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摘要：本文介绍客运列车踏面清扫装置的原理和应用情况，对踏面清扫研磨子出现金属镶嵌问题进行分析研究，并对该问题提供相应的解决措施。
关键词：踏面清扫;高速客运列车;金属镶嵌
一、研究背景
客运列车目前广泛采用盘型制动方式，盘型制动主要依靠于制动闸片与盘型制动盘间产生摩擦后，将动能转化为热能，降低车辆运行速度。盘型制动相较于踏面制动具备更大的制动力，同时对车轮踏面的磨耗更小。但由于盘型制动方案不能对车轮踏面进行有效清洁，容易造成客运列车在运行过程中易发生空转滑行现象，造车车轮踏面的擦伤等问题。在这种情况下，踏面清扫装置对于采用盘型制动方案的客运列车显得尤为重要。同时踏面清扫装置在运行过程中会产生踏面研磨子金属镶嵌的问题，本文主要对这一现象进行研究，并提供相应的解决方案。
二、踏面清扫装置系统组成
踏面清扫装置由气动式缸体及合成研磨子组成，由气缸推动研磨子压在车轮踏面上，动作时清除附着在车轮上的尘埃、锈迹、油脂等，防止车轮空转和滑行，用来提高车轮踏面的黏着性能，防止客运列车车轮与轨面进行刮擦。只有在施加基础制动和空转滑行时，踏面清扫装置才会动作，此時研磨子受气动式缸体内部空气压力作用，压附在车轮踏面上。
三、踏面清扫装置作用机理
踏面清扫研磨子通过踏面清扫气缸的作用后以几乎恒定的压力压附在车轮踏面上，此时踏面清扫装置研磨子清扫车轮踏面，其作用有以下5点：
1、清除客运列车车轮踏面上的各种杂质，如水膜、油膜或者其它物质形成的膜。在雨雪天气时，轮轨间会形成一层水膜。该水膜的厚度会随着列车运行速度的提高而增厚，从而导致轮轨黏着快速降低。研磨子中的金属颗粒则能有效清除轮轨间的水膜，改善轮轨间的接触面，从而保证雨雪天气下轮轨的有效黏着，对于雨雪天气造成的轮轨低黏着问题改善效果较为明显。
2、踏面清扫研磨子中的硬金属微粒与车轮踏面摩擦，刮擦踏面以提高车轮踏面表面粗糙度，增大车轮大面与轨面摩擦力，从而从另一方面增大车轮与轨面的黏着系数。
3、大部分硬质金属微粒以物理性质粘附在车轮踏面上，热塑性材料因研磨子与转动的轮对踏面产生摩擦热而受热变软，呈流体状，因而在车轮踏面上形成一层薄膜。同时由研磨子上磨擦下来的硬质金属微粒在策划轮踏面上也形成一层金属薄膜，最后这个硬质金属微粒形成的薄膜由于车轮转动而进入轨面和车轮踏面的接触区，金属微粒被车轮辗成粉末，粘在车轮踏面和钢轨的表面上。这样来提高轮轨间的粘着系数。
4、客运列车车轮在轨道情况较为恶劣的情况下，车轮会发生向多边形演变的趋势。踏面清扫装置清扫车轮踏面时可以修正车轮多边形趋势，去除车轮踏面微小裂纹，预防车轮踏面发生擦伤、剥离现象，有效修正车轮踏面多边形发展趋势。
5、踏面清扫装饰在去除车轮踏面上异物的同时，可以使车轮踏面与柜面贴合更为完全，从而达到抑制车轮转动发出噪声的目的。
四、踏面清扫装置研磨子金属镶嵌问题描述及机理分析
1、踏面清扫装置研磨子金属镶嵌问题描述：
在客运列车运行过程中，存在踏面清扫装置研磨子摩擦面金属镶嵌的情况，表现为研磨子表面存在金属镶嵌物，同时，部分镶嵌金属物的研磨子相对应的车轮踏面会出现轻微划痕情况。
镶嵌的金属表面重叠着有光泽楔状的金属切片，其背面到处可以看到和研磨块主体组织的融化痕迹，这种现象的形成原因是由于不断地加大车轮凹陷磨耗，剥离了每个研磨块的组织从而导致摩耗量增大。分析研磨子金属镶嵌的铁片，可发现该铁片呈层状。将较大的金属镶嵌物横向剖开，在金相显微镜下观察，可以看到由于车轮踏面与研磨子反复的作用而逐渐长大的层状组织。金属镶嵌物的正面从整体上看比较平坦，放大后观察，可以看到上面有摩擦痕迹、犁沟和粘着物遗留。镶嵌物的能谱成分主要为Fe（成分百分比在66%至77%），且镶嵌物中未发现其它硬质颗粒成分。
2、研磨子金属镶嵌的形成机理
研磨子是由多种摩擦材料（金属贴粉、粘合剂、纤维、铝矾土等）加压烧结而成，客运列车制动时，踏面清扫装置开始动作，研磨子与车轮之间的摩擦及摩擦机理符合质地较软的复合材料与钢的摩擦情形，同时研磨子的硬度远远低于车轮踏面硬度，因此研磨子材质会摩擦脱落后转移到车轮上，磨损主要发生在研磨子上。但车轮仍然会发生较小程度的磨损，其与车轮磨损脱落的硬质磨屑及空气中的砂土进入研磨子与车轮之间，就会对车轮产生磨粒磨耗。这些金属磨粒或碎片在踏面清扫装置的作用过程中会与研磨子的磨屑一起排走，但因运行环境因素、运行轨道等特殊复杂因素，无法及时排出的磨屑将沿摩擦方向不断堆积长大，形成金属铁片，形成的金属贴片就成为金属镶嵌物的起始点，随着运行时间不断增长，金属镶嵌物也不断增大。
五、研磨子金属镶嵌问题原因分析
列车在大坡道，且气候湿润火灾轨道表面存在油性物质的环境下，车轮将频繁出现低粘着的情况，此时车轮踏面将频繁出现濡滑或微观剥离的情况。此时经由制动控制装置检测后，研磨子将根据控制原理频繁动作，以清扫车轮踏面，改善客运列车车轮粘着情况，以降低运营风险，金属镶嵌产生的几率也相应增大。
六、问题排查方法及处理建议
踏面清扫装置研磨子出现金属镶嵌问题，初期出现时形状为点状，个别研磨子会发展到块状金属镶嵌，可结合客运列车一、二级检修进行检查。
在客运列车入库检查过程中，如目视发现车轮踏面存在有金属镶嵌，须及时清除，做到早发现早处理，如果金属镶嵌物无法清除或清除后短时间内继续产生金属镶嵌物，可采用及时更换踏面清扫研磨子的手段进行处置。由于研磨子镶嵌金属导致车轮踏面产生轻微划痕，这种情况下，车轮踏面可继续使用。若车轮划痕超过客运列车检修标准，需对车轮进行旋修处理。
关键词：踏面清扫;高速客运列车;金属镶嵌
一、研究背景
客运列车目前广泛采用盘型制动方式，盘型制动主要依靠于制动闸片与盘型制动盘间产生摩擦后，将动能转化为热能，降低车辆运行速度。盘型制动相较于踏面制动具备更大的制动力，同时对车轮踏面的磨耗更小。但由于盘型制动方案不能对车轮踏面进行有效清洁，容易造成客运列车在运行过程中易发生空转滑行现象，造车车轮踏面的擦伤等问题。在这种情况下，踏面清扫装置对于采用盘型制动方案的客运列车显得尤为重要。同时踏面清扫装置在运行过程中会产生踏面研磨子金属镶嵌的问题，本文主要对这一现象进行研究，并提供相应的解决方案。
二、踏面清扫装置系统组成
踏面清扫装置由气动式缸体及合成研磨子组成，由气缸推动研磨子压在车轮踏面上，动作时清除附着在车轮上的尘埃、锈迹、油脂等，防止车轮空转和滑行，用来提高车轮踏面的黏着性能，防止客运列车车轮与轨面进行刮擦。只有在施加基础制动和空转滑行时，踏面清扫装置才会动作，此時研磨子受气动式缸体内部空气压力作用，压附在车轮踏面上。
三、踏面清扫装置作用机理
踏面清扫研磨子通过踏面清扫气缸的作用后以几乎恒定的压力压附在车轮踏面上，此时踏面清扫装置研磨子清扫车轮踏面，其作用有以下5点：
1、清除客运列车车轮踏面上的各种杂质，如水膜、油膜或者其它物质形成的膜。在雨雪天气时，轮轨间会形成一层水膜。该水膜的厚度会随着列车运行速度的提高而增厚，从而导致轮轨黏着快速降低。研磨子中的金属颗粒则能有效清除轮轨间的水膜，改善轮轨间的接触面，从而保证雨雪天气下轮轨的有效黏着，对于雨雪天气造成的轮轨低黏着问题改善效果较为明显。
2、踏面清扫研磨子中的硬金属微粒与车轮踏面摩擦，刮擦踏面以提高车轮踏面表面粗糙度，增大车轮大面与轨面摩擦力，从而从另一方面增大车轮与轨面的黏着系数。
3、大部分硬质金属微粒以物理性质粘附在车轮踏面上，热塑性材料因研磨子与转动的轮对踏面产生摩擦热而受热变软，呈流体状，因而在车轮踏面上形成一层薄膜。同时由研磨子上磨擦下来的硬质金属微粒在策划轮踏面上也形成一层金属薄膜，最后这个硬质金属微粒形成的薄膜由于车轮转动而进入轨面和车轮踏面的接触区，金属微粒被车轮辗成粉末，粘在车轮踏面和钢轨的表面上。这样来提高轮轨间的粘着系数。
4、客运列车车轮在轨道情况较为恶劣的情况下，车轮会发生向多边形演变的趋势。踏面清扫装置清扫车轮踏面时可以修正车轮多边形趋势，去除车轮踏面微小裂纹，预防车轮踏面发生擦伤、剥离现象，有效修正车轮踏面多边形发展趋势。
5、踏面清扫装饰在去除车轮踏面上异物的同时，可以使车轮踏面与柜面贴合更为完全，从而达到抑制车轮转动发出噪声的目的。
四、踏面清扫装置研磨子金属镶嵌问题描述及机理分析
1、踏面清扫装置研磨子金属镶嵌问题描述：
在客运列车运行过程中，存在踏面清扫装置研磨子摩擦面金属镶嵌的情况，表现为研磨子表面存在金属镶嵌物，同时，部分镶嵌金属物的研磨子相对应的车轮踏面会出现轻微划痕情况。
镶嵌的金属表面重叠着有光泽楔状的金属切片，其背面到处可以看到和研磨块主体组织的融化痕迹，这种现象的形成原因是由于不断地加大车轮凹陷磨耗，剥离了每个研磨块的组织从而导致摩耗量增大。分析研磨子金属镶嵌的铁片，可发现该铁片呈层状。将较大的金属镶嵌物横向剖开，在金相显微镜下观察，可以看到由于车轮踏面与研磨子反复的作用而逐渐长大的层状组织。金属镶嵌物的正面从整体上看比较平坦，放大后观察，可以看到上面有摩擦痕迹、犁沟和粘着物遗留。镶嵌物的能谱成分主要为Fe（成分百分比在66%至77%），且镶嵌物中未发现其它硬质颗粒成分。
2、研磨子金属镶嵌的形成机理
研磨子是由多种摩擦材料（金属贴粉、粘合剂、纤维、铝矾土等）加压烧结而成，客运列车制动时，踏面清扫装置开始动作，研磨子与车轮之间的摩擦及摩擦机理符合质地较软的复合材料与钢的摩擦情形，同时研磨子的硬度远远低于车轮踏面硬度，因此研磨子材质会摩擦脱落后转移到车轮上，磨损主要发生在研磨子上。但车轮仍然会发生较小程度的磨损，其与车轮磨损脱落的硬质磨屑及空气中的砂土进入研磨子与车轮之间，就会对车轮产生磨粒磨耗。这些金属磨粒或碎片在踏面清扫装置的作用过程中会与研磨子的磨屑一起排走，但因运行环境因素、运行轨道等特殊复杂因素，无法及时排出的磨屑将沿摩擦方向不断堆积长大，形成金属铁片，形成的金属贴片就成为金属镶嵌物的起始点，随着运行时间不断增长，金属镶嵌物也不断增大。
五、研磨子金属镶嵌问题原因分析
列车在大坡道，且气候湿润火灾轨道表面存在油性物质的环境下，车轮将频繁出现低粘着的情况，此时车轮踏面将频繁出现濡滑或微观剥离的情况。此时经由制动控制装置检测后，研磨子将根据控制原理频繁动作，以清扫车轮踏面，改善客运列车车轮粘着情况，以降低运营风险，金属镶嵌产生的几率也相应增大。
六、问题排查方法及处理建议
踏面清扫装置研磨子出现金属镶嵌问题，初期出现时形状为点状，个别研磨子会发展到块状金属镶嵌，可结合客运列车一、二级检修进行检查。
在客运列车入库检查过程中，如目视发现车轮踏面存在有金属镶嵌，须及时清除，做到早发现早处理，如果金属镶嵌物无法清除或清除后短时间内继续产生金属镶嵌物，可采用及时更换踏面清扫研磨子的手段进行处置。由于研磨子镶嵌金属导致车轮踏面产生轻微划痕，这种情况下，车轮踏面可继续使用。若车轮划痕超过客运列车检修标准，需对车轮进行旋修处理。