎屑机无法正常运转(详见图)。

U2000-400 型不落轮镟车床由床身、横栏系统、轮副驱动系统、轮副安装和制动系统、数控旋转刀台、测量定位单元、电气控制系统、液压系统、碎片处理系统等组成。U2000-400 型不落轮镟车床总体布局如下：机床置于一个靠近导轨的地下坑里，在轮副机加工之前，导轨通过液压移出加工范围。机床柱子支撑以下系统单元：轮副的驱动和对中系统；两个支撑的横梁；制动单元。进给系统当导轨闭合后，待加工的轮子定位在机床上。驱动系统由轮副通过无级变速三相的电动机驱动，驱动力通过 4 个滚轮传递给车轮踏面，2 个滚轮作为轮副的轴向引导系统。

2 故障结论

在目前情况下，地铁主要仍采用踏面制动的方式，由于强大的制动力以及频繁制动而产生的摩擦热和由疲劳等原因使车轮踏尤其托车的踏面产生裂纹等缺陷。日本的管原繁夫认为，由于车轮温度的急剧升降 ， 车轮的残余拉应力不断积蓄 ， 当超过材料的断裂强度时就发生龟裂，在切削过程中由于裂纹的存在，会产生冲击、振动，往往导致硬质合金刀具的碎断。轴套断裂可以判定轴套是受到碎屑刀齿挤压力后突然断裂，而不是因铁屑堵塞造成挤压强度变大而断裂。

3 故障原因分析

碎屑机刀齿轴套断裂部分如下图所示：

如图所示：碎屑机刀齿间的轴套是在受挤压后造成整体碎裂。由于该轴套是于2014年3月17日安装更换由设备供应商委托加工的备件，从断裂轴套的外观及断裂口分析，轴套的机械强度达不到原有轴套的标准，造成整体受压碎裂。

(一)碎屑机结构分析

碎屑机下面的滤网已经过改造，该滤网主要用于过滤铁屑，改造后的滤网槽宽最大为12mm，使用过程中未出现铁屑堵塞。

(二)轴套硬度分析

经检测轴套、刀齿硬度分别为：

名称 位置 硬度内壁 HRc 59外表面 HRc 56.5内表面 HRc 61刀齿 刀齿 HRc54内孔 HRc 59轴套

从金属材料手册查询，刀齿的硬度应为56-58HRc，轴套硬度应小于刀齿，选择48-55HRc较为合适。当刀齿与轴套干涉时不损坏刀齿同时又保证轴套不会因硬度过高破裂。故存在轴套设计或热处理工艺不合理的情况。

(三) 碎屑机电机驱动电路分析

碎屑机电路已经过改造，增加了电机过载保护功能，此次轴套断裂时未出现碎屑电机过载报警信息，因此可以判定轴套是受到碎屑刀齿挤压力后突然断裂，而不是因铁屑堵塞造成挤压强度变大而断裂。

4 故障处理

所有裂纹中热裂纹所占比例最大，热裂纹主要是由于车辆制动过程中摩擦生热和缓解后迅速降温所引起的热胀冷缩所导致的内应力而产生的。当裂纹顶端张开量达到0.15～0.20mm时，裂纹将迅速扩张。在对故障进行处理的过程中，应自行加工轴套更换碎屑机碎裂的轴套，恢复设备使用功能。另外，减少切削用量不但能减少或消除过度切削，还能减少刀具的磨损破损，节约成本。因此镟修工艺中切削用量的优化是有其实际意义。

5 下一步措施

(一)由于碎屑机刀齿轴套不是原厂产品，并且已出现2次断裂故障，要求设备供应商重新提供符合原有标准强度的轴套。

(二)由于现阶段无相关仪器或技术进行鉴定，只能进行使用验证，因此需再继续跟进更换轴套及改造后的滤网的使用状况。

(三)组织班组全员学习本次故障，提高设备维修人员快速处理故障的能力。制作工艺、装配过程必须简洁，保养维护方便，使用寿命长。综合设计、制作试验，并经实际验证，具体加工方法、工艺为：采用P20(模具钢)材料，下料；通过锻打的手段使其材质结构更加紧密；回火消除内应力，减少加工过程当中产生的应力变形；数控车床车削加工；中走丝线，线切割割出外形；在平面磨床进行面加工厚度到满足尺寸。

通过多年以来该设备的使用情况来看，其各项功能稳定，安全性能可靠，操作控制简洁方便，该镟床多年运行后仍能保持良好的技术状态，其控制系统的准确性为地铁轮对镟修节省大量资金，并提高了轮对的使用寿命。在后期进行不落轮镟车床设备定期检修中分析相关部件使用缺陷和故障发生周期，记录相关数据并重点加强对关键部件的检查工作，提高对不落轮镟车床设备定期检修力度。

[1] 《不落轮车床运用检修管理办法》(运装管验[2010]627 号)[M]铁道部运输局 2010.10

[2] 伍建丰.840D数控系统在地铁列车轮对镟修中的应用[J].城市轨道交通研究，2011(6)：64-67.