CN108838871B - 用于对用于轨道车辆的车轮的车轮行驶表面进行机器加工的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助于车轮加工机器来加工用于轨道车辆的车轮的车轮行驶表面的方法，其中在加工步骤中，使用工作辊对车轮执行轧制过程，其特征在于，轧制力可以通过控制轧制工具的进给轴的驱动电机的转矩来进行调整。

Description

用于对用于轨道车辆的车轮的车轮行驶表面进行机器加工的 方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于对用于轨道车辆的车轮的车轮行驶表面进行机器加工的方法和设备。

背景技术

轨道车辆的轮对被设计为通过车轮和轨道之间的永久接触来提供和确保轨道车辆的安全支撑和引导。借助于这种滚动接触，轮对直接受到压力，并且对于受控车辆移动而言，与安全性有关。通过其与轨道的相互作用，车轮行驶表面的几何形状决定了车辆的行驶。因此，轮对在维护轨道车辆时特别重要。对可靠性和质量的高要求需要定期检查和评估部件的当前状态和可用的磨料磨损材料。在车辆移动操作期间，由于持续的滑动和滚动移动，轮轨系统受到不同的磨损机制。除了乘客和周围区域的声学干扰之外，车轮行驶表面外形中产生的变形还会对轮对和周围部件(诸如车轮轴承和底盘)造成材料失效的危险。这个问题将通过所谓的车轮行驶表面外形的重新修形来抵消和基本避免。

设计车轮行驶表面外形的目标是确保舒适乘坐的安全低磨损引导。出于这个原因，实现了考虑到车轮和轨道之间的自然磨损的轮廓。在理想情况下，轮廓在轨道车辆的运行期间根本不会改变，或者仅稍微改变。

移除车轮和轨道上材料而导致的磨损主要取决于接触区域和材料组合的摩擦。这里，在行驶表面和轮缘磨损之间进行基本区分。通过结合这两种磨损外形，产生要重新修形的可能磨损外形。

这种重新修形可以用轮对重新修形机进行，这些机器以各种类型的变型(例如，作为地板下或表面版本以及以平板和门户设计)已知。借助于轮对修形机，加工过程用于优选地通过车削加工加工车轮行驶表面，因此这些机器也被称为轮对车床。

从由于将残余压缩应力引入到旋转对称物体的表面中，从而可以改善磨损行为的理解出发，已经提出了将选择的轮对段直接在新条件下制造车轮之后或成功重新修形后的日期进行附加的深度轧制过程。这样，可以通过深度轧制实现车轮行驶表面的使用寿命的进一步增加。表面的深度轧制是部件的边缘层的微创机械重新整形。在该过程期间，合适的轧制元件在接触压力下在成品部件表面上引导。直接部件接触区域塑性变形，而相邻接触区域弹性变形。取决于相应的实际接触条件，只有表面正在完成，其中小凹口被平整或塑性变形体积中的材料被加强。

因此，当深度轧制用于轮对时，车轮行驶表面的加工硬化实现了表面粗糙度的完成或减少，边界层的硬化以及将残余压缩应力引入边界区域中。由于预加工切割而在工件的边缘层中存在的任何破坏性残余应力通过重新整形而被消除。借助于弹性和塑性变形的相互作用，对在强度方面有利的残余应力状态进行最新压印。深度轧制之后，外部边界层中存在残余压缩应力；这些导致车轮行驶表面的磨损减少或者轨道车辆车轮的行驶里程增加。这会导致任何裂缝的发生以及它们的发展受到显着限制。这通过深度轧制进行的专门机械表面处理是一种非常有效的环保且节省资源的工艺。

DE808197描述了一种用于铁路轮对中轴颈的深度轧制的辊。该工作辊的工作表面由柱形基体组成。在深度轧制期间，工作辊的轴线与轴颈的轴线呈一倾斜面行驶，并且在要加工的表面上产生串出的滴形印痕。因而，在印模区域中，深度轧制将残余应力引入轴颈的表面中，借此避免新裂纹的发生和/或停止任何现有裂纹的进一步发展。因此，深度轧制可以延长轮对的使用寿命。工作辊的接触力由预夹紧装置产生。

从DE843822已知一种用于深度轧制柱形轴的附加途径。该设备具有一个或几个工作辊。这里，每个工作辊被支撑在旋转支架中，旋转支架的旋转轴线垂直于工作辊的进给运动并且大致垂直于轮对轴。这里，辊的接触力也由对应的预夹紧装置、弹簧等产生。

根据DE1278274，使用该设备对粗略车削的车轮对的外形上的磨损表面进行深度轧制，可以在工作辊、其进给设备和轮对转向轴线之间设置不同的相对位置。这里，对于引导轧制，附加地描述了液压预夹紧反支承辊的附加设备。

深度轧制(特别是在通过机械加工、特别是车削的任何重新修形之后)的优点都是已知的并且被全面地描述。已经表明，深度轧制不一定产生均匀的边界层，从而形成具有不同分布的强度特性的表面的重新修形的几何形状或者通过深度轧制稍微改变重新修形的几何形状。

因此，根据现有技术使用所提出的设备的先前已知的方法，在轧制加固中实现了良好的结果，但是没有考虑和消除所描述的缺点。

发明内容

基于上述现有技术，本发明基于优化用于对轨道车辆的车轮行驶表面进行机器加工以便即使在深度轧制之后，可以实现具有优化外形的改善表面均匀性的方法和设备的任务。

针对该任务的技术方案，提出了一种具有如下特征的方法：一种用于借助于车轮加工机对用于轨道车辆的车轮的车轮行驶表面进行机器加工的方法，其中在加工步骤中，使用工作辊对所述车轮执行轧制过程，其特征在于，轧制力能够通过控制轧制工具的进给轴的驱动电机的转矩来进行调整，从而施加所定义的轧制力到待加工的每个点上，在所述车轮和加工机器相对于彼此的基本设置之后，在通过至少一次测量所述车轮以及机器加工车轮来进行的车轮重新修形之后进行所述轧制过程，使用夹紧在相同夹紧位置的工具分别一方面用于机器加工且另一方面用于轧制过程，其中该夹紧位置具有相对于要对准且要加工的车轮具有定义的位置，因此使用优化的控制。

在设备侧上，形成由如下特征表征的根据本发明的机器：一种用于借助于车轮加工机对用于轨道车辆的车轮组的车轮行驶表面进行机器加工的设备，并且用于实施上述的方法，其中，在一个加工步骤中，使用工作辊进行车轮的轧制机器加工，其特征在于，该设备具有用于工具的至少一个夹紧单元，该夹紧单元相对于通过基本设置定位的车轮位于定义的位置中，以便作为容器交替用于加工工具或轧制工具，轧制力能够通过控制轧制工具的进给轴的驱动电机的转矩来进行调整。根据本发明的方法，旨在通过通常过程进行重新修形之后，进行辊加工。轧制过程在一定的和可控的力量下进行，因此最终结果得到了显着的改善。

一方面，根据本发明的过程具有以下优点：在最后阶段，通过车轮优化几何设计实现了大体均匀的表面光洁度。两者取决于相应的轧制位置和相应的工作辊的位置以及其可能的几何形状，现在，所定义的轧制力可以施加到待加工的每个点上，并且因此可以实现最佳的最终结果。

这样，可以通过几个连续的测量和机器加工步骤来进行重新修形。机器加工要最好通过车削来完成。但是，当然也可以使用可以提供时间优化利用的其他方法。这包括研磨、铣削等。由于根据本发明的方法的技术设计以及随后在辊上的返工，因此这里产生更大的灵活性。这在缩短机器加工时间中获得更好的工作效果。

有利地，夹紧点用于一方面能够使用机器加工工具进行机器加工，另一方面用于轧制。该夹紧位置可以相对于对准的车轮和要加工的车轮具有定义的位置，并且因此可以使用优化的控制，其在最短的可能时间段内为车轮提供最佳的几何形状。依据设备，可以使用可以灵活配置的大量夹紧设备。依据机器加工过程，可以使用对应的控制系统。

通过本发明，提供了一种用于对用于轨道车辆的轮对的车轮行驶表面进行机器加工的创新方法，其可以用于任何机器、地板下、高架、移动等等。一方面它优化了机器加工时间，另一方面优化了最终的车轮几何形状。另外，碾钢轮的表面质量得到显着改善，其可能导致使用寿命延长。在设备侧上，一种用于实现该方法的设备的特征在于，存在用于工具的至少一个夹紧单元，该夹紧单元相对于通过基本设置定位的车轮具有定义的位置。该夹紧单元交替地用于接收车削工具或轧制工具。

本发明一方面提供了连续机器加工，另一方面提供了以任何顺序进行的深度轧制过程并且以对应的测量结果对其进行补充。这样，可以以时间和几何优化的方式实现非常精确的机器加工和控制。另外，一方面用于机器加工的工具和另一方面用于不同轧制单元的工具可以非常灵活地使用，这取决于是处理部分型材还是整体型材。

根据本发明，提供了一种解决方案，该解决方案可以以低经济成本实现，借助于该解决方案，可以产生优化的车轮几何形状。特别地，本发明可以节省大量的时间。

附图说明

在下文的附图的描述中解释了本发明的其他优点和特征。示出以下各项：

图1是根据本发明的用于在重新修形系列(reprofiling constellation)中执行根据本发明的方法的设备的透视图；

图2是在轧制系列中根据图1的视图；以及

图3在测量系列中根据图1的视图。

具体实施方式

在上述图中，相同的元件具有相同的附图标记。通过示例，附图示出了车轮加工机5。如图所示，车轮加工机意指轮对1经由对应的运输路径被带到特定位置。轮对1由驱动辊6旋转。在图1的示例中，刀架/夹紧单元3配备有车削工具2.1并且安装在刀架4上的可定位位置中。现在，旋转轮对借助于车削工具2.1进行机器加工。附图标记6表示轴向导辊，其可以承受轴向出现的力并且将轮对1轴向定位在适当位置中。

根据图2，轧制工具2.2被插入到刀架(tool holder)3中，从而例如现在可以在重新修形之后进行深度轧制。

在特定实施例中，机器1也可以配备有配备探针的测量工具8。

这样，可以直接执行后续测量，例如，在重新修形之后和/或在深度轧制之后。测量工具8被集成在刀架中并且可以延伸到刀架3旁边。所描述的实施例仅是说明性的而不是以任何方式进行限制。

附图标记列表

1.轮对(wheelset)

2.1.车削工具

2.2.轧制工具

3.夹紧单元

4.工具支撑件

5.车轮加工机

6.驱动辊

7.轴向导辊

8.测量设备

Claims (10)

1.一种用于借助于车轮加工机对用于轨道车辆的车轮的车轮行驶表面进行机器加工的方法，其中在加工步骤中，使用工作辊对所述车轮执行轧制过程，其特征在于，轧制力能够通过控制轧制工具的进给轴的驱动电机的转矩来进行调整，从而施加所定义的轧制力到待加工的每个点上，在所述车轮和加工机器相对于彼此的基本设置之后，在通过至少一次测量所述车轮以及机器加工车轮来进行的车轮重新修形之后进行所述轧制过程，使用夹紧在相同夹紧位置的工具分别一方面用于机器加工且另一方面用于轧制过程，其中该夹紧位置具有相对于要对准且要加工的车轮具有定义的位置，因此使用优化的控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了重新修形，连续进行多次测量和机器加工，直到达到指定的重新修形结果为止。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，机器加工通过车削实现。

4.根据权利要求1至3中的其中一项所述的方法，其特征在于，在轧制过程之后进行测量。

5.根据权利要求1至3中的其中一项所述的方法，其特征在于，这适用于车轮的各个部分外形。

6.一种用于借助于车轮加工机对用于轨道车辆的车轮组的车轮行驶表面进行机器加工的设备，并且用于实施根据权利要求1至5中的其中一项所述的方法，其中，在一个加工步骤中，使用工作辊进行车轮的轧制机器加工，其特征在于，该设备具有用于工具的至少一个夹紧单元，该夹紧单元相对于通过基本设置定位的车轮位于定义的位置中，以便作为容器交替用于加工工具或轧制工具，轧制力能够通过控制轧制工具的进给轴的驱动电机的转矩来进行调整。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备包括地板下机器。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述设备包括数控加工单元。

9.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于部分外形机器加工的控制系统。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于部分外形机器加工的控制系统。