地鐵輪對踏面鏇修經濟性分析

孫小康

(南京地鐵運營有限責任公司，210012，南京∥助理工程師)

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地鐵輪對踏面鏇修經濟性分析

孫小康

(南京地鐵運營有限責任公司，210012，南京∥助理工程師)

輪對是地鐵車輛的主要組成部件,輪對的鏇修方式直接關系到列車的安全運行。從輪對的耗損形式入手,針對原有鏇修方式的經濟成本進行了分析,并從正常磨耗和踏面損傷兩個方面對等級修復方式的切削取值進行探討,提出了目前等級修的檢修標準，以保證在安全的前提下降低輪對檢修的經濟成本。

地鐵； 輪對踏面; 鏇修; 經濟性

Author′s address Nanjing Metro Operation Co.,Ltd.,210012,Nanjing,China

輪對是地鐵車輛的重要組成部分,承受著列車在軌道上運行時從各個方向傳來的靜、動作用力,是影響車輛運行安全的關鍵部件。而輪對輪緣在車輛運行時有著防止脫軌和導向的作用,輪緣形狀和輪緣高度是防止脫軌的重要因素。對于輪對踏面的維修,目前都是車削加工,以恢復其幾何形狀[1]。但是，通過對檢修數據的分析發現,加工輪對踏面時切削掉的有用金屬要比車輛運行中磨損消耗的金屬量大得多,這必然造成了極大的浪費。因此，本文將針對輪對鏇修的經濟性進行重點分析研究,以期對節約成本做出指導。

1 輪對磨耗形式

目前常見的車輪損傷形式主要有車輪踏面和輪緣的磨損、裂紋、剝離等。這些損傷會產生振動和噪聲,降低乘客乘坐的舒適度,尤其是踏面的損傷,更容易引起振動以導致車輛配件裝配松動,大大降低軸承等配件的使用壽命,嚴重影響車輛運行速度的提高以及列車運行的安全性。

1.1 車輪踏面的磨損

車輛的全部載重都是經過車輪傳遞給鋼軌,車輛運行時,輪對不斷地在鋼軌上滾動,車輪踏面與鋼軌形成一定的摩擦副。所謂踏面的磨損,是指踏面在工作過程中,沿車輪半徑方向尺寸的減小。若踏面磨損過甚,其斜度必然遭到損壞,引起車輛蛇形運動的加劇,使車輛運行平穩性特別是橫向平穩性下降[2-3]。

1.2 輪緣的磨損

車輛在直線軌道運行時,輪緣磨損并不是很嚴重,但是當車輛通過曲線或道岔時,由于受到水平力的作用,輪緣與曲線外軌內側面發生摩擦而導致輪緣磨損加劇[4]。如果車輛踏面磨損嚴重,同一輪對的輪徑差過大,輪對與鋼軌間的相對位置產生偏移,使輪緣產生偏磨,情況嚴重時有可能導致車輛產生傾覆風險。

1.3 車輪踏面剝離和損傷

在車輛在運行過程中,車輪踏面承受著鋼軌的沖擊力和縱向、橫向蠕滑力,在這些力的作用下,踏面表層金屬即產生塑性變形,形成顯微裂紋。這些裂紋經過一定速度擴展,當遇到軌縫沖擊或制動時,在受閘瓦力的作用下,踏面會剝落掉離。車輪踏面的損傷和剝離都有可能造成踏面局部的凹陷或堆積,造成運行過程中輪對出現周期性跳動,不但對鋼軌和車輛造成損傷,更嚴重影響了車輛運行的平穩性。

2 傳統檢修方式的經濟性分析

目前,我國主要采用車輪車床對車輪踏面進行鏇修。在地鐵車輛廠修過程中,為了保證車輪的使用壽命,在鏇修時要求將車輛恢復至新造車的標準,即按照LM32磨耗型輪對踏面標準進行鏇修。

表1是2組南京地鐵輪徑鏇修的數據統計表,地鐵車輛使用的新輪對滾動圓直徑為840 mm,磨損極限為770 mm[5]。一個精加工的輪餅為5 373元,那么每在一個輪對直徑上切削1 mm就相當于耗費資金近153.5元；1列6節編組車輛共24個輪對,以南京地鐵現有3條線80輛6節編組車輛計算,每鏇修1 mm將耗費資金近60萬元。隨著后續線網的擴張,這個數值將更大。因此,在保證安全性的前提下,提高切削的經濟性將顯得尤為重要。

表1 輪對檢修數據統計表 mm

3 等級修復方式的經濟性分析

3.1 正常磨耗修復

根據表1及歷史數據可知,輪緣每修復1 mm,車輪踏面直徑方向減少約3～4 mm(如表1所示)。根據統計,地鐵列車輪緣的平均磨耗為0.263 mm/萬km,車輪踏面平均磨耗為0.173 mm/萬km。由此可見，輪緣的磨耗值要大于踏面的磨耗值,因此在輪對鏇修時可以以恢復輪緣磨耗所需切削量作為鏇修的最終取值。

輪對鏇修時,對其輪廓外觀有嚴格的標準要求。地鐵現有輪對檢修基本都是按照LM32磨耗性踏面標準進行鏇修[6],但是如果每次鏇修都按照恢復32 mm的輪緣厚度標準執行,顯然是不經濟的。比如，輪緣厚度為28 mm的輪對按照LM32的標準鏇修后,輪徑將至少減少16 mm[7],這顯然是不可取的。

針對上述情況,南京地鐵相關部門研究后確定以鐵道總公司現有規定的幾種磨耗性踏面為標準,采取等級修的方式對輪對踏面進行修復,即當SD(輪緣厚度)<29 mm時采用LM28標準鏇修;29≤SD≤30 mm時,采用LM30(見圖1)標準鏇修,SD≥30 mm時,采用LM32標準鏇修[8-10]。上述等級修復標準確定后,極大地減少了輪對踏面因鏇修而造成的損失。由表1可知,原輪徑值829 mm,輪緣厚28 mm的輪餅,按照原有LM32踏面形式鏇修,輪徑減少10 mm左右;按照等級修方式,即采用LM28踏面形式進行鏇修,輪徑減少2 mm左右。按照每磨耗1 mm輪徑耗費資金153.5元計算,節省成本近2 400元。

圖1 幾種踏面外形輪廓圖[11]

3.2 踏面損傷修復

上述恢復踏面形狀的鏇修取值只能針對正常磨損的輪對,對于踏面擦傷的輪對鏇修取值,目前還沒有一定的標準可以執行。受到踏面損傷工況的影響,現在各單位在處理上述情況時一般采用低速大進刀量進行切削,對輪輞的切削深度一般達到3～5 mm,造成了一定程度的浪費[1]。

如果在鏇輪前期能對踏面損傷深度進行精確的測量,一旦磨損深度確定后,就可以很準確地計算出進刀量,不僅提高了工作效率,還避免了浪費。因此,及時引進國外先進的測量技術,提高測量精度,將對車輪踏面磨損修復有著很大的幫助。

4 結語

車輪踏面鏇修是地鐵車輛在檢修過程中遇到的一個比較普遍的問題,本文主要對原有鏇修方式的經濟性進行了分析,并且提出了目前等級修的檢修標準。但是，對于踏面磨損的修復,還需要后續對檢修數據進行進一步的跟蹤,只有在保證安全的前提下才能考慮其檢修的經濟性。

[1] 陳雷.地鐵電客車輪對鏇修切削量的探討[J].城市軌道交通研究,2009(6):67.

[2] 周海燕,劉世忠.機車車輛車輪踏面損傷原因分析及對策[J].內燃機車,2002(7):5.

[3] 吳榕,計洪勛.機車輪對踏面剝離的原因分析及對策[J].內燃機車,2005(12):34.

[4] 顧友華.地鐵車輛輪緣異常磨損分析[J].現代城市軌道交通,2008(3):23.

[5] 賈建峰.延長輪對使用壽命的研究與探討[J].鐵道機車車輛,2006(6):56.

[6] 趙洪倫.城市軌道交通車輛結構與設計[M].上海:上海科學技術出版社,2002.

[7] 徐偉民.車輪輪輞和輪緣厚度關系的探討[J].鐵道車輛,2004(7):41.

[8] 員華,肖勝強,汪洋.基于磨耗量統計的輪對等級鏇修可行性分析[J].城市軌道交通研究,2006(1):43.

[9] 朱士友,潘麗莎,員華.輪對等級鏇修對車輛平穩性的影響分析[J].城市軌道交通研究,2006(7):46.

[10] 中華人民共和國鐵道部.中華人民共和國鐵道行業標準：TB/T 449—2003[S].北京：鐵道出版社，2003.

Economic Analysis of Wheel Lathing in Metro VehiclesSUN Xiaokang

Wheel tread is the main subassemblies of metro vehicles,and the patterns of wheel lathing directly will affect the operation safety of subway vehicles.In this paper,the abrasion of wheel tread is elaborated, the economic efficiency of original wheel lathing is analyzed.In addition,the cutting output is discussed from both the fair wear and the tread damage of different repair levels. Finally, the inspection standards for wheel tread repair are proposed to reduce the economic cost on the premise of ensuring vehicle safety.

metro; wheel tread; wheel lathing; economic efficiency

U 270.331+.1

10.16037/j.1007-869x.2016.05.020

2014-08-19)