廣州地鐵一號線輪對磨耗分析及應對措施

張三多，李劍華

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510330）

0 引言

廣州地鐵一號線列車輪對踏面型號為UIC S1002，輪對內側距為1 353 mm。一號線列車輪對鏇修的主要原因為輪緣磨耗率大導致輪緣偏小，根據實際鏇修經驗，補償1 mm輪緣厚度，需鏇修4～5 mm輪徑，一條新輪對輪徑840 mm，可以鏇修3～4次即到限，輪對使用壽命通常為2～3年，使用壽命短，這樣一來使得鏇輪、換輪作業頻繁，大大增加檢修分部生產及供車壓力。為了調查并解決該問題，研究一號線列車輪對磨耗情況和線路特征，從力學及動力學角度分析磨耗原因及應對措施。

1 列車輪對運用現狀

廣州地鐵一號線A1型車輪對運用情況自2009年起開始變的惡劣，主要表現為輪緣的磨耗，且長期存在偏磨的情況，按曲線方向統計了A1、A2、A3車近幾年來輪緣的平均磨耗率如圖1所示，可以看出A1車輪緣磨耗率大于A2、A3車輪緣磨耗率，如圖2所示，且上行右側輪緣磨耗率也明顯大于上行左側輪緣磨耗率。

2 磨耗原因分析

2.1 線路情況

圖1 輪緣磨耗率

統計一號線上行（上下行規律相同）小曲線轉向里程，如圖3所示。所有小于600 m的小曲線線路中，逆時針偏轉線路里程是順時針偏轉線路里程的78.1%，而小于等于400 m的小曲線半徑中，逆時針偏轉線路里程是順時針偏轉線路里程的139.8%，300 m和320 m的小曲線半徑中，逆時針偏轉線路里程是順時針偏轉線路里程的191.8%，這表明，小于等于400 mm特別是300 m和320 m的小曲線里程數決定著一號線輪緣偏磨規律，列車通過400 m以內小曲線能力不足。

圖2 輪緣磨耗特征

上行線300 m和320 m逆時針偏轉小曲線段總共1 471 m，分布于芳黃、烈東、體體、體廣四個區間，要從軌道方面降低輪緣磨耗，需首先從這四個區間的小曲線段入手，建議加強軌旁輪緣潤滑或考慮加寬軌距等。

圖3 曲線轉向里程

2.2 異常磨耗分析

輪對磨耗數據顯示，廣州地鐵一號線上行右側輪緣磨耗速率普遍大于左側。根據列車運行性能，轉向架在列車運行前進方向的導向輪的輪緣磨耗率要大于同一轉向架的非導向輪的輪緣磨耗率，所以可以看出是列車在運行方向轉向架導向輪的輪緣磨耗率較大。根據向心力產生機理，如圖4所示，上行右側輪緣磨耗速度較快是由于列車通過逆時針偏轉的曲線偏多、小曲線通過能力不足導致，由于向心力作用，通過小半徑曲線時，踏面錐度自導向能力不足，使輪緣與鋼軌發生了嚴重的貼靠導致輪緣快速磨耗[1]。

圖4 曲線地段的輪軌接觸情況

3 輪對踏面換型分析

3.1 S1002與LM型踏面對比分析

廣州地鐵一號線輪緣磨耗速度快與線路曲線段較多、曲線半徑小有關系，要減小輪緣磨耗，需提高車輛曲線通過能力。查閱相關文獻，我國大部分地鐵車輛輪對、正線運行客、貨車輪對采用LM型磨耗踏面[4]，因此對比分析了S1002踏面與LM踏面的曲線通過能力。

圖5 LM踏面與CHN60鋼軌接觸關系

通過圖5和圖6中CHN60鋼軌分別與LM踏面、S1002踏面接觸關系可知，LM磨耗型踏面和S1002踏面與我國60 kg/m鋼軌匹配時存在明顯差異。S1002踏面的等效錐度比LM磨耗型踏面的要小，當輪對橫移量為6 mm時，LM型踏面的等效錐度就達到了0.25，而S1002踏面的等效錐度還不到0.2，只是當輪對橫移量8.5 mm以后開始輪緣接觸，等效錐度才急劇增大，等效錐度過小影響列車曲線通過能力。

圖6 S1002踏面與CHN60鋼軌接觸關系

從圖7、圖8平穩性指標來看，不同踏面對列車橫向平穩性影響較大，LM踏面的橫向平穩性相對S1002踏面差，但是在80 km/h速度范圍內，都小于2.75，能達到GB5599-85規定的良好水平。

圖7 橫向平穩性指標

圖8 垂向平穩性指標

圖9 踏面形狀對曲線通過性能的影響

從圖9踏面形狀對曲線通過性能的影響可以看出，車輪踏面形狀對車輛的曲線通過性能影響很大。在同一曲線半徑下，采用S1002踏面的車輛曲線通過時，其最大輪軌橫向力、脫軌系數及輪軌磨耗指數都比采用LM磨耗型踏面時大，也即其曲線通過性能相對較差[2]。對于S1002踏面，其運行穩定性比較好，但其曲線通過性能相對較差，而LM磨耗型踏面則正好相反。鑒于一號線輪緣磨耗問題突出，有必要優先考慮列車曲線通過性能。

根據歐洲標準UIC S1002磨耗型踏面匹配的輪對內側距為1 360 mm，廣州地鐵一號線輪對內側距是1 353 mm，根據S1002踏面幾何形狀可知，廣州地鐵一號線踏面等效錐度偏小，曲線通過能力較差，這也是一號線輪緣磨耗速度較快的另一個原因。除了更換LM型踏面增加曲線通過能力外，由于一號線曲線段多、曲線半徑小，要降低輪緣磨耗，需加強輪緣潤滑，一號線總共35列車，按照30%比例配置輪緣潤滑裝置，需配置10.5臺（取整為11臺），目前只配置9臺，需再增加兩臺，并加強現有輪緣潤滑裝置的維護，確保其正常工作。

圖10 一號線列車輪對磨耗情況

3.2 踏面換型效果

為驗證LM型踏面可增加曲線通過能力、降低輪緣磨耗，在2015年8月分別挑選了一列A1和A2、A3車進行實驗，將原有S1002踏面鏇修為LM磨耗型踏面，統計2列車的輪對磨耗情況，如圖10一號線列車輪對磨耗情況所示，發現輪對磨耗有所改善，磨耗率有所下降。

4 結論及措施

從以上分析可得，一號線輪對偏磨的主要原因一號線曲線段多、曲線半徑小，通過小半徑曲線時，踏面錐度自導向能力不足，使輪緣與鋼軌發生了嚴重的貼靠導致輪緣快速磨耗；曲線通過能力對比表明，LM型踏面曲線通過能力優于S1002踏面，且通過實驗列車輪對磨耗情況來看，LM型踏面磨耗率小于S1002踏面[3]。鑒于一號線輪緣磨耗速度較快，建議將輪對踏面更換為LM型，內側距維持1 353 m，增加車載輪緣潤滑裝置，并加強小曲線段鋼軌的涂油作業，考慮定期對轉向架換邊作業。