天津地鐵1號(hào)線車輪異常磨耗分析

1、<p>　　天津地鐵1號(hào)線車輪異常磨耗分析</p><p>　　摘要：介紹了天津地鐵1號(hào)線車輛車輪的兩種異常磨耗情況，分析了造成動(dòng)車和拖車的兩種車輪異常磨耗的原因，提出應(yīng)對(duì)措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地鐵車輛；車輪；異常磨耗； </p><p>　　中圖分類號(hào)：U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　天津地鐵1號(hào)線

2、，線路總長(zhǎng)為26.1km。目前上線運(yùn)營(yíng)列車25列，前期運(yùn)營(yíng)有4、6節(jié)編組列車。為滿足乘客的出行要求，2011年后全部改編為6節(jié)編組列車，為3動(dòng)3拖形式編組。隨著運(yùn)營(yíng)總里程的的增加及日益增長(zhǎng)的客流量，受到車輛自身因素及線路等多方面的影響，車輪出現(xiàn)了車輪異常磨耗的現(xiàn)象，影響了車輪的使用壽命。因此，分析出異常磨耗的原因，找到相應(yīng)的解決措施，不僅可以提高車輪的使用壽命，還能確保行車安全，具有顯著的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。 </p><

3、;p><b>　　1.異常磨耗概況 </b></p><p>　　1.1動(dòng)車輪緣異常磨耗 </p><p>　　天津地鐵1號(hào)線自2006年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)至今已運(yùn)行70余萬(wàn)公里，在2009年出現(xiàn)了動(dòng)車輪緣磨耗異常的現(xiàn)象。2009年所有動(dòng)車輪緣的平均磨耗率為0.31mm/萬(wàn)km，其中4節(jié)動(dòng)車輪緣的平均磨耗率為0.27mm/萬(wàn)km，6節(jié)動(dòng)車輪緣的平均磨耗率為0.34mm/萬(wàn)

4、km。2007、2008年所有動(dòng)車輪緣的平均磨耗率分別為0.18、0.21mm/萬(wàn)km，磨耗率分別上升74.6%、48.5%，增長(zhǎng)速率迅速，動(dòng)車輪緣出現(xiàn)了厚度過(guò)薄、鋒芒、垂直磨耗的現(xiàn)象，處于異常磨耗狀態(tài)。 </p><p>　　另外，對(duì)2009年1至12月期間全線25列車車輪的磨耗率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在1月和12月動(dòng)車輪緣磨耗率達(dá)到峰值（圖1），基本是其他月份輪緣磨耗率的2-3倍，這與前兩年同一時(shí)間內(nèi)輪緣磨耗情況

5、大致相同。 </p><p><b>　　圖1 </b></p><p>　　1.2拖車輪徑異常磨耗 </p><p>　　2010年1號(hào)線車輛出現(xiàn)了拖車輪緣厚度突增的現(xiàn)象，接連出現(xiàn)因拖車輪緣過(guò)厚而需要進(jìn)行鏇修的狀況。2010年所有拖車輪徑的平均磨耗率為0.72mm/萬(wàn)km，其中4節(jié)車輪徑的平均磨耗率為0.75mm/萬(wàn)km，6節(jié)車輪徑的平均磨耗

6、率為0.69mm/萬(wàn)km。而2009年所有拖車輪徑的平均磨耗率為0.25mm/萬(wàn)km，輪徑磨耗率增加2倍，較多拖車車輪踏面出現(xiàn)了明顯的溝槽狀磨損（圖2），按照磨耗統(tǒng)計(jì)，拖車輪對(duì)約3年需要換輪（正常換輪周期超過(guò)6 年），與此同時(shí)，拖車的閘瓦也磨耗過(guò)快，更換周期不足3 個(gè)月。而且由于拖車車輪踏面磨耗過(guò)快，導(dǎo)致輪緣測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)變化，部分輪緣的測(cè)量厚度不但不減少，反而增大，如不及時(shí)鏇修，車輪踏面上將形成一個(gè)凹面，對(duì)行車安全造成威脅,處于異常磨耗狀

7、態(tài)。 </p><p><b>　　圖2 </b></p><p><b>　　2.原因分析 </b></p><p>　　2.1動(dòng)車異常磨耗分析 </p><p>　　輪緣厚度磨耗的產(chǎn)生是由于列車在運(yùn)行過(guò)程中，由于各種因素的影響輪對(duì)會(huì)出現(xiàn)橫向擺動(dòng)蛇行運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致輪緣外側(cè)與鋼軌內(nèi)側(cè)面發(fā)生沖撞和磨耗。尤

8、其是通過(guò)道岔和曲線時(shí)磨耗更加加劇，這種磨耗是不能避免的。輪緣厚度磨耗超限后，其根部變薄、強(qiáng)度下降，易在輪緣根部產(chǎn)生裂紋以至缺損，并且增大輪緣與鋼軌間的游隙，使車輛發(fā)生過(guò)分的擺動(dòng)特別是車輪通過(guò)道岔時(shí)容易爬上軌尖，導(dǎo)致列車發(fā)生脫軌事故。 </p><p>　　2.1.1線路情況復(fù)雜 </p><p>　　天津地鐵1號(hào)線是在原有的老線路上分別向南、北延伸擴(kuò)建而成，全線分為既有線路和新建線路。有著

9、線路復(fù)雜，曲線線路多，曲線半徑小的特點(diǎn)。線路情況復(fù)雜，既有線路和段場(chǎng)線路鋼軌規(guī)格為50kg/m，新建線路鋼軌規(guī)格為60kg/m。線路中有許多小半徑曲線，其中半徑小于300m的曲線段有14處，車輪運(yùn)行工況較為惡劣。在通過(guò)曲線時(shí)外側(cè)車輪輪緣緊靠鋼軌內(nèi)側(cè)，不可避免的發(fā)生輪緣磨耗。當(dāng)曲線欠超高過(guò)大，當(dāng)速度繼續(xù)增大時(shí)，曲線半徑小、導(dǎo)向力即正壓力值也大，與沖角的乘積越大，最終導(dǎo)致車輪輪緣的磨耗越嚴(yán)重。 </p><p>　　

10、2.1.2輪軌的硬度匹配關(guān)系 </p><p>　　大量的統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)證明，當(dāng)車輪硬度小于鋼軌，車輪接觸鋼軌時(shí)，鋼軌表面變形小，車輪的變形大，車輪接觸面被壓平，這時(shí)車輪與鋼軌接觸面接近平面，車輪與鋼軌只能靠表面的粗糙程度來(lái)防止打滑，增加磨耗及擦傷；當(dāng)車輪硬度大于鋼軌，車輪接觸鋼軌時(shí)，車輪表面的變形小，而鋼軌的變形大，車輪“嵌入”鋼軌中，這種情況下車輪鋼軌接觸面是曲面，輪軌不易打滑，磨耗相對(duì)較小。 </p>

11、;<p>　　通過(guò)對(duì)車輪硬度檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，1號(hào)線的車輪硬度范圍在270~319HB，發(fā)現(xiàn)有40個(gè)車輪的硬度小于280HB，占以測(cè)量總輪數(shù)的8.93%，而60kg/m鋼軌的硬度為280~300HB，這是導(dǎo)致輪緣磨耗增加的一個(gè)原因。 </p><p>　　2.1.3摩擦系數(shù)的影響 </p><p>　　運(yùn)用環(huán)境和接觸表面狀況指標(biāo)，都可歸結(jié)為摩擦系數(shù)的影響。軌道和車輪屬于一副摩擦

12、副，隨著輪軌的接觸，輪軌界面磨合接觸面積增大，充當(dāng)磨料的材料逐步被排除，此時(shí)摩擦系數(shù)急劇上升，完全磨合后，輪軌間達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)了磨合期，磨耗率卻沒(méi)有穩(wěn)定，主要原因是輪軌的接觸狀態(tài)被外界因素改變了，在每年的季節(jié)變換的時(shí)間段內(nèi)，鋼軌表面的狀態(tài)發(fā)生了變化，在夏秋季節(jié)，空氣濕潤(rùn)，輪軌的摩擦系數(shù)相對(duì)較??；而在春冬季節(jié)，空氣干燥，輪軌間的摩擦系數(shù)就相對(duì)增加。輪軌間的摩擦副在一年內(nèi)反復(fù)進(jìn)行磨合，造成車輪磨耗異常，并出現(xiàn)隨季節(jié)變化

13、的趨勢(shì)。 </p><p>　　2.2拖車異常磨耗分析 </p><p>　　車輪踏面磨耗是由于車輪沿鋼軌運(yùn)行時(shí)，踏面與鋼軌接觸面是很小的橢圓面，故踏面單位面積上承受的接觸應(yīng)力很大，因而踏面會(huì)產(chǎn)生塑性變形，生成一層很薄的白硬層。在制動(dòng)過(guò)程中，由于閘瓦與車輪的摩擦，使踏面表面溫度升得很高，受冷風(fēng)雨雪等急冷后也會(huì)生成脆硬的淬火組織。這兩種組織在輪對(duì)通過(guò)軌道接頭承受沖擊的過(guò)程中易剝落。踏面磨耗后

14、，影響車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性，輪緣高度相應(yīng)增高，運(yùn)行中可能撞擊魚(yú)尾板或輪緣槽底面，引起車輛顛覆事故。 </p><p>　　2.2.1制動(dòng)系統(tǒng)的影響 </p><p>　　2010年初，車輛統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)閘瓦消耗增加明顯，車輪與閘瓦是一對(duì)摩擦副，摩擦系數(shù)的穩(wěn)定才能保證車輪與閘瓦的正常磨耗。由于再生制動(dòng)的取消，電制動(dòng)力功率一定，不足的制動(dòng)力需要空氣制動(dòng)彌補(bǔ)，導(dǎo)致空氣制動(dòng)量增大。而空氣制動(dòng)主要作用于拖車

15、上，導(dǎo)致輪對(duì)與閘瓦的磨耗增大，而閘瓦在與車輪踏面作用時(shí)對(duì)車輪的擠壓造成車輪踏面產(chǎn)生溝槽，輪緣得到補(bǔ)償增厚，輪徑磨耗增加。 </p><p>　　2.2.2駕駛模式的因素 </p><p>　　2010年初，正線使用ATP駕駛模式，比照以往的EUM(人工駕駛)模式，在各個(gè)區(qū)段內(nèi)都增加限速，司機(jī)在駕駛過(guò)程中制動(dòng)和牽引次數(shù)增加，減少了惰行量，頻繁的制動(dòng)也是導(dǎo)致輪徑磨耗增加的因素。另外，在ATP模

16、式中，進(jìn)站速度提高了，相同的制動(dòng)距離內(nèi)，提高了制動(dòng)的初速度，就要增大制動(dòng)的加速度，這就需要增大制動(dòng)力，以保證列車的制動(dòng)效果。制動(dòng)力增加導(dǎo)致空氣制動(dòng)量增加，增大輪徑磨耗。 </p><p><b>　　3.應(yīng)對(duì)措施 </b></p><p>　　3.1改善輪軌關(guān)系 </p><p>　　對(duì)正線彎道、折返線、小半徑曲線軌道等容易造成輪軌磨耗的部位重

17、點(diǎn)維護(hù)，進(jìn)行涂油潤(rùn)滑。車輛加裝輪緣潤(rùn)滑裝置，從而改善輪軌接觸情況，降低輪軌磨耗。 </p><p>　　3.2選配車輪與閘瓦的材質(zhì) </p><p>　　選用相對(duì)與車輪硬度低、對(duì)踏面有修復(fù)作用的閘瓦。有條件的情況下，在新線籌備時(shí)，選用車輪、閘瓦及鋼軌硬度相匹配的硬度值。 </p><p>　　3.3調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù) </p><p>　　調(diào)整

18、拖車空氣制動(dòng)力和動(dòng)車電制動(dòng)力的分配比例。在保證列車相同制動(dòng)率的前提下，提高動(dòng)車電制動(dòng)力，降低拖車空氣制動(dòng)力，減小拖車閘瓦壓力。降低電制動(dòng)力消失點(diǎn)速度，低速下的制動(dòng)能量遠(yuǎn)低于高速下的制動(dòng)能量，閘瓦壓力也小，可明顯減少車輪踏面磨耗。 </p><p>　　3.4合理的鏇修模式 </p><p>　　當(dāng)輪緣厚度磨耗到27-28mm時(shí)就進(jìn)行旋修，做到早發(fā)現(xiàn)早修復(fù)，避免易造成異常磨耗的損傷擴(kuò)大。最大

19、限度地減少車輪的鏇修量，延長(zhǎng)車輪的壽命。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1].嚴(yán)雋耄.車輛工程[Ｍ].北京:中國(guó)鐵道出版社,1992. </p><p>　　[2].王錫偉.上海地鐵車輪輪緣非正常磨耗的初步分析[J].鐵道車輛,1997,(3):36-38,49 </p><p&g