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1、天津地鐵1號線車輪異常磨耗研究 摘要：介紹了天津地鐵1號線車輛車輪的兩種異常磨耗情況，分析了造成動車和拖車的兩種車輪異常磨耗的原因，提出應對措施。關鍵詞：地鐵車輛；車輪；異常磨耗；中圖分類號：U231文獻標識碼：A天津地鐵1號線，線路總長為26.1km。目前上線運營列車25列，前期運營有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3拖形式編組。隨著運營總里程的的增加及日益增長的客流量，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)濟及社會效益。1.異常磨耗概況1.1動車輪緣異常磨耗7天津地鐵1號線自2006年開通運營至今已運行70余萬公里，在2009年出現(xiàn)了動車輪緣磨耗異常的現(xiàn)象。2009年所有動車輪緣的平均磨耗率為0.31mm/萬km，其中4節(jié)動車輪緣的平均磨耗率為0.27mm/萬km，6節(jié)動車輪緣的平均磨耗率為0.34mm/萬km。2007、2008年所有動車輪緣的平均磨耗率分別為0.18、0.21mm/萬
3、km，磨耗率分別上升74.6%、48.5%，增長速率迅速，動車輪緣出現(xiàn)了厚度過薄、鋒芒、垂直磨耗的現(xiàn)象，處于異常磨耗狀態(tài)。另外，對2009年1至12月期間全線25列車車輪的磨耗率進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在1月和12月動車輪緣磨耗率達到峰值（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)因拖車輪緣過厚而需要進行鏇修的狀況。2010年所有拖車輪徑的平均磨耗率為0.72mm/萬km，其中4節(jié)
4、車輪徑的平均磨耗率為0.75mm/萬km，6節(jié)車輪徑的平均磨耗率為0.69mm/萬km。而2009年所有拖車輪徑的平均磨耗率為0.25mm/萬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，拖車輪對約3年需要換輪（正常換輪周期超過6年），與此同時，拖車的閘瓦也磨耗過快，更換周期不足3個月。而且由于拖車車輪踏面磨耗過快，導致輪緣測量基準點變化，部分輪緣的測量厚度不但不減少，反而增大，如不及時鏇修，車輪踏面上將形成一個凹面，對行車安全造成威脅,處于異常磨耗狀態(tài)。圖2
5、72.原因分析2.1動車異常磨耗分析輪緣厚度磨耗的產(chǎn)生是由于列車在運行過程中，由于各種因素的影響輪對會出現(xiàn)橫向擺動蛇行運動，導致輪緣外側(cè)與鋼軌內(nèi)側(cè)面發(fā)生沖撞和磨耗。尤其是通過道岔和曲線時磨耗更加加劇，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)生過分的擺動特別是車輪通過道岔時容易爬上軌尖，導致列車發(fā)生脫軌事故。2.1.1線路情況復雜天津地鐵1號線是在原有的老線路上分別向南、北延伸擴建而成，全線分為既有線路和新建線路。
6、有著線路復雜，曲線線路多，曲線半徑小的特點。線路情況復雜，既有線路和段場線路鋼軌規(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，車輪運行工況較為惡劣。在通過曲線時外側(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。當曲線欠超高過大，當速度繼續(xù)增大時，曲線半徑小、導向力即正壓力值也大，與沖角的乘積越大，最終導致車輪輪緣的磨耗越嚴重。2.1.2輪軌的硬度匹配關系7大量的統(tǒng)計和試驗證明，當車輪硬度小于鋼軌，車輪接觸鋼軌時，鋼軌表面變形小，車輪的
7、變形大，車輪接觸面被壓平，這時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防止打滑，增加磨耗及擦傷；當車輪硬度大于鋼軌，車輪接觸鋼軌時，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，磨耗相對較小。通過對車輪硬度檢測結(jié)果的統(tǒng)計，1號線的車輪硬度范圍在270~319HB，發(fā)現(xiàn)有40個車輪的硬度小于280HB，占以測量總輪數(shù)的8.93%，而60kg/m鋼軌的硬度為280~300HB，這是導致輪緣磨耗增加的一個原因。2.1.3摩擦系數(shù)的影響運
8、用環(huán)境和接觸表面狀況指標，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，充當磨料的材料逐步被排除，此時摩擦系數(shù)急劇上升，完全磨合后，輪軌間達到一個平衡狀態(tài)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定。經(jīng)過了磨合期，磨耗率卻沒有穩(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，輪軌的摩擦系數(shù)相對較??；而在春冬季節(jié)，空氣干燥，輪軌間的摩擦系數(shù)就相對增加。輪軌間的摩擦副
