天津地鐵1號(hào)線車輪異常磨耗研究

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1、天津地鐵1號(hào)線車輪異常磨耗研究  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。關(guān)鍵詞:地鐵車輛;車輪;異常磨耗;中圖分類號(hào):U231文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A天津地鐵1號(hào)線,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

2、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。1.異常磨耗概況1.1動(dòng)車輪緣異常磨耗7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)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)

3、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)。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)輪緣磨耗情況大致相同。圖11.2拖車輪徑異常磨耗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)

4、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,處于異常磨耗狀態(tài)。圖2

5、72.原因分析2.1動(dòng)車異常磨耗分析輪緣厚度磨耗的產(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。2.1.1線路情況復(fù)雜天津地鐵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。

6、有著線路復(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。2.1.2輪軌的硬度匹配關(guān)系7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

7、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。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。2.1.3摩擦系數(shù)的影響運(yùn)

8、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

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