地鐵車輛輪對踏面鏇修工藝的研究

楊培義，劉峻峰，趙 慧

（鄭州鐵路職業技術學院，鄭州450046）

0 引言

隨著軌道交通的快速發展，對車輛相關設備的維保管理愈顯重要。輪對作為車輛易耗件[1]，其維修或更換的資金是地鐵維保的重要支出項。因為車輪與軌道之間一直存在相互作用，所以在地鐵運營中輪緣和踏面被不斷磨損。踏面的磨耗直接影響列車運行平穩性和輪軌的使用壽命，需要及時對其進行鏇修或者更換作業。

如何保障輪對自始至終處于使用的安全范圍內，同時最大限度延長其使用壽命，降低維保成本等問題，一直備受公司關注。因此，及時判斷輪對磨損狀況，找出其磨耗規律，并結合公司輪對運維標準，合理制定輪對維保方案，使其磨耗一直處于安全限內，并對其運行安全性及鏇修方式的經濟性進行評析，嚴重影響車輛性能和運營成本。

1 輪對踏面磨耗形式

車輪與軌道之間的相對運動力學性能直接影響著輪對磨耗，其磨損情況與線路和輪軌材料密切相關。造成輪對磨耗的原因比較復雜，根據磨耗后的表現形式，可分為很多種，這里主要介紹三種常見的磨耗形式：踏面剝離、輪徑超差、踏面磨損。

1.1 踏面剝離

踏面的剝離是指踏面表面會產生小凹坑，金屬片狀剝落，如圖1 所示。踏面剝離有熱剝離和疲勞剝離之分[2]。熱剝離主要是因制動作用產生的踏面熱裂紋引起的，裂紋沿著與踏面近似垂直或平行的方向延伸，因此又稱制動剝離；疲勞剝離是指踏面長期磨損后產生的疲勞裂紋隨車輪轉動向內部延伸。踏面剝離如果不能及時處理，會導致裂紋向周圍延伸，剝離區域加劇，使用壽命大大縮短，引起車輛沖擊振動，影響行車安全。

圖1 車輪踏面剝離

1.2 輪徑超差

車輛在運行過程中，輪對左右兩側同型號車輪共用一根車軸，轉動的角速度一致。如果兩側車輪的直徑一致，車輪的滾動則為直線；若存在輪徑差，車輪的滾動將會產生偏移，偏離原軌道，輕則輪對磨耗磨損，重則車輛傾覆，影響到行車和乘客安全。因此，同一軸輪徑差（車輪踏面滾動圓直徑相差值）會有一定的界限范圍以保證車輛系統的動力學性能等。輪徑差過大過小都會影響輪對踏面，造成車輛異常振動，甚至更嚴重的后果。

1.3 踏面磨損

輪對踏面具有一定的斜度，故稱錐形踏面，斜度可以保證車輪在直線運行時使輪對能自動調中；在曲線運行時，由于離心力的作用使輪對偏向外軌，由于踏面斜度的存在，使外軌上滾動的車輪以較大的滾動圓滾動，在內軌上以較小的滾動圓滾動，從而減少了車輪在鋼軌上滑動，使輪對順利通過曲線。

若踏面磨耗過度，導致踏面斜度受到破壞，便不能順利通過曲線，也會加劇列車蛇行運動或異常振動，加劇輪軌的磨損，如圖2 所示。踏面的凹入，往往會使輪緣相對高度增加，磨損超過一定限度時需要鏇修，否則會發生鋼軌的魚尾板螺栓被輪緣根部切斷等情況，導致列車傾覆[3]。

圖2 車輪踏面磨損

2 輪對踏面鏇修的技術要求

地鐵列車運營達到一定的里程后，輪對踏面會受到不同程度的磨耗磨損，有些可以達到鏇修的限度。車輪鏇修的主要工藝裝備主要包括下沉式不落輪鏇床。

車輪鏇修主要包括以下7 道工序，對應的技術要求如下：

（1）工前準備

對應的技術要求：

1）工前著裝符合勞保規定；

2）準備好工卡量具，要齊全并性能良好；

3）按規定進行工前設備保養。

（2）鏇修前各部檢查

對應的技術要求：

1）檢查頂針孔無異物，無偏磨、欠損等缺陷；

2）滾動軸承輪對須戴橡膠防護套；

3）檢查、測量踏面各部尺寸和缺陷，選擇合理鏇修量。

（3）鏇修輪緣及踏面要求

對應的技術要求：

1）參照磨耗型踏面，采用下沉式不落輪鏇床鏇修及測量；

2）輸入各項加修數據；

3）從輪緣內側進行對刀，從踏面外側開始鏇修輪對踏面及輪緣。

（4）鏇修后達到標準

對應的技術要求：

1）踏面的剝離、凹下等缺陷超過段修限度，缺陷必須全部消除；

2）踏面及輪緣加修部位表面達到一定的粗糙度，須達到Ra25μm；

3）輪緣厚度須≥26 mm，輪緣高度須達27±1 mm；

4）輪輞厚度≥28 mm；

5）車輪直徑：a. 同一輪對輪徑差不得大于1 mm。b.同一轉向架各輪徑差不得大于2 mm。

（5）畫標記、填寫記錄

對應的技術要求：

1）檢測合格后的輪對在輪輞內側用粉筆畫合格標記；

2）輪緣厚度不足28 mm 時，畫限裝一年車標記；

3）填寫踏面旋修記錄，字跡清晰、整潔。

（6）輪對鏇修后交驗

對應的技術要求：

每條輪對旋修后，工長、質檢員、驗收員必須進行逐級交驗，交驗合格后，在輪對輻板外側畫相應標記。

（7）完工整備

對應的技術要求：

1）關閉各部開關，拉閘斷電，工具存放在工具箱內；

2）清掃擦拭機床，無鐵屑灰塵，符合設備保養規定；

3）清掃場地，無鐵屑、灰塵、油污等。

在鏇輪前，根據鏇輪通知單，需要熟悉有關輪對數據，深入了解車輪踏面磨耗的類型，同時兼顧同軸、同轉向架、同列車相關聯的精度與技術要求，明確鏇修任務。合理采用等級鏇修方式，恢復車輪外形輪廓，同時最小程度地減小輪徑值，最終延長輪對使用壽命。

3 鏇修工藝與經濟性分析

3.1 車輪鏇修工藝

地鐵列車鏇輪時大都采用下沉式不落輪鏇床，其安裝在地面軌道下。在測量或鏇修作業時，可省去分解輪對的工序，直接把整列車牽引到不落輪鏇床工作臺上。利用軸箱和輪分別進行徑向和橫向定位，能夠明顯減少輔助時間，提高工作效率[4]。

3.1.1 踏面剝離鏇修工藝

踏面剝離區域的材料硬度高，當圓周切向力達到一定值，魚鱗狀片就會脫落變成小凹坑。若切削深度沒超過剝離底部，鏇修時在受車刀圓周切向力的作用下，有可能導致整個剝離塊脫落，另外高頻率的刀具和剝離區材料接觸摩擦，容易使刀具損壞。因此鏇輪時，不但要選擇主軸速度慢、進給量小、切削深度盡可能超過剝離底部等參數，還要選擇高硬度和沖擊韌性的刀片。鏇輪時，一定要將剝離區域完全修復，否則在運行中輪對踏面會繼續剝離，擴大輪對損傷，進而降低使用壽命。

3.1.2 輪徑超差鏇修工藝

輪徑超差現象可能發生在同一車軸，也可能是同一轉向架或同一節車，因此鏇輪前一定要充分地分析每節車的輪徑值和輪緣厚度的數據，然后對比找出輪徑最大、最小的車輪，及輪緣厚度最小的車輪。輪緣厚度的恢復量與輪徑的減少量存在計算比例，約為1:4.5，按照這個比例，可以計算出輪徑最小的車輪恢復到合理目標輪緣厚度的直徑值，接著根據鏇輪通知單技術要求，最后計算出其他軸處于合理范圍內的輪緣目標厚度和輪徑目標值，按部就班、選擇性地鏇輪。

3.1.3 踏面磨損鏇修工藝

踏面受到磨損后，考慮到輾變和踏面中部存在的凹陷，輪外側倒角和靠近外側的踏面圓周面會有較大的余量，導致踏面磨損區隨輪緣高度而擴大，因此在進行鏇修時，第1 刀必須考慮切削深度是否可能偏大。若在加工時，機床或刀具無法承受，第1 次則要以當前輪徑的負切削深度為準，除去踏面與車輪外側面的輪緣底部和輾變量，接著利用車輪外形模板確認切削深度。這樣的處理，不但恢復了車輪外廓，同時不浪費輪徑值[5]。

3.2 鏇修經濟性分析

目前，我國地鐵車輛在檢修過程中，為了保證輪的使用壽命，要求將車輛恢復到新車標準，即以LM32 磨耗型輪對踏面作為標準進行鏇修[6]。

地鐵車輛的新車輪輪徑是840 mm，磨損下限是770 mm。對比其他檢修方式，結合經濟性等進行分析，最終選用等級鏇修方式。以某地鐵車輛鏇修為例，其地鐵輪徑鏇修的數據統計表，見表1。

在正常磨耗修復的情況下，由表1 及原有數據可知，輪緣每修復1 mm，踏面直徑方向將對應減少約3 ～4 mm（見表1）。據統計，輪緣的磨耗平均為0.263 mm/萬km，踏面磨耗平均為0.173 mm/萬km。由此可見，踏面磨耗程度明顯低于輪緣磨耗，因此在鏇輪時，可以選取恢復輪緣磨耗所需的切削量，用作鏇輪的最終值。

表1 輪對鏇修數據統計（單位：mm）

鏇輪時，嚴格高標準要求其輪廓外觀。地鐵現有輪對基本都是以LM32 磨耗型踏面為標準，進行鏇修。若每次鏇輪都要恢復32 mm 的輪緣厚度標準，則無法兼顧經濟性。如果輪緣厚度為28 mm 的輪對以LM32 為標準進行鏇修，輪徑值將減少16 mm 以上，明顯不行。

某地鐵經過部門研究，最終以總公司現有規定的幾種磨耗型踏面為標準，采取等級修的方式進行鏇輪恢復，即當輪緣厚度＜29 mm 時，以LM28 為標準鏇修；29 ≤輪緣厚度≤30 mm 時，以LM30 為標準鏇修，輪緣厚度≥30 mm 時，以LM32 為標準鏇修（如圖3）。

圖3 兩種踏面外形輪廓圖

等級修復標準的確定，很大程度上降低了踏面鏇修導致的損失。見表1，原輪徑值829 mm，輪緣厚28 mm 的車輪，選用原有LM32 踏面鏇修，輪徑減少11 mm；選用等級修方式，即選用LM28 踏面鏇修，輪徑將減少2 mm 左右。經統計分析，每磨耗1 mm 輪徑將花費153.5 元，相比節約近2 400 元，經濟性有著明顯的優勢。

4 鏇修工藝總結

經上述工藝分析，針對地鐵車輛輪對表現出來的不同磨耗形式，選用不同工藝和等級修復標準去鏇修，能夠明顯提高輪對使用壽命，兼顧地鐵公司經濟性和乘車舒適度。只有不斷總結，才能分析出更科學的鏇修工藝。

5 結語

輪對是地鐵車輛易耗易損件，其磨耗磨損程度直接影響著行車安全性和輪軌使用壽命。因此及時科學地選用適當的踏面鏇修工藝，可以使得輪對磨耗始終處于安全限度范圍內，延長使用壽命，保證列車運行安全和舒適性，同時為后續開展其他相關的工藝分析提供了借鑒經驗。