重慶地鐵一號(hào)線輪對(duì)異常磨耗問題及對(duì)策研究

劉明珠

摘 要：本文從理論上系統(tǒng)闡述了城市軌道交通輪對(duì)異常磨耗常見現(xiàn)象、異常磨耗原理，并提出相應(yīng)的預(yù)防改進(jìn)措施。這對(duì)延長輪對(duì)使用壽命、改善輪軌關(guān)系、減少輪軌異常磨耗、有效降低運(yùn)營成本、保證城軌地鐵車輛運(yùn)營安全具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：輪對(duì);異常磨耗;磨耗原理

中圖分類號(hào)：U211.5;U213.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）32-0092-03

Preliminary Study on Abnormal Abrasion of Wheelset on Chongqing

Metro Line 1 and Its Countermeasure

LIU Mingzhu

（Chongqing Rail Transit （Group） Co.， Ltd. Operates No. 1 Company，Chongqing 400000）

Abstract： This paper systematically expounded the common phenomena and principles of abnormal wear of wheelset in urban rail transit in theory， and put forward corresponding preventive measures and improvement measures. It has important guiding significance for prolonging the service life of wheelset， improving wheel-rail relationship， reducing abnormal wheel-rail wear， effectively reducing operation cost and ensuring the operation safety of Metro vehicles.

Keywords： wheelset;abnormal wear;abrasion principle

輪對(duì)異常磨耗使輪軌使用壽命縮短，且加大了一線員工的檢修工作量和對(duì)輪軌材料的損耗，增加了運(yùn)營成本，嚴(yán)重影響城軌地鐵車輛的正常運(yùn)用與運(yùn)營。如何切實(shí)有效地延長輪對(duì)使用壽命、改善輪軌關(guān)系、減少輪對(duì)異常磨耗、降低運(yùn)營成本，并保證地鐵車輛運(yùn)營運(yùn)用安全，已成為重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司運(yùn)營一公司有關(guān)部門的重要工作。

1 故障情況調(diào)查分析及故障現(xiàn)象概述

1.1 故障情況調(diào)查分析

筆者通過隨機(jī)抽樣14對(duì)重慶地鐵一號(hào)線運(yùn)營列車，統(tǒng)計(jì)了2015年12月至2018年9月底在賴家橋車輛車間輪對(duì)檢修故障，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1和圖2。

從圖1和圖2可以看出，重慶地鐵一號(hào)線輪對(duì)故障現(xiàn)象主要分為以下幾類：同輪輪徑差超限、同軸輪徑差超限、同一轉(zhuǎn)向架輪徑差超限、輪緣增厚，且與列車車號(hào)的奇偶數(shù)存在一定關(guān)系，其中以同輪輪徑差超限故障尤為嚴(yán)重。

1.2 故障現(xiàn)象概述

同輪輪徑差超限：同一車輪輪徑測(cè)量橫斷面上的最大與最小直徑的差值超過規(guī)定值，又稱作輪對(duì)失圓[1]。

輪徑差超限：是指同一車軸或同一轉(zhuǎn)向架上的車輪最大與最小輪徑差值超過規(guī)定值。

輪緣增厚：輪緣厚度測(cè)量值過大，主要由于踏面的異常磨耗，其磨耗速度大于輪緣的磨耗速度，造成其整體下陷，引起輪緣尺測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)下降，導(dǎo)致輪緣測(cè)量點(diǎn)更靠近輪緣根部，使測(cè)量值過大，甚至超出了輪緣尺所能測(cè)量的極限。測(cè)量輪緣厚度時(shí)出現(xiàn)增厚的情況，這種現(xiàn)象被稱為輪緣“虛假”增厚。

2 故障原理

影響輪對(duì)異常磨耗的因素很多。本文主要從轉(zhuǎn)向架與輪對(duì)關(guān)系、線路狀態(tài)、踏面制動(dòng)過度或不均、踏面形狀、輪軌材質(zhì)（強(qiáng)度、表面硬度）及輪軌摩擦關(guān)系等幾方面進(jìn)行分析。

2.1 轉(zhuǎn)向架與輪對(duì)磨耗關(guān)系

轉(zhuǎn)向架軸距的長短及輪對(duì)與轉(zhuǎn)向架有無橫向位移，將直接影響列車通過曲線的難易和輪緣根部的磨損;轉(zhuǎn)向架尺寸磨耗過大，容易造成輪對(duì)輪重及軸重分配不均，也會(huì)導(dǎo)致輪對(duì)產(chǎn)生偏磨的現(xiàn)象，從而使同一車軸或同一轉(zhuǎn)向架上車輪的最大輪徑與最小輪徑差值超限。

2.2 線路狀態(tài)

表1為重慶地鐵一號(hào)線線路的狀況。

從表1可以看出，重慶地鐵一號(hào)線線路曲線半徑小、路況復(fù)雜、坡度大，這是加劇輪對(duì)異常磨耗的一個(gè)重要因素。一方面，曲線半徑越小，轉(zhuǎn)向架與軌道的沖角（輪緣與鋼軌接觸點(diǎn)處切線與車輪平面的夾角）越大，車輪對(duì)鋼軌的沖擊越大，所以輪緣磨耗越大。另一方面，列車在運(yùn)行中輪對(duì)通過踏面的曲線率來調(diào)整輪徑，使輪對(duì)偏移輪徑較小的一邊產(chǎn)生橫向移動(dòng)產(chǎn)生輪緣偏磨。在實(shí)際運(yùn)行過程中，如果輪徑小的車輪處于外軌側(cè)，在過彎道時(shí)，由于離心力的作用，會(huì)造成外軌輪承重比內(nèi)軌輪大，加快車輪磨耗。

2.3 車輪踏面制動(dòng)力過大或制動(dòng)力不均

若列車制動(dòng)過大，會(huì)使閘瓦完全抱死輪對(duì)及較強(qiáng)制動(dòng)力施加產(chǎn)生的瞬間高溫來不及擴(kuò)散，從而容易造成車輪踏面出現(xiàn)剝離的現(xiàn)象。制動(dòng)力不均時(shí)，在相同的外界條件下，將會(huì)導(dǎo)致拖車車輪踏面磨耗率大于動(dòng)車的磨耗率。

2.4 踏面形狀

研究表明，在新標(biāo)準(zhǔn)踏面投入運(yùn)營前期，踏面與輪緣磨損嚴(yán)重。當(dāng)錐形標(biāo)準(zhǔn)踏面磨耗到一定凹形程度后，外形便相對(duì)穩(wěn)定，磨耗速度減小。因此，可以將新踏面直接做成磨耗型踏面形狀，從而減小車輪踏面和曲線上的輪緣磨耗。

2.5 輪軌材質(zhì)

輪軌硬度匹配也是輪軌磨耗的主要因素，輪軌硬度不匹配會(huì)導(dǎo)致輪軌磨耗嚴(yán)重。單方面增加鋼軌或輪對(duì)硬度，也會(huì)造成輪軌關(guān)系惡化，將加速輪軌異常磨耗，不利于降低成本。根據(jù)國內(nèi)長期地鐵車輛運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，期望“多磨輪，少磨軌”，這是由于修車輪比修鋼軌更容易、更經(jīng)濟(jì)，且不會(huì)影響列車正常運(yùn)營。筆者對(duì)國內(nèi)其他城市地鐵線路輪軌匹配及硬度值的調(diào)查結(jié)果如表2所示。

從表2可知，國內(nèi)其他城市大部分地鐵線路車輪硬度的取值一般比鋼軌硬度略低。同時(shí)，對(duì)輪軌硬度標(biāo)稱比值、初始硬度比值和終極硬度比值分析見表3（本文將ER9等同于R9T進(jìn)行研究，在車輪廠家實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于R9T和ER9的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求區(qū)別不大，R9T的材質(zhì)是按照ER9的成分要求來控制生產(chǎn)的，從某種角度來說R9T就是ER9）。

研究表明，當(dāng)H軌/H輪比值大于1時(shí)，軌磨損開始降低;當(dāng)H軌/H輪比值小于0.96時(shí)，軌磨損明顯上升;當(dāng)H軌/H輪比值為1時(shí);輪軌磨損相等，總磨損也最低。從表2和表3可以看出，國內(nèi)其他城市大部分地鐵線路H軌/H輪比值為1.01，趨近于1[2]。

2.6 輪軌摩擦關(guān)系

為了改善輪軌摩擦關(guān)系，降低輪軌摩擦系數(shù)，重慶地鐵一號(hào)線在車號(hào)為奇數(shù)的列車上安裝了輪緣潤滑裝置，每列車在端部的第一個(gè)輪對(duì)上安裝輪緣潤滑裝置，控制模式為時(shí)間控制加彎道控制。這是導(dǎo)致偶數(shù)車號(hào)列車故障多于奇數(shù)車號(hào)列車的一個(gè)重要原因。

3 預(yù)防建議及改進(jìn)措施

3.1 做好日常檢修與保養(yǎng)工作

車輛檢修人員要做好地鐵車輛日常檢查與保養(yǎng)工作，優(yōu)化轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)和轉(zhuǎn)向架橫向位移。加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)狀態(tài)的檢查檢修，并做好跟蹤記錄，確保轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)磨耗在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，防止轉(zhuǎn)向架、車輪帶病工作致使磨損程度擴(kuò)大。若條件允許，可采用徑向轉(zhuǎn)向架，以減小車輪磨耗。同時(shí)，做好備品周轉(zhuǎn)輪對(duì)，便于故障輪對(duì)旋修后的配對(duì)使用。

3.2 抓好質(zhì)量源頭、做好匹配工作

抓好閘瓦、輪對(duì)和鋼軌的質(zhì)量，從源頭上杜絕因質(zhì)量不過關(guān)帶來的異常磨耗。同時(shí)，還應(yīng)做好閘瓦與輪對(duì)、輪對(duì)與鋼軌之間的合理摩擦匹配的試驗(yàn)研究工作，確保閘瓦與輪對(duì)、輪對(duì)與鋼軌之間的合理匹配，減少因材質(zhì)匹配不當(dāng)造成異常磨耗[3]。

3.4 做好司機(jī)培訓(xùn)工作

加強(qiáng)正線列車司機(jī)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高其操作技能。合理使用制動(dòng)機(jī)及制動(dòng)力，減少制動(dòng)使用頻率，盡力避免車輪空轉(zhuǎn)，提高列車運(yùn)行平穩(wěn)性。同時(shí)，在確保安全運(yùn)行的前提下，適當(dāng)調(diào)整制動(dòng)力與制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，最大限度地減少制動(dòng)給輪對(duì)帶來的磨耗。

3.5 改善輪軌摩擦系數(shù)

做好對(duì)小半徑曲線的涂油工作，加強(qiáng)輪緣潤滑裝置的檢查檢修，調(diào)整現(xiàn)有潤滑裝置的潤滑時(shí)間及油潤材質(zhì);在小半徑地段安裝地面固定噴油潤滑系統(tǒng)，確保在曲線處可以噴油，降低鋼軌與輪對(duì)的摩擦系數(shù)。為了進(jìn)一步降低列車車輪磨耗，改善輪軌關(guān)系，可對(duì)偶數(shù)號(hào)列車轉(zhuǎn)向架加裝LCF固體輪緣潤滑裝置的可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究分析。該技術(shù)已成功用于多個(gè)城市地鐵和鐵路機(jī)車，在我國已經(jīng)用于香港地鐵、上海地鐵、南京地鐵、北京地鐵、沈陽地鐵和青藏鐵路等，有效解決了輪軌之間的摩擦問題。同時(shí)，定期對(duì)鋼軌進(jìn)行預(yù)防性打磨，消除鋼軌表面脫碳層、軌面毛刺、銹跡等瑕疵，降低鋼軌內(nèi)側(cè)與輪緣的摩擦系數(shù)，進(jìn)一步改善輪軌關(guān)系[4]。

3.6 優(yōu)化車輪踏面、定期換端運(yùn)營

優(yōu)化車輪踏面，盡快探索出一種適合重慶軌道交通（集團(tuán)）有限公司運(yùn)營一公司軌道條件的車輪踏面，使之與鋼軌的磨耗降低。合理安排計(jì)劃，根據(jù)列車車輪實(shí)際情況，定期對(duì)列車進(jìn)行換端運(yùn)營，使兩側(cè)車輪輪緣磨耗速度相近，延長車輪使用壽命。

4 結(jié)語

城軌地鐵車輛在運(yùn)行過程中，車輪輪對(duì)需要承受較大的動(dòng)、靜載荷，因此輪軌磨耗是不可避免的。本文以重慶地鐵一號(hào)線為例，探討輪對(duì)異常磨耗問題，并提出具體對(duì)策。通過理論上的研究結(jié)合實(shí)踐的可行性，最終達(dá)到降低輪軌磨耗速度、延長其使用壽命、改善輪軌關(guān)系、減少輪軌異常磨耗、有效降低運(yùn)營成本的目的，以滿足重慶軌道交通運(yùn)營發(fā)展的需要。

參考文獻(xiàn)：

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[4]徐新玉，城市軌道交通輪軌異常磨損原因分析與改進(jìn)措施[J].機(jī)車車輛工藝，2015（5）：43-44.