重庆地铁一号线轮对异常磨耗问题及对策研究

刘明珠

摘 要：本文从理论上系统阐述了城市轨道交通轮对异常磨耗常见现象、异常磨耗原理，并提出相应的预防改进措施。这对延长轮对使用寿命、改善轮轨关系、减少轮轨异常磨耗、有效降低运营成本、保证城轨地铁车辆运营安全具有重要的指导意义。

关键词：轮对;异常磨耗;磨耗原理

中图分类号：U211.5;U213.4文献标识码：A 文章编号：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

輪对异常磨耗使轮轨使用寿命缩短，且加大了一线员工的检修工作量和对轮轨材料的损耗，增加了运营成本，严重影响城轨地铁车辆的正常运用与运营。如何切实有效地延长轮对使用寿命、改善轮轨关系、减少轮对异常磨耗、降低运营成本，并保证地铁车辆运营运用安全，已成为重庆轨道交通（集团）有限公司运营一公司有关部门的重要工作。

1 故障情况调查分析及故障现象概述

1.1 故障情况调查分析

笔者通过随机抽样14对重庆地铁一号线运营列车，统计了2015年12月至2018年9月底在赖家桥车辆车间轮对检修故障，统计结果见图1和图2。

从图1和图2可以看出，重庆地铁一号线轮对故障现象主要分为以下几类：同轮轮径差超限、同轴轮径差超限、同一转向架轮径差超限、轮缘增厚，且与列车车号的奇偶数存在一定关系，其中以同轮轮径差超限故障尤为严重。

1.2 故障现象概述

同轮轮径差超限：同一车轮轮径测量横断面上的最大与最小直径的差值超过规定值，又称作轮对失圆[1]。

轮径差超限：是指同一车轴或同一转向架上的车轮最大与最小轮径差值超过规定值。

轮缘增厚：轮缘厚度测量值过大，主要由于踏面的异常磨耗，其磨耗速度大于轮缘的磨耗速度，造成其整体下陷，引起轮缘尺测量基准点下降，导致轮缘测量点更靠近轮缘根部，使测量值过大，甚至超出了轮缘尺所能测量的极限。测量轮缘厚度时出现增厚的情况，这种现象被称为轮缘“虚假”增厚。

2 故障原理

影响轮对异常磨耗的因素很多。本文主要从转向架与轮对关系、线路状态、踏面制动过度或不均、踏面形状、轮轨材质（强度、表面硬度）及轮轨摩擦关系等几方面进行分析。

2.1 转向架与轮对磨耗关系

转向架轴距的长短及轮对与转向架有无横向位移，将直接影响列车通过曲线的难易和轮缘根部的磨损;转向架尺寸磨耗过大，容易造成轮对轮重及轴重分配不均，也会导致轮对产生偏磨的现象，从而使同一车轴或同一转向架上车轮的最大轮径与最小轮径差值超限。

2.2 线路状态

表1为重庆地铁一号线线路的状况。

从表1可以看出，重庆地铁一号线线路曲线半径小、路况复杂、坡度大，这是加剧轮对异常磨耗的一个重要因素。一方面，曲线半径越小，转向架与轨道的冲角（轮缘与钢轨接触点处切线与车轮平面的夹角）越大，车轮对钢轨的冲击越大，所以轮缘磨耗越大。另一方面，列车在运行中轮对通过踏面的曲线率来调整轮径，使轮对偏移轮径较小的一边产生横向移动产生轮缘偏磨。在实际运行过程中，如果轮径小的车轮处于外轨侧，在过弯道时，由于离心力的作用，会造成外轨轮承重比内轨轮大，加快车轮磨耗。

2.3 车轮踏面制动力过大或制动力不均

若列车制动过大，会使闸瓦完全抱死轮对及较强制动力施加产生的瞬间高温来不及扩散，从而容易造成车轮踏面出现剥离的现象。制动力不均时，在相同的外界条件下，将会导致拖车车轮踏面磨耗率大于动车的磨耗率。

2.4 踏面形状

研究表明，在新标准踏面投入运营前期，踏面与轮缘磨损严重。当锥形标准踏面磨耗到一定凹形程度后，外形便相对稳定，磨耗速度减小。因此，可以将新踏面直接做成磨耗型踏面形状，从而减小车轮踏面和曲线上的轮缘磨耗。

2.5 轮轨材质

轮轨硬度匹配也是轮轨磨耗的主要因素，轮轨硬度不匹配会导致轮轨磨耗严重。单方面增加钢轨或轮对硬度，也会造成轮轨关系恶化，将加速轮轨异常磨耗，不利于降低成本。根据国内长期地铁车辆运营经验，期望“多磨轮，少磨轨”，这是由于修车轮比修钢轨更容易、更经济，且不会影响列车正常运营。笔者对国内其他城市地铁线路轮轨匹配及硬度值的调查结果如表2所示。

从表2可知，国内其他城市大部分地铁线路车轮硬度的取值一般比钢轨硬度略低。同时，对轮轨硬度标称比值、初始硬度比值和终极硬度比值分析见表3（本文将ER9等同于R9T进行研究，在车轮厂家实际生产过程中，由于R9T和ER9的化学成分和力学性能要求区别不大，R9T的材质是按照ER9的成分要求来控制生产的，从某种角度来说R9T就是ER9）。

研究表明，当H轨/H轮比值大于1时，轨磨损开始降低;当H轨/H轮比值小于0.96时，轨磨损明显上升;当H轨/H轮比值为1时;轮轨磨损相等，总磨损也最低。从表2和表3可以看出，国内其他城市大部分地铁线路H轨/H轮比值为1.01，趋近于1[2]。

2.6 轮轨摩擦关系

为了改善轮轨摩擦关系，降低轮轨摩擦系数，重庆地铁一号线在车号为奇数的列车上安装了轮缘润滑装置，每列车在端部的第一个轮对上安装轮缘润滑装置，控制模式为时间控制加弯道控制。这是导致偶数车号列车故障多于奇数车号列车的一个重要原因。

3 预防建议及改进措施

3.1 做好日常检修与保养工作

车辆检修人员要做好地铁车辆日常检查与保养工作，优化转向架悬挂参数和转向架横向位移。加强对转向架和轮对状态的检查检修，并做好跟踪记录，确保转向架和轮对磨耗在标准范围内，防止转向架、车轮带病工作致使磨损程度扩大。若条件允许，可采用径向转向架，以减小车轮磨耗。同时，做好备品周转轮对，便于故障轮对旋修后的配对使用。

3.2 抓好质量源头、做好匹配工作

抓好闸瓦、轮对和钢轨的质量，从源头上杜绝因质量不过关带来的异常磨耗。同时，还应做好闸瓦与轮对、轮对与钢轨之间的合理摩擦匹配的试验研究工作，确保闸瓦与轮对、轮对与钢轨之间的合理匹配，减少因材质匹配不当造成异常磨耗[3]。

3.4 做好司机培训工作

加强正线列车司机业务培训，提高其操作技能。合理使用制动机及制动力，减少制动使用频率，尽力避免车轮空转，提高列车运行平稳性。同时，在确保安全运行的前提下，适当调整制动力与制动响应时间，最大限度地减少制动给轮对带来的磨耗。

3.5 改善轮轨摩擦系数

做好对小半径曲线的涂油工作，加强轮缘润滑装置的检查检修，调整现有润滑装置的润滑时间及油润材质;在小半径地段安装地面固定喷油润滑系统，确保在曲线处可以喷油，降低钢轨与轮对的摩擦系数。为了进一步降低列车车轮磨耗，改善轮轨关系，可对偶数号列车转向架加装LCF固体轮缘润滑装置的可行性和经济性进行研究分析。该技术已成功用于多个城市地铁和铁路机车，在我国已经用于香港地铁、上海地铁、南京地铁、北京地铁、沈阳地铁和青藏铁路等，有效解决了轮轨之间的摩擦问题。同时，定期对钢轨进行预防性打磨，消除钢轨表面脱碳层、轨面毛刺、锈迹等瑕疵，降低钢轨内侧与轮缘的摩擦系数，进一步改善轮轨关系[4]。

3.6 优化车轮踏面、定期换端运营

优化车轮踏面，尽快探索出一种适合重庆轨道交通（集团）有限公司运营一公司轨道条件的车轮踏面，使之与钢轨的磨耗降低。合理安排计划，根据列车车轮实际情况，定期对列车进行换端运营，使两侧车轮轮缘磨耗速度相近，延长车轮使用寿命。

4 结语

城轨地铁车辆在运行过程中，车轮轮对需要承受较大的动、静载荷，因此轮轨磨耗是不可避免的。本文以重慶地铁一号线为例，探讨轮对异常磨耗问题，并提出具体对策。通过理论上的研究结合实践的可行性，最终达到降低轮轨磨耗速度、延长其使用寿命、改善轮轨关系、减少轮轨异常磨耗、有效降低运营成本的目的，以满足重庆轨道交通运营发展的需要。

参考文献：

[1]李霞，温泽峰，金学松.地铁车轮踏面异常磨耗原因分析[J].机械工程学报，2010（16）：60-66.

[2]王伯铭.城市轨道交通车辆工程[M].成都：西南交通大学出版社，2007.

[3]周清跃，刘丰收，朱梅.轮轨关系中的硬度匹配研究[J].中国铁道科学，2006（5）：37-43.

[4]徐新玉，城市轨道交通轮轨异常磨损原因分析与改进措施[J].机车车辆工艺，2015（5）：43-44.