摘要：通过对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试，掌握了该线路车轮磨耗特征；从轮轨关系研究的角度，分析了轮缘异常磨耗的原因；基于磨耗功的车轮磨耗评价方法，提出了车轮磨耗减缓措施。车轮磨耗测试结果表明，该线路地铁车轮以轮缘磨耗为主，且存在轮缘偏磨现象；轮缘缺乏润滑和线路小半径曲线分布不对称是造成轮缘磨耗过大和轮缘偏磨的主要原因。仿真结果表明，适当降低一系纵向刚度有利于减缓车轮磨耗；采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低摩擦系数，能显著降低轮缘和轨侧磨耗，以减缓轮缘偏磨现象。
关键词：车轮磨耗；轮缘润滑；镟修
1 车轮磨耗试验分析
某地铁线进行了车轮磨耗测试，车轮磨耗测试时车辆运行里程如表所示，车轮从开始运行至测试期间均未进行过镟轮处理，且线路也未进行过打磨处理，车辆在该线路为不掉头运行。
该地铁线路列车车轮采用LM型面，其标准型面的FH、FT和QR的值分别为27mm、32mm 和9.2mm。对所有测试车轮的磨耗控制参数进行了计算和统计，结果如图所示。
由图的轮缘高度统计结果可知，轮缘高度几乎与车辆运行里程成正比，所有车辆几乎均表现为左侧轮缘高度大于右侧，即左侧车轮踏面磨耗量大于右侧车轮。对单个轮对统计发现，超过三分之二的轮对表现为左侧车轮轮缘高度大于右侧车轮。此外，所有车轮轮缘高度值均大于标准LM 型面，出现“轮缘虚增高”现象。“轮缘虚增高”现象严重时会使车轮较难通过道岔，并且有可能切断钢轨有缝接头的鱼尾板螺栓而造成车辆颠覆。
由图的轮缘厚度统计结果可知，所有车辆轮缘厚度平均值均小于LM 标准型面的轮缘厚度值。轮缘厚度值过小，说明轮缘存在明显磨损现象，将会使轮对与钢轨间的间隙过大，增加列车在运行时发生的横向移动，可能会引起车辆的蛇形运动，对列车运行的稳定性、舒适性和安全性造成一定影响。另外，除 T4 列外，其它列车约有73%的轮对表现为左侧车轮轮缘厚度小于右侧车轮，轮缘存在严重非对称磨耗现象，这可能与该线路车辆不掉头运行有关。T1 列和T2 列两次测试时轮缘厚度值基本未发生变化，T1 列两次测试整列车平均轮缘厚度分别为29.44 mm 和29.47 mm，T2 列两次测试整列车平均轮缘厚度分别为30.23 mm 和30.25 mm，这是由于轮轨经过一定时间的磨合后，轮缘与小半径曲线外轨处于共形状态，轮缘磨耗处于稳定阶段。对车轮磨耗测试数据的分析，不难发现该线路车轮踏面磨耗基本正常，但轮缘存在异常磨耗现象。
2 地铁车辆轮缘磨损原因分析
在车辆运用中，因轮缘根部与钢轨外侧面的频繁挤压，造成轮缘根部发生磨损；而踏面擦伤、剥离改变了踏面的基本型线，加剧了轮对踏面在轨面上的径向跳动，同样会加剧轮缘的根部磨损。因此，轮缘的异常磨损主要与轮对、轮对踏面状态有直接关系。
1、轮对与转向架无横向位移，加剧了轮缘根部的磨损。该地铁车辆轮对与转向架的连接采用的是固定轴箱连接，通过车体与转向架之间的抗侧滚扭杆横动进行车厢在弯道时的复位。而轮对与转向架采用轴箱拉杆连接，两者之间无横向移动装置，当车辆通过曲线和道岔时，轮对踏面斜率自动调正轮对的能力降低，主要依靠钢轨挤压轮缘侧面进行，过多的刚性摩擦导致轮缘磨损加剧。曲线半径越小，造成的轮缘磨损越剧烈。
2、踏面剥离及沟状磨耗加快轮缘的磨损。由于车辆制动力过大，使得闸瓦完全抱死轮对，造成擦伤剥离，以及较强制动力产生的瞬间高温来不及散发，造成制动剥离。踏面沟状磨耗主要表现为轮对踏面表面磨有一道或多道凹槽，主要与闸瓦有金属镶嵌或本身材质与轮对踏面材质不匹配有关。空气制动施加频繁或制动力过大也易造成踏面严重异常磨损。地铁在运营初期踏面沟状磨损发生较多，严重的局部深度达到3mm。通过调整制动力、制动响应时间、制动施加频率等一系列措施，该类故障目前已大幅度减少。当踏面发生剥离或沟状磨损后，车辆在运行中产生很大的振动加速度，易引起齿轮箱裂损、联轴节断裂、齿轮啮合不良等故障，同时影响车辆运行平稳性。轮缘挤压钢轨频率增大，导致轮缘根部磨耗加快。
3、踏面磨损加剧了轮缘的异常磨耗。轮对踏面与钢轨表面之间由于摩擦副关系使得踏面径向磨损。当轮对踏面磨损后，其踏面型线发生变化，轮轨的接触关系变得复杂，致使车辆的运行平稳性，特别是横向平稳性下降。同时，踏面磨损后，使轮对通过曲线时，特别是通过小半径曲线时，能力降低，最终导致钢轨对轮对内侧的挤压力急剧加大，进一步加剧了车轮与钢轨的磨损，造成轮缘异常磨耗。
3 地铁车辆轮缘磨损预防措施建议
3.1 预防措施
(1)抓好质量源头，确保合理匹配。轮缘故障的预防，要抓好质量源头，既要保证轮对、闸瓦、钢轨等的良好质量，同时要确保闸瓦、轨面、轮对踏面及轮缘三者间的合理性能匹配，减少因材质匹配不良而造成的异常磨耗。
(2)做好日常检查，防止带病运用致使磨损程度扩大。维修人员要加强日常轮对状态的检查，做好轮对状态的跟踪和记录，对剥离和磨损超限或接近超限的轮对要及时施修或更换，确保运行安全。加强司机操作技能，提高运行平稳性，减少空气制动的使用频率，最大限度减少轮对故障。合理配置周转备品轮对，以便于故障轮对镟修后的配对使用，避免整节车辆轮缘镟修，延长轮对使用寿命。
3.2 建议
(1)由于车轮踏面擦伤、剥离会逐步发展为裂纹并向深处扩展，因此，一旦发现擦伤或剥离应及时进行镟修。对踏面磨损的轮对要及时修复踏面线型。踏面磨损后，其踏面型线发生改变，与钢轨配合位置发生移动，更易加剧踏面及轮缘的异常磨损。因此，对踏面磨损轮对要及时进行镟修，恢复良好的轮轨配合关系，延长轮对使用寿命。
(2)采用等级法镟修，延长轮对使用寿命。在车辆实际运用中，轮缘厚度一旦磨耗到限，则必须加工恢复到标准轮缘厚度，这不仅浪费工时和材料，而且极有可能使轮径低于标准（770 mm）。按照正常磨损情况下，轮缘厚度的修复与轮径的减少量之比为1:4.5，即若使轮缘厚度每增加1 mm ，轮直径要镟去4.5 mm。如果在镟修时保证了整节车辆或整列车轮径的匹配，而踏面形状没能达到现行踏面形状标准，同样也会造成轮缘的磨耗加快。因此，对地铁列车轮对可采用铁路上使用的等级镟修法，在同一列车不同车辆之间，或同一车辆不同轮对之间采用不同厚度的轮缘模板进行镟轮。这样同时保证了轮缘、踏面的形状、线型，恢复了踏面及轮缘的运用标准，最大限度减少镟修时的轮径浪费，大幅延长轮对使用寿命。
对某地铁线路的车轮、钢轨和道岔磨耗情况进行了测试，掌握了该线路轮轨磨耗特征，而踏面的磨损及异常也加剧了轮缘的磨损，不同的故障产生的机理各异。通过分析地铁车辆轮缘异常磨损发生的原因，提出了解决措施。
参考文献
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[2]王生华. 浅谈某地铁线车轮轮缘异常磨耗原因分析及解决措施[J].铁道车辆，2013(6)：32-34.
[3]邱伟明，朱永波. 地铁车辆轮缘异常磨耗原因分析及解决措施[J].电力机车与城轨车辆，2014(4)：80-81
论文作者:张运昆
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年8月上
论文发表时间:2019/3/13
标签：轮缘论文; 磨耗论文; 车轮论文; 磨损论文; 车辆论文; 钢轨论文; 厚度论文; 《新材料·新装饰》2018年8月上论文;