軌道工程車輛車輪踏面擦傷問題分析及預防措施

(寶雞中車時代工程機械有限公司株洲分公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

軌道工程車輛運行時，當線路鋼軌黏著不佳時進行緊急制動，容易出現(xiàn)閘瓦抱死車輪現(xiàn)象，造成車輪相對軌面打滑，從而造成車輪踏面擦傷。車輪踏面擦傷或剝離后，使車輪不能正常的在鋼軌上運行，加大車輪振動和沖擊；由于擦傷或剝離后使車輪振動加劇，直接會影響軸承內(nèi)滾子與滾道的正常運行，極易造成軸承故障；車輛踏面擦傷、剝離后都會使踏面局部凹陷，致使車輛在運用中出現(xiàn)周期性的上下振動。

1 車輪踏面擦傷原因分析

1.1 車輪踏面擦傷損傷過程和原理

車輛運行過程中，因突發(fā)情況車輛需要進行緊急制動，制動過程中因線路、外部環(huán)境條件、制動力及閘瓦摩擦系數(shù)影響，車輛容易出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象，車輪抱死后，車輪踏面與鋼軌之間進行打滑，車輪打滑過程中，因車輪未轉動，車輪踏面的某個固定點一直與軌道進行摩擦，造成局部溫度急劇上升，將車輪踏面局部融化，再進過鋼軌的導熱，車輪踏面融化點又急劇降溫，造成踏面局部產(chǎn)生馬氏體組織，馬氏體具有硬而淬的特點，在車輛運行過程中，容易從車輪上脫落，造成車輪踏面不平，這就是車輪踏面擦傷后損傷過程和原理。

1.2 DGY470車輪踏面擦傷原因分析

以DGY470內(nèi)燃軌道車為例，軌道車輛制動過程屬非勻速運動，加速度為變量，當速度間隔取得足夠小時，加速度趨于常量，制動計算以此為基礎，進行Matlab迭代編程計算，具體計算過程如下。

以單車為例在制動計算中，制動距離Sz為制動空走距離Sk和有效制動距離Se之和，即：Sz=Sk+Se；制動時間tz等于制動空走時間tk與有效制動時間te之和，即：tz=tk+te。依據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》對于單車，制動空走時間均按緊急制動tk=2.5 s計算，那么Sk=v0·tk，v0為制動初速度。其他變量的計算如下。

(1)

式(1)中：v1、v2—制動時速度間隔的初速度和終速度，km/h

a為 [v2，v1]速度微區(qū)間內(nèi)的制動減速度，即在微區(qū)間內(nèi)為勻減速運動，m/s2

某時刻速度為v時的實時制動減速度a，由制動力B(kN)和運行阻力Fr(kN)產(chǎn)生，即

(2)

其中，G(t)為車輛整備重量，另兩個參數(shù)具體如下：

(3)

μZ為制動黏著系數(shù)，其計算公式依據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》如下:

(4)

緊急制動時的閘瓦制動力與黏著制動力計算：通過上述計算方法，應用MATLAB計算程序，選定軌道車以初速度v0=80 km/h在平直道運行時實施緊急制動，緊急制動時的閘瓦制動力與黏著制動力，具體結果見圖1。

當黏著總制動力大于閘瓦制動力時，車輪不會打滑，不會出現(xiàn)車輪擦傷現(xiàn)象，當黏著總制動力小于閘瓦總制動力時，會出現(xiàn)車輪抱死現(xiàn)象，造成車輪踏面擦傷。根據(jù)以上仿真結果，車輛在濕滑軌面運行時，閘瓦總制動力大于黏著制動力，將會有打滑的風險。

圖1 緊急制動時的閘瓦制動力與黏著制動力

2 車輪踏面擦傷預防措施

2.1 降低閘瓦制動力

通過計算，合理選配單元制動器的制動倍率及閘瓦的摩擦系數(shù)，在滿足制動距離要求的前提下，閘瓦的制動力越小越好，可以降低車輪擦傷風險。

2.2 提高鋼軌軌面黏著系數(shù)

通過定期對鋼軌表面進行打磨，消除鋼軌表面的損傷，清除鋼軌表面油污、鐵銹、污跡，來提高鋼軌軌面黏著系統(tǒng)，進而提高軌道車黏著制動力。

2.3 增加撒砂裝置

通過增加撒砂裝置，車輛發(fā)生緊急制動時，能進行自動撒砂，可以提高鋼軌表面黏著系數(shù)。

2.4 增加電子防滑系統(tǒng)

通過增加電子防滑系統(tǒng)，當車輛運行過程中出現(xiàn)車輪抱死時，電子防滑系統(tǒng)可以避免車輪打滑。

3 結語

車輪踏面擦傷會給車輛、軌道帶來系列危害，應采取措施規(guī)避擦輪風險。擦輪的原理是輪軌黏著總制動力小于閘瓦總制動力，造成車輪抱死擦傷，采取提高線路黏著系數(shù)、選擇合適的制動減速度等方式可有效規(guī)避擦輪風險。