地铁车辆缘异常磨耗分析

闫瑞俊

摘要：随着我国地铁建设的蓬勃发展，各种检修技术日趋成熟，在大量数据的支持下，对地铁车辆轮缘异常磨耗原因有了一定的认识，并针对原因采取措施，减少车辆轮缘异常磨耗，确保高效、便捷恢复车辆的使用状态。

关键词：地铁车辆；轮缘；异常磨耗

一、地铁车辆轮缘异常磨耗情况分析

XX线路一共有56组电动客车运营，而每一列车辆设定两个月内进行一次月修，车轮轮缘磨耗速率采集数据周期为2个月一次，平均运行公里数为1.945万km。通过数据分析，可以得出轮缘磨耗速率分布情况（见图1）。

从图1可以看出，每年10月份后到次年4月份前，车轮轮缘磨耗速率偏快，主要是由冬季涂油器及油脂状态不稳定造成的。从2014年开始，车轮轮缘磨耗速率开始有所下降，正是因为开始进行换向出发作业。

二、地铁车辆轮缘异常磨耗原因

轮缘异常磨耗主要是由车辆走行部的动力学性能差引起的，与轮轨材质的匹配性及机械性能、转向架结构及组装状态、列车驱动装置载荷分布状态、线路弯道状态、轴重、运行速度、轮缘润滑方式等因素密切相关。

（一）线路的特殊性

轮对运行到曲线区段时，由于离心现象，一侧车轮轮缘紧靠外轨，加剧该侧轮缘的磨损；又由于早晚高峰超载、超重现象普遍，因此列车经过曲线时加之车轮的蛇形运动和离心力作用，一定程度上加大了车辆的横向冲动力，也加剧了对轮缘的磨损。

（2）该线是一个U形线路，路况复杂且路面上坡道很多，这些特殊线路都是加剧轮缘磨损的原因。虽说车辆运营时有调头表，但并没有认真核对轮缘磨损情况进而对车辆进行有方向性的运营。因此造成轮缘单侧偏磨。

（3）该线是一条路上线路，全年温差很大，车轮在不断运行和制动过程中，反复长期作用下，改变了车轮踏面的内部组织结构，造成局部材质变软，导致踏面轮缘偏磨。

（二）轮对内侧距影响轮缘磨耗

同一轮对内测距过大会造成轮缘磨耗。但在修程工艺上同一转向架前后2个轮对的内侧距之差没有要求，单根轮对内侧距修程工艺要求为（1 353±2）mm，假如前轮对内侧距为1 351 mm、后轮对内侧距为1 355 mm，这样组成的转向架后面轮对的轮缘肯定会受到更严重的磨损。

（三）新旧轮对混搭加剧轮缘磨耗

减少轮缘与钢轨的磨耗是为了减少车轮轮缘与钢轨轨头的磨耗，即轮缘与轨头之间必须留有一定间隙。按《铁路技术管理规程》规定，标准轨距线路，在直线区段的最小轨距为1 433 mm，而标准轮对内侧距最大为1 355 mm。当车轮轮缘最大厚度为32 mm时，轮缘与钢轨的最小游间可由下式求得：δ=1 433-（1 355+32×2）=14 mm。可知，每侧轮缘与钢轨轨头最小游间为7 mm，完全可以保证在正常状态下轮缘与钢轨不致发生严重磨耗。此外，从车辆运行质量上考虑，游间过大将增大蛇行运动幅度。因此，从减少轮轨磨耗和提高车辆运行品质两方面考虑，游间不能过大或过小。该线车辆更换备品轮对时使用新镟修轮对（见图2），新旧轮对混搭转向架造成游间不统一，加剧了车轮轮缘的磨耗。

（四）左右车轮轮径差超限

地铁线路规程中规定：单轴左右车轮轮径差不得大于1 mm，单台转向架车轮轮径差不得大于3 mm，单节车车轮轮径差不得大于6 mm。在车辆过弯道时，内轨车轮作滚动运动，外轨车轮滚动与滑动并存，滑动摩擦大大加快轮径磨耗速率。从而外轨车轮轮径磨耗就会比内轨车轮快，左右轮径差超过1 mm时车轮在运行中就必须依靠踏面斜度来调整左右车轮同径，使轮径小的一侧轮缘靠近钢轨，出现轮缘、踏面与钢轨的两点接触状态，轮缘磨耗也会随之迅速加快，同时迫使整个转向架向轮径小的一侧偏移，其他车轮也产生同向偏移，导致该侧其他车轮也产生不同程度的轮缘磨耗。

三、异常磨耗解决方法

（一）根据问题分析，制定具体解决措施并进行试验验证。

（1）将56组电动客车进行换向出发作业。该措施实施后，很快发现内、外轨运行车轮的轮缘磨耗趋于平稳，磨耗速率基本一致。因此，安排电动客车定期进行换向出发作业可有效抑制内、外轨运行车轮磨耗异常的发生。

（2）将H416 4#1位转向架进行实验：原本一轴两侧轮缘均为25.0 mm，二轴两侧轮缘均为26.5 mm，轮缘磨耗率约为0.4 mm/万km，测量一轴内侧距为1 355 mm，二轴内侧距为1 352 mm。更换一轴为备品轮对，内侧距为1 352 mm，两侧轮缘均为27.0 mm，此后观察一个月修（月修间隔1.9万km），两轴的轮缘分别均为26.6 mm、26.2 mm。轮缘磨耗率为0.157～0.210 mm/万km，较之前的轮缘磨耗率（0.4 mm/万km）下降很多。

（3）不使用单根新镟修轮对充当备品轮对与使用过的轮对混搭在同一转向架。

试改变车号为1、2的两组电动客车车轮轮径差限度值：将单轴左、右车轮轮径差由规定的1 mm改为0.5 mm，单台转向架车轮轮径差由规定的3 mm改为1 mm，单节车车轮轮径差由规程规定的6 mm改为2 mm。

通过近两年的运行，跟踪数据显示这两组车的平均轮缘磨耗速率为0.235 mm/万km（见表1）。轮缘磨耗速率较以前有明显下降，且内、外侧轮缘磨耗也处于平稳状态，达到预期效果。

根据以上5种解决方法的效果，该线已进一步扩大试验车的范围，达到有效降低轮缘磨耗速率的目的。

四、高效、节省、便捷的镟修车轮方案

通过跟踪数据发现：轮缘厚度从原形32 mm磨耗至26 mm需要20万km左右，当轮缘厚度一旦低于26 mm，那么运行4万km即可迅速磨耗到限，此时的磨耗量是正常磨耗量的2倍左右。

因此，可将26 mm作为分界线。当轮缘厚度处于26 mm时恢复轮缘原形，轮径值的消耗只需要19.8 mm，车轮在这种情况下可以镟修3次达到报废限度，而且运行公里可达到60万km左右。而轮缘磨耗到限（23 mm）恢复轮缘原形，轮径值的消耗需要29.7 mm，若在此种情况下镟修2次就可以达到报废限度，但运行公里只有48万km左右，同时因为该线电动客车修程公里设定为40万km、60万km，当轮对报废需更换轮对时在48万km要增加生产任务，如在60万km更换轮对可以结合修程工作，则省时省力。可见，当轮缘厚度处于26 mm时是最佳恢复轮缘原形时间点。

五、结束语

试验证明，上述5种方法使该线电动客车车轮轮缘异常磨耗的问题得到了较好解决。在车轮轮缘厚度达到26 mm左右时进行镟修以恢复轮缘原形，可以使车轮得到更长的使用寿命，到车轮使用报废时更可结合修程省时省力地更换轮对。所提5种解决车轮轮缘异常磨耗的方法可以借鉴给其他新线路，使新线路的开通运营更加顺利。