轮缘润滑装置在城市轨道车辆中的应用

张钊

（北京地铁运营有限公司二分公司，北京100000）

1 引言

城市内轨道交通车辆在运行过程中，车轮的轮缘会与轨道的侧面产生摩擦与接触，不仅会形成一定的阻力，还会使轨道与轮缘受到磨耗，特别是轨道车辆在曲线段运行时，这一问题更加明显。为了有效解决这一问题，应对轨道车辆的车轮或轨道进行润滑，从而有效减少轨道与车轮之间的摩擦以及车辆运行的阻力，还也减少动力的损耗与噪声，降低轮轨的磨耗速度，全面提高轨道与车轮的使用期限，并进一步减少车辆的维护成本和运行成本。

2 研究目的、内容与方法

2.1 研究目的

对于地铁运行，钢轨和轮缘的接触是确保其稳定运行的主要保障，即二者配合的状态会直接影响车辆运行的稳定性。所以，如何使钢轨和轮缘达到最佳动态配合是广大技术人员深入研究的主要内容和目的。

相比于传统的锥形踏面车轮，磨耗型车轮在性能的稳定性方面有了质的飞跃，但是在其实际运行过程中依然会出现多种难以预测的磨耗。而如何在轮轨车辆的运行过程中确保轮缘的稳定状态成为主要研究问题。另外，有效减少损耗，延长轮缘的使用寿命，并进一步提高地铁车辆运行的稳定性，也是地铁技术工作人员在多年工作中所追求的目标。

2.2 研究内容

本文通过对北京地铁房山线车轮状态的数据进行收集和分析，得出轮缘磨损严重的相关资料，而后对目前常用的3 种主流轮缘润滑方式进行试验和对比[1]，寻找最佳地铁轮缘润滑方案，并对其进行理论验证，再结合装车试验结果，总结改造后的具体效果。

2.3 研究方法

具体研究流程为：数据采集、统计和分析，润滑装置的选择、安全性能的验证分析以及实际的效果验证。数据采集，统计和分析主要指的是结合先期运行情况收集车轮状态数据并进行统计分析；润滑装置的选择是根据国际主流润滑形式进行试验，选择最优润滑方式；安全性能的验证分析指的是验证所选润滑设备的抗冲击性及寿命，同时，验证所选润滑设备装车后车辆安全性；实验效果的验证是对所选润滑设备进行装车试验并采集数据，然后对比润滑前后车轮磨损状态得出结论。

北京地铁房山线，总体长度约为21.45km，采用高架桥和地下线路混合方式进行运营，车辆驱动形式采用四动车两拖车的编组形式。动车每节车厢的牵引系统由4 台交流电动机组成，设计速度从80km/h 提高至100km/h。同时，房山运营线路结合了车辆运行速度较快，运行线路上设计有高速弯道，线路设计坡度较大等情况，车辆在运行时对轮缘状态有较高的要求。

3 轮缘润滑装置在城市轨道车辆中的应用

3.1 车辆轮缘磨耗分析及润滑装置选型规则制定

为了更加准确地获取房山线各个车组轮径和轮缘的实际数据，需工作人员每月对车辆进行检修时完成数据测量，以此获取有关房山线车辆轮缘磨耗的真实情况，对车辆的行驶状态进行及时调整。

房山线BJD01 型车与地铁二分公司其他线路车辆相比轮缘平均磨耗速度是其他车辆的数倍，且垂直磨耗严重导致恢复轮缘尺寸时需要消耗的轮径值偏高。有部分车组轮缘磨耗最快可达到1.2×10-4mm/km，另有部分车组轮缘磨耗速度超过

5×10-5mm/km。

经过分析后，得出3 种方案：（1）润滑油方式。优点为：覆盖率比较高，且润滑效果好。缺点为：设备比较笨重，而且需要通过焊接进行构架，属于永久式安装，后期的容错率比较低。（2）润滑脂润滑方式。优点为：覆盖率高、对后车润滑效果良好。缺点为：无法准确控制油膜的面积，制动效果不佳，实际运行时噪声较大，从而影响司乘人员对故障的判断。（3）固体润滑方式。优点为：结构比较简单、维护便捷、性能可靠。缺点为：相比于润滑油和润滑脂方式，其润滑效率相对较低。房山线降低轮缘磨耗的方式需要满足在既有线路上运行，同时要明确其安全可靠、效果较明显、安装维护便捷等特性。所以，针对房山线轮缘润滑设备的需求，应选择固体润滑方式。

3.2 润滑装置结构性能验证及装备后车辆安全性分析

3.2.1 润滑器的性能验证

验证机械冲击：确保复合润滑器在安装与使用的过程中，可以承受从车轮位置所传递的单一方向的冲击力，故应对冲击方向做好机械冲击方面的验证。

验证耐久性：为了确保复合润滑器安装使用时在横向、纵向、垂向上不会产生疲劳裂纹，故对其进行了疲劳性耐久验证。

3.2.2 支架性能验证

验证机械冲击：确保支架安装使用过程中，可以承受由符合润滑器所传递过来的单一方向的冲击力，故应对冲击方向进行机械冲击验证。

验证耐久性：为了确保支架安装使用时在横向、纵向、垂向上不会产生疲劳裂纹，故对其进行了疲劳性耐久试验。

3.2.3 设备安装后车辆安全性验证

房山线的B 型盘式制动（CW6500D 型）地铁动车加装了棒式轮缘润滑装置，为了确保加装轮缘润滑装置后的车辆能够安全、平稳的运行，应对该车型进行了动力学性能分析计算及参数优化。主要验证的内容如下：（1）车辆模型的标定与轨道激绕的输入；（2）车辆动力学性能计算方法和评定；（3）车辆运动稳定性（临界速度）及平稳性（平稳指标）；（4）车辆曲线通过能力；（5）车辆自振频率及轴重转移验证；（6）车轮磨耗后运动稳定性（临界速度）及平稳性（平稳指标）；（7）车辆磨耗后曲线通过能力。

4 轮缘润滑装置装车后效果验证

通过对北京地铁房山线的B 型盘式制动列车进行的安全性能分析得出结论如下：新造车整体在各式载荷工况下，动车、拖车临界速度均远超线路设计值，能够满足100～140km/h 速度级别的要求，且有足够的余量；在140km/h 的速度界限内，列车水平方向和垂直方向的稳定性指标均小于判定值；依据所验证的速度，通过不同半径弯道时车轮与车轴的横向力均小于临界值，脱轨系数、轮重减载率和倾覆系数也都处在安全界限内。

验证结果表明，北京地铁房山线的B 型盘式制动地铁动车、拖车在加装轮缘润滑装置后的各项动力学指标均符合GB/T 5599—2019《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中的规定，且具有足够的蛇行稳定性，能够满足线路正常运行速度的要求。

5 轮缘润滑装置在城市轨道车辆上应用的优势

经分析，轮缘润滑装置对降低本车组轮缘磨耗以及未安装润滑装置车组的轮缘磨耗都起到了作用，对改善轮轨关系提高运行稳定性都有显著的效果。在安装轮缘润滑装置后加装润滑设备与未加装润滑设备的列车在空载和额定负载条件下，牵引制动性能及运行稳定性均无异常，整车牵引制动性能良好，运行稳定。同时，安装后，车轮轮缘的磨耗速度降低了2/3，有效减少了车辆的检修与维护费用和工作量，确保了车辆运行的安全性和稳定性。

6 结语

综上所述，通过轮缘润滑装置可以有效降低地铁轮缘磨耗，确保钢轨和车轮之间可以保持稳定的关系，从而提高轮饼的更换周期，降低检修和维修成本，充分表明在未来的城市轨道交通行业中，轮缘润滑技术应用的重要价值与重要意义。