干式輪緣潤(rùn)滑器對(duì)地鐵車輛車輪保護(hù)效果的研究

臧 磊

(天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司，300222，天津//工程師)

輪對(duì)是地鐵車輛構(gòu)架上的重要部件之一，其踏面和輪緣的磨耗對(duì)地鐵車輛的安全行駛、乘坐舒適性及鋼軌的使用壽命都有重要影響[1-3]。目前，天津地鐵3號(hào)線使用進(jìn)口干式輪緣潤(rùn)滑器對(duì)車輪輪緣進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)反映其保護(hù)效果，利用測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)三種不同輪緣厚度的磨耗速率進(jìn)行比較。

1 天津地鐵3號(hào)線車輪型面普查

本次試驗(yàn)采用 Miniprof 踏面外形測(cè)量裝置對(duì)車輪踏面磨耗進(jìn)行測(cè)量。為了便于分析，車輪編號(hào)按左、右輪的方式命名。命名方式為：從6車往1車方向看，左側(cè)車輪為左輪，右側(cè)車輪為右輪。例如，車輪編號(hào)“1-1L”表示1車1軸左輪，車輪編號(hào)“2-3R”表示2車3軸右輪。其中1、4、6車為拖車，2、3、5車為動(dòng)車。1車輪緣潤(rùn)滑器安裝在1軸，5車安裝在2軸，6車安裝在4軸，2～4車安裝在3軸，如圖1所示。

天津地鐵 3號(hào)線27列車均為標(biāo)準(zhǔn)B型車，由于前期閘瓦問(wèn)題導(dǎo)致踏面產(chǎn)生溝槽，使用LM32和LM30的模板對(duì)車輪進(jìn)行過(guò)鏇修，LM32與LM30的模板踏面形狀基本相同，只是在輪緣厚度上有所差別(如圖2所示)。故目前天津地鐵3號(hào)線車輪踏面形式分為L(zhǎng)M32踏面的動(dòng)車、LM32踏面的拖車及LM30踏面的拖車三種。

圖3為實(shí)測(cè)整列6節(jié)車車輪型面外形及磨耗量分布情況。其橫坐標(biāo)為型面橫向位置，左側(cè)縱坐標(biāo)為型面垂向位置，坐標(biāo)原點(diǎn)位于標(biāo)準(zhǔn)型面的名義滾動(dòng)圓處，右側(cè)縱坐標(biāo)為磨耗量分布。每一個(gè)圖中包含9條實(shí)線，其中粗黑實(shí)線為L(zhǎng)M-32或LM-30標(biāo)準(zhǔn)型面，其它線為1節(jié)車8個(gè)車輪實(shí)測(cè)型面。另外，每個(gè)圖還包含8條磨耗分布線。磨耗量分布是通過(guò)計(jì)算實(shí)測(cè)廓形與標(biāo)準(zhǔn)廓形的法向距離得到。圖4為整列6節(jié)車踏面磨耗量和輪緣磨耗量。踏面磨耗量定義為實(shí)測(cè)廓形與標(biāo)準(zhǔn)廓形在名義滾動(dòng)圓處的高度差，而輪緣磨耗量則定義為輪緣頂點(diǎn)往下15 mm處實(shí)測(cè)型面與標(biāo)準(zhǔn)型面的橫向距離差。圖5為車輪輪緣高度和輪緣厚度，輪緣高度定義為輪緣頂點(diǎn)和名義滾動(dòng)圓處的高度差，輪緣厚度則定義為名義滾動(dòng)圓往上12 mm處輪緣的厚度。

圖1 車輛輪緣潤(rùn)滑安裝位置示意圖

通過(guò)對(duì)27列車車輪踏面磨耗測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車輪磨耗主要分布在橫向位置-40～60 mm范圍內(nèi)，其中-40～-30 mm范圍主要表現(xiàn)為輪緣磨耗，-30～60 mm范圍主要表現(xiàn)為踏面磨耗。部分運(yùn)行里程較大的車輛在踏面尾部出現(xiàn)局部溝槽磨耗，系由踏面制動(dòng)所造成。多數(shù)列車的1、4、6車(已鏇修)踏面磨耗量和輪緣磨耗量相當(dāng)，而2、3、5車(未鏇修)踏面磨耗明顯大于輪緣磨耗。

注：對(duì)LM32，a=32；對(duì)LM30，a=30;r代表踏面半徑;單位mm

a) 1車車輪

b) 2車車輪

c) 3車車輪

d) 4車車輪

e) 5車車輪

f) 6車車輪

圖3 整列6節(jié)車車輪型面外形及磨耗量分布情況

a) 車輪已鏇修

b) 車輪未鏇修

圖4 整列6節(jié)車車輪踏面磨耗量和輪緣磨耗量分布情況

a) 車輪已鏇修

b) 車輪未鏇修

圖5 整列6節(jié)車車輪輪緣高度和輪緣厚度分布情況

2 輪緣高度及輪緣厚度與運(yùn)行里程的關(guān)系

由圖6～8中踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車、踏面為L(zhǎng)M32的拖車及踏面為L(zhǎng)M30的拖車三種磨耗情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：

(1) 三種情況的輪緣高度都是隨運(yùn)行里程的增大而增大。

(2) 踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車和拖車的輪緣厚度隨運(yùn)行里程增加都有所下降，而踏面為L(zhǎng)M30的拖車輪緣厚度隨運(yùn)行里程增加幾乎不變。

a) 輪緣高度

圖6 踏面為 LM32 的動(dòng)車(2、3、5車)車輪輪緣高度及厚度與運(yùn)行里程的關(guān)系

a) 輪緣高度

圖7 踏面為L(zhǎng)M30的拖車(1、4、6車)車輪輪緣高度及厚度與運(yùn)行里程的關(guān)系

a) 輪緣高度

b) 輪緣厚度

圖8 踏面為L(zhǎng)M32的拖車(1、4、6車)車輪輪緣高度及厚度與運(yùn)行里程的關(guān)系

3 拆除輪緣潤(rùn)滑器對(duì)車輪磨耗的影響

3.1 拆除輪緣潤(rùn)滑器對(duì)車輪輪緣磨耗面積速率的影響

對(duì)地鐵車輛每節(jié)車8個(gè)車輪輪緣磨耗面積速率求平均值，并對(duì)踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車、踏面為L(zhǎng)M32的拖車及踏面為L(zhǎng)M30的拖車三種情況統(tǒng)計(jì)輪緣磨耗面積速率。由圖9～11的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：

圖9 踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車輪緣磨耗面積速率

圖10 踏面為L(zhǎng)M32的拖車輪緣磨耗面積速率

圖11 踏面為L(zhǎng)M30的拖車輪緣磨耗面積速率

(1)踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車車輪輪緣磨耗面積速率明顯大于踏面為 LM32及LM30 的拖車。

(2)拆除輪緣潤(rùn)滑器后，踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車輪緣磨耗面積速率都有所增加。拆除拖車輪緣潤(rùn)滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大31%；拆除整車輪緣潤(rùn)滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大55%；拆除整車輪緣潤(rùn)滑器時(shí)的輪緣磨耗面積速率比只拆除拖車情況大18%。

(3)對(duì)于踏面為L(zhǎng)M32的拖車，拆除整車輪緣潤(rùn)滑器時(shí)的輪緣磨耗面積速率比只拆除拖車情況大65%。

(4)踏面為L(zhǎng)M30的拖車輪緣潤(rùn)滑器拆除與否對(duì)輪緣磨耗的影響非常小。

3.2 拆除輪緣潤(rùn)滑器對(duì)車輪踏面磨耗速率的影響

對(duì)地鐵車輛每節(jié)車8個(gè)車輪踏面磨耗速率求平均值，并對(duì)踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車、踏面為L(zhǎng)M32的拖車及踏面為L(zhǎng)M30的拖車三種情況統(tǒng)計(jì)踏面磨耗速率。圖12～14為踏面磨耗速率和運(yùn)行里程的關(guān)系。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，拆除輪緣潤(rùn)滑器與否對(duì)踏面磨耗速率的影響非常小。

圖12 踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車(2、3、5車)踏面磨耗速率

圖13 踏面為L(zhǎng)M32的拖車(1、4、6車)踏面磨耗速率

圖14 踏面為L(zhǎng)M30的拖車(1、4、6車)踏面磨耗平均速率

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)天津地鐵3號(hào)線列車車輪磨耗進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后得到以下結(jié)論：

(1)車輪磨耗主要分布在橫向位置-40～60 mm范圍內(nèi)，其中-40～-30 mm 范圍主要表現(xiàn)為輪緣磨耗， -30～60 mm范圍主要表現(xiàn)為踏面磨耗。多數(shù)車的1、4、6 車(鏇修)踏面磨耗量和輪緣磨耗量相當(dāng)，而2、3、5 車(未鏇修)踏面磨耗明顯大于輪緣磨耗。車輪輪緣高度隨運(yùn)行里程的增加呈線性增大，而踏面為 LM32 的動(dòng)車和拖車的輪緣厚度隨運(yùn)行里程的增加略有下降，踏面為L(zhǎng)M30的拖車的輪緣厚度隨運(yùn)行里程的增加幾乎不變。

(2)拆除拖車輪緣潤(rùn)滑器(包括踏面為L(zhǎng)M32和LM30)或拆除整車輪緣潤(rùn)滑器均會(huì)使踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車車輪輪緣磨耗面積速率增加。拆除拖車輪緣潤(rùn)滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大31%；拆除整車輪緣潤(rùn)滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大55%；拆除整車輪緣潤(rùn)滑器時(shí)的輪緣磨耗面積速率比僅拆除拖車的輪緣磨耗面積速率大18%。

(3)對(duì)于踏面為L(zhǎng)M32的拖車，拆除整車輪緣潤(rùn)滑器時(shí)的輪緣磨耗面積速率比僅拆除拖車情況大65%。

(4)踏面為 LM30 的拖車輪緣潤(rùn)滑器拆除與否對(duì)拖車踏面為L(zhǎng)M30的車輪輪緣磨耗面積速率的影響非常小。

(5)拆除輪緣潤(rùn)滑器與否對(duì)踏面磨耗速率的影響非常小。

由上述結(jié)果可知：雖然拆除輪緣潤(rùn)滑器后對(duì)踏面為L(zhǎng)M30的拖車輪緣磨耗影響不大，但是對(duì)踏面為L(zhǎng)M32的動(dòng)車輪緣磨耗影響大(拆除與否磨耗相差31%)，建議保留LM30拖車的輪緣潤(rùn)滑器；而拆除拖車輪緣潤(rùn)滑器和整車輪緣潤(rùn)滑器后，踏面為 LM32的動(dòng)車和拖車的輪緣磨耗面積速率都有大幅度的增長(zhǎng)，建議保留踏面為L(zhǎng)M32車輛的輪緣潤(rùn)滑器。