地铁列车转向架轮对损伤分析及建议

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  摘要:本文总结了地铁列车轮对的主要损伤形式,包括车轮轮缘异常磨耗、车轮踏面擦伤和剥离及轮对失圆等,对形成这些损伤的原因进行了分析,并且根据这些原因提出了一些个人的建议和防范措施。
  关键词:地铁列车,转向架轮对 , 损伤,分析及建议
  中图分类号:U231+.4文献标识码:A 文章编号:
  Abstract: this paper summarizes the subway train wheels of the main form of damage, including the wheel rim abnormal abrasion wheel tread, bruises and stripping and round round of loss, etc, to form the damage causes are analyzed, and based on these reasons put forward some personal advice and preventive measures.
  Key words: the subway train, wheel bogie to, damage, analysis and advice
  
  
  1转向架轮对的损伤形式
  1.1轮缘损伤
   轮缘磨耗过快或轮缘偏磨都属于构成轮缘损伤的异常磨耗形式。轮缘的磨耗主要是指车轮在做蛇行运动时,轮缘经常与钢轨内侧面发生冲撞磨耗;以及车辆在通过曲线时由于离心力的作用,外侧车轮轮缘与钢轨侧面经常发生磨耗。左右两侧中一侧的平均轮缘磨耗率明显高于另一侧的现象称之为轮缘偏磨。
  1.2踏面损伤
   踏面的损伤形式有踏面圆周磨耗、踏面擦伤、擦面剥离等。
  1.2.1踏面圆周磨耗
   车轮踏面圆周磨耗是指车轮踏面在运用过程中直径尺寸减小,并改变了踏面标准轮廓。
   由于踏面的异常磨耗,其磨耗速度大于轮缘的磨耗速度,使轮缘厚度测量值过大,这种现象被称为轮缘“虚假”增厚。深圳地铁1号线车辆在计划修过程中发现轮缘“虚假”增厚现象较为频繁,其中2008年共发现36根轮对因踏面磨耗致使轮缘厚度不断增厚超出标准。
   由于轮对踏面磨耗,还有可能造成一些其他形式的损伤。比如在踏面上出现凹状的沟槽,这种现象在拖车上尤为明显;还比如在车轮踏面外侧产生一个错误的“轮缘”,如图1所示。用第四种检查器分别检测以车轮踏面最底点及错误轮缘顶点为基准点时轮缘高度,取其差值。该轮缘高度不应超过3.5 mm。
  
  图1
  1.2.2踏面擦伤
   车轮踏面擦伤问题一直困扰着地铁车辆的检修部门,由于车轮踏面擦伤后将导致车辆运行时振动异常,噪声增大,乘坐舒适性降低,因此需要对擦伤的车轮及时镟修,这将增大车辆的维护成本,降低车辆的运用率,影响经济效益。在深圳地铁2号线运营初期,由于正线轨道未打磨,轮轨关系较恶劣,曾引起多起列车轮对踏面擦伤故障。
  1.2.3踏面剥离
   踏面剥离是指车轮在运用过程中由于制动热作用或轮轨滚动接触疲劳作用而在踏面圆周或部分圆周上呈现出的金属掉块剥落损伤和鱼鳞状或龟裂状热裂纹现象。一旦车轮踏面出现剥离现象, 则必须对车轮进行镟削或打磨等维修工作。在运行过程中, 剥离严重时会造成甩车。剥离是车轮失效的主要类型。深圳地铁2号线车辆投入运营以来,陆续有车辆出现车轮踏面剥离的问题。
  1.3轮对失圆
   车轮轮径测量横断面上的最大与最小直径的差值,称作轮对失圆度,也称作椭圆度或不圆度。车轮不圆是指车轮径向圆跳动值较大。车轮不圆也可以理解为车轮近似地趋于一个多边形,当车轮滚过多边形的每一边长时,轮轨间发生冲击,钢轨受到一个向下的冲量,而车轮受到一个向上的冲量,当车轮不断滚动时,就会与钢轨形成周期性冲击,多边数量越多,冲击周期就越短,车辆振动越激烈。
  2损伤原因分析
  2.1行车线路的影响
   在轮缘异常磨耗的问题上,行车线路对其产生的影响是比较大的。比如深圳地铁一期工程一号线,全长19.5公里,上行方向和下行方向大小弯道共计58处。其中上行方向(世界之窗—罗湖)共有弯道29处,左转弯道16处,全长3325.341m,右转弯道13处,全长2745.408m。左转弯道总长度比右转弯道总长度多579.933m,但极易造成转向架轮对轮缘表面磨耗的400m曲线半径以下弯道,左转弯道总长度比右转弯道总长度多1196.510m。下行方向(罗湖—世界之窗)共有弯道29处,左转弯道14处,全长2822.22m,右转弯道15处,全长3185.039m。其右转弯道总长度比左转弯道总长度多362.819m,极易造成转向架轮对轮缘表面磨耗的400m曲线半径以下弯道,右转弯道总长度比左转弯道总长度多1236.458m。由于深圳地铁一期工程线路以及二期工程的二号线线路没有設置三角线,不具备地铁车辆转向的功能,这就意味着地铁车辆的一侧车轮与钢轨摩擦长度比另一侧多2432.968m,由于上述线路小曲线左右弯道长度分配不均,是造成地铁车辆轮对偏磨的原因。
  2.2车辆系统的影响
  2.2.1轮缘润滑系统
   轮缘润滑系统的使用与否以及装车率对轮缘的磨耗率也有直接的影响。同行业的相关数据显示,在实际运用中,轮缘润滑系统装车率为20%的线路,其轮缘磨耗率低于装车率为10%的线路。
  2.2.2踏面制动系统
   对于踏面损伤,一般认为踏面圆周异常磨耗、擦伤、剥离的原因可能跟车轮材质、轨道情况和踏面制动系统有关。
   在对深圳地铁列车空转滑行的调查中发现,踏面制动新版软件在对列车的清扫压力进行了调整后,空转滑行故障率下降了38.5%。空转滑行会造成踏面的擦伤以及轮对失圆,因而踏面制动系统对轮对踏面的损伤有着直接的影响。
   在深圳地铁调查拖车车轮踏面磨耗率大于动车的磨耗率问题时发现,由于车辆运行的轨道条件相同,而且车轮都是批量生产的,动车车轮踏面和动车闸瓦磨耗正常,因此可以排除车轮材质和轨道的原因。经过对制动系统的分析,发现老版制动软件当ATO速度小于15km/h,列车给A车施加0.5bar,B、C车施加0.3bar的清扫压力;更改后的新版制动软件当ATO速度小于15km/h,列车给A、B、C车施加0.3bar的清扫压力,经过一段时间的跟踪发现,该问题得到了有效缓解。
   另外,合成闸瓦配件质量不达标,硬度过大,加剧了车轮磨耗,使大量车轮发生了非正常磨耗,车轮踏面周边磨出沟槽。国产闸瓦组装时与闸瓦托端部配合不密贴,造成闸瓦两端悬空,瓦鼻处应力集中造成闸瓦瓦体出现裂纹和掉块等问题都会对踏面造成损伤。
  2.2.3转向架尺寸
   由于转向架尺寸超差,容易造成轮对轮重及轴重分配不均,也会致使轮对产生偏磨的现象。
  2.3行车环境的影响
   由于地铁列车常年在地下行驶,周围环境与地表有很大差异,尤其是的湿度要高于地表,这就对钢质材料的列车配件特别是转向架轮对承受非常大的考验,在列车行驶过程中轮对会经常暴露在潮湿的环境下,日积月累就会使得材质容易发生腐蚀,脱落等现象。加上车轮不断的在滚动中不断与闸瓦发生摩擦,使表面材质过早产生疲劳,以致剥离缺损。
  2.4轮对材质的影响
   从剥离形成的机理来看,车轮踏面剥离有4种:接触疲劳剥离、局部接触疲劳剥离、制动剥离和局部擦伤剥离。
   以深圳地铁2号线列车为例,如图2所示,为深圳地铁2号线2251车2转4轮踏面照片,在2012年2月的计划修中发现踏面剥离现象。由于剥离部位不属于闸瓦覆盖区,而且也没有伴随擦伤存在,因此可以排除制动剥离和局部擦伤剥离的原因。而局部接触疲劳剥离是因为车轮踏面的材质中有夹杂物存在,在轮轨接触应力的作用下产生塑性变形, 在这种坚硬的夹杂区域受阻就会产生应力集中,导致该区域容易产生疲劳剥离,而2号线车辆车轮剥离发生的位置是局部的而非整圈有规律的剥离,也可以排除是接触疲劳剥离。
  
  图2
   因此,笔者认为2251车轮缘根部出现的剥离属于局部接触疲劳剥离, 2号线列车为中国北车长客生产,采用我国CL-60车轮,其材质与进口车轮材质还是有一定的差距。
  2.5行车过程中的摩擦因素
   车辆在转弯的时候会受到离心力的作用,由于离心力的作用会使靠外一侧的轮缘与钢轨紧贴,而靠内一侧的轮缘与钢轨则是处于相离状态,这样会造成轮缘的偏磨。
  2.6检查维修过程中的因素
   由于地铁列车安全运营责任重大,计划修、普查以及故障修众多,检修转向架轮对的作业工作量大,繁琐,并且有些地方因为缝隙狭窄、检修视角、照明困难等因素不便于检修,加之个别检修人员业务水平低,责任心欠缺,在工作中不能认真负责,所以很容易导致一些故障会出现漏检的情况。如果故障没能及时的发现并处理,就会留下隐患,有些故障会扩大蔓延,长此以往就会发生更多、更大的故障。
   检修中对轮径值修改不及时也会造成轮对损伤。车辆制动系统采用的车辆速度是通过当前的轮径值计算出来的,车轮踏面磨耗后或者镟轮后,当减小的轮径超出了制动系统轮径值允许的范围,就需要修改制动系统的轮径值,如果修改不及时或忘记修改,就会导致车辆的计算速度比实际速度大,车辆计算出的制动力也会偏大,车辆在制动过程中制动力大于粘着力,导致车轮擦伤。
  3建议和防范措施
   环境和自然因素和行车过程中的摩擦因素是客观存在的,很难直接的通过人为手段进行克服,只能随着冶金技术的不断提高和制动技术的不断改进来使其得到改善。但是,车轮的生产制造、技术管理和检查维修却是可以通过提高生产工艺、提升管理水平和加大监管力度来实现的,以下就从这三个方面提出建议。
  3.1车轮生产制造方面
   车轮生产厂家应该努力创新,设计出更合理更便于检修的轮对,在生产环节要不断改善冶金锻造水平和提高制造工艺水平,采用更优良、强度韧性更好、抗疲劳性更强的材质,如采用电子束加热来控制奥氏体化, 在车轮钢中加入钴、硅等元素可有效缩短珠光体转化时间, 减少马氏体的形成等。
   对转向架系统部件的尺寸要严格加工,尽量减小因生产工艺落后带来的误差,从而提高轮对的质量。
   生产和监管部门则要做好自己的本职工作,从源头上严格把关,既要保证轮对、闸瓦、钢轨等的良好质量,同时要确保闸瓦、轨面、轮对踏面及轮缘三者间的合理性能匹配,减少因材质匹配不良而造成的异常磨耗。装用质量优良、符合要求的轮对,同时要做好新技术的使用,改造工作,提高车辆装备的合理性、统一性,从源头上遏制轮对损伤现象的发生。
  3.2车轮技术管理方面
   提高轮缘润滑装置的装车率,一般厂家推荐装车率达到50%就能达到轮轨磨耗的最佳状态,车辆用户可以根据实际运用情况,配置合理的装车数量。
   增加正线添乘次数,一旦发现轮对异常马上进行检测,将轮对失圆、踏面擦伤和剥离消灭在初期。
   合理安排镟修,最大限度减少镟修时的轮径浪费,有效延长轮对使用寿命;研究车体尺寸超差的具体调整方法,逐步安排超差的列车进行调整。
   加强与轨道维修部门的技术交流,通過正线添乘,对线路情况进行检查,一旦发现线路出现异常磨耗或不平顺,则上通知轨道维修部门进行检查,对波浪式磨耗地段的钢轨进行磨轨作业,对轨道曲线部分合理涂油,确保线路满足车辆运行要求。
  3.3车轮检查维修方面
   车轮的检查维修是遏制轮对损伤现象的一个最为重要的环节,也是要重点建议的部分。检修工作为检查和维修车辆的主体,他们的技术业务素质直接决定着车辆的运行安全。一方面是要充分发挥他们的技术业务水平,做到合格的“车辆大夫”,按工艺按范围按技术要求检修车辆。另一方面是提高他们主动遵章守纪的意识,增强责任感,严防杜绝漏检错检现象的发生。在具体的车辆检修过程中,检修工要严格按照检修规程及工艺卡去检修车辆,落实各项维修质量标准,手法到位,全面检查。检修工发现有严重损伤的轮对故障时要及时通知相关技术人员到场鉴定,并把相关情况及时准确的记录,方便日后检查。在地铁事业快速发展和不断完善的大前提下,检修工一定要做好全面细致的检查和测量,准确判断,妥善处理,努力做到不放过一个故障轮对上路,保障每一个乘客的生命财产安全。
  4总结
   为了适应我国迅速发展的城市化建设要求,保障我国地铁交通运输能够安全畅通的运行,每一位地铁工作者都应该坚持在自己的岗位上努力钻研业务知识,提高自己的业务素质,对工作中涌现出的各种问题不断进行技术攻关,为地铁事业的发展和完善贡献自己的一份力量。作为地铁工作者中最普通的一员,我相信只要我们上下一心,刻苦钻研,转向架轮对损伤终究会有一天得到解决,中国的地铁事业将会稳步发展,赶上世界先进国家的水品,我国的地铁将平稳、快速、安全的驶向现代化,驶向未来。
  参考文献:
  [1]严隽耄.车辆工程[M].北京:中国铁道出版社,2003.
  [2]王文健,刘启跃.车轮踏面剥离机理研究[J].机械,2006,31(6):12-15.
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