貨車輪對磨耗分布與運行安全性的關系

劉立平

（北京鐵路局 豐臺車輛段，北京100070）

貨車輪對磨耗分布與運行安全性的關系

劉立平

（北京鐵路局 豐臺車輛段，北京100070）

通過對TPDS系統監測的運行安全性不良貨車輪對數據及其磨耗情況研究，以及與定檢到期貨車的輪對數據對比，分析了在異常情況下貨車輪對磨耗分布規律與運行安全性的關系。依據分析結論，從輪對磨耗的角度給出了防范和處置貨車運行安全性下降風險的方法。

鐵道車輛；運行安全性；輪對；磨耗

由車輛運行狀態軌邊監測系統（TPDS）得到的貨車運行狀態，與車輛運行安全性有著密切關系，TPDS運行狀態積分值較高的車輛其運行安全性較差。由于輪對踏面形狀為錐形結構，貨車轉向架在運行中會隨著輪對蛇行運行產生橫向擺動，在正常條件下，輪對兩車輪的磨耗比較對稱。如果在實際運行環境和車輛內在因素的共同作用下，輪對在運行中逐漸產生了異常磨耗，那么在輪對踏面異常磨耗到達一定程度時，就會對車輛運行的動力學性能產生顯著影響。

對TPDS運行狀態積分值較高車輛的輪對磨耗分布進行了統計，在普通車輛進行了對比分析，找出了影響貨車運行安全的整車輪對磨耗分布規律和改進方法。

1　輪對磨耗情況

通過TPDS系統對貨車輪軌橫向力進行聯網監測獲取的積分值是評價車輛運行安全性的關鍵指標之一，聯網積分值越高，車輛安全性越差，脫軌風險也越大。從中國鐵路總公司組織的多次運行狀態不良貨車的分解檢查結果來看，輪對異常磨耗狀況出現的頻率最高，而影響車輛動力學性能的輪對異常磨耗因素主要包括同輪對輪徑差和車輪的輪緣及踏面廓形（以下簡稱車輪廓形）。

在輪徑差方面，通過對38輛TPDS聯網積分值較高車輛的152條輪對進行輪徑檢測發現，同一輪對左右車輪的輪徑差ΔD（計算方法為ΔD=D左-D右，下同）絕對值大于4 m m者為46條，比例為30.3%，大于6 m m者為29條，比例為19.1%。

在車輪踏面形狀方面，從上述車輛踏面磨耗后的形狀分析，部分輪對踏面呈現左右不對稱的異常磨耗，踏面形狀嚴重偏離L M型踏面標準形狀，車輪踏面的正常錐度被嚴重破壞。圖1和圖2分別是從C64K 4948768的2位和3位輪對采集的左右車輪廓形，其中紅線代表的是左輪廓形，藍線代表右輪。

圖1　正常磨耗廓形示例（輪徑差為1 m m）

圖2　異常磨耗廓形示例（輪徑差為9.2 m m）

2　整車輪對磨耗分布規律

2.1輪對磨耗分布

為了研究運行安全性不良車輛的整車輪對磨耗分布，在38輛TPDS聯網積分值較高車輛中抽取27輛為樣本，這些車輛均裝用了轉K2或轉K6型轉向架且上拉桿與現車制動系統連接結構一致（即固定杠桿支點均在現車內側2位端）。通過統計各軸位輪徑差ΔD、轉向架對角磨耗H值（其中H1=ΔD1-ΔD2，H2=ΔD3-ΔD4）、前后轉向架扭轉磨耗（定義為T PD值，T PD=H1-H2）等參數，數據如表1所示。

其中，對確定經過臨修更換的輪對，ΔD取了其他車輛在該輪位的平均值。分析表1的數據，運行狀態不良貨車輪對磨耗的分布反映出以下規律：

表1　運行安全性不良車輛輪徑差分析表

（1）轉向架對角磨耗嚴重。在54個轉向架中H值大于5 m m者有38個，比例70.4%。導致此差值的主要因素是2位、3位輪對右側車輪輪徑相對較小。若把H值小于1 m m者近似為0，H1與H2分布為“負/正”的情況較為普遍，27輛車中有19輛，比例70.4%；“零/正”4輛，比例14.8%；“負/零”3輛，比例11.1%。

（2）前后轉向架扭轉磨耗嚴重。參數T PD值均為負值，其平均值為-11.4 m m，且T PD大于7 m m者24輛，比例88.9%。

2.2車輪廓形

對38輛TPDS聯網積分值較高車輛中的24輛進行了車輪廓形采集。共有37條輪對存在與圖2情況類似的車輪廓形較嚴重破壞，比例為38.5%；涉及31個轉向架，比例為64.6%；涉及22輛車，比例為91.7%（在另兩輛車中，其中一輛車的2位、3位輪對在運用中經過臨修換輪，無法采集到當時的踏面磨耗情況）。

3　輪對磨耗與車輛運行安全性的關聯分析

3.1輪對磨耗分布因素

理想的標準轉向架4個車輪直徑基本相等，經檢修合格的貨車轉向架每條輪對左右車輪直徑基本相同，但兩條輪對可以存在規程限度允許范圍內的輪徑差。而運行安全性不良車輛，H值和T PD值卻呈現出較明顯不同的分布規律。表1反映的車輛輪徑差均值分布情況如圖3所示，即呈現轉向架對角磨耗及前后轉向架扭轉磨耗的特點。

圖3　車輛的輪徑差分布

（1）轉向架對角磨耗H值普遍較大反映出：在每條輪對等效純滾線偏離軌道中心線的距離隨ΔD而增大的同時，同轉向架兩條輪對的偏離方向與軌道中心線相反，引起車輛運行時轉向架發生較大偏轉，使某一輪對的沖角較大，增大輪軸橫向力，并對該輪對的輪重減載率帶來不利影響。

（2）前后轉向架扭轉磨耗T PD值參數反映出：車輛在運行時，兩轉向架偏轉方向相反的情況較普遍，另有少數車輛是單一轉向架偏轉。這樣，借助心盤及常接觸式旁承的阻尼傳遞作用，車輛的橫向擺動增大，從而增大了輪軸橫向力，車輛運行安全性下降。

為了進一步說明輪徑差ΔD對貨車運行安全性的影響，隨機選取了近兩年廠、段修到期的10 521輛敞、棚車（裝用轉K2、轉K6轉向架的60 t及70 t級通用貨車）進行輪徑數據對比分析。數據顯示：敞、棚等車型1～4位輪對輪徑磨耗規律大體一致，小輪徑車輪出現在右側的概率較大，但在輪對左、右端的分布具有較大的離散性，見表2。在總體上，右側車輪比左側磨耗嚴重，其加權平均值ΔD=0.435 m m。

表2　通用敞、棚車輪對磨耗規律分析表　%

另外，為了對比轉向架對角磨耗H值及前后轉向架扭轉磨耗T PD值在通用貨車的分布情況，隨機選取了2015年3月份段修到期的648輛敞、棚車（裝用轉K2、轉K6型轉向架的60 t及70 t級通用貨車）進行輪徑數據分析。統計數據顯示：H值大于5 m m的轉向架156個，比例12.0%；T PD值為負且絕對值大于7 m m者34輛，比例5.2%。

將這些通用車與38輛TPDS聯網高值車輛進行均值對比，見表3。

表3　H值及TPD值分析表　%

從表3對比來看：運行安全性不良貨車各軸位ΔD分布與運用貨車中的統計規律并不一致，但H值及T PD值與之存在弱相關關系。T PD值為負且絕對值高是運用貨車中的特殊情況，因此，可以作為評價貨車運行安全性的關鍵指標之一。

3.2車輪廓形因素

理想的標準轉向架4個車輪踏面均為L M型踏面原始形狀，不存在踏面磨耗，從而保證輪對在線路上具有相對固定的正弦運動軌跡。出現類似圖2的車輪異常磨耗時，踏面輪軌接觸區相對L M型原始形狀呈現較明顯的凹陷，單側甚至雙側車輪的踏面等效斜度（作為輪軌幾何接觸中的重要參數）被嚴重破壞。遇有H值及T PD值較高的情況時，輪對等效純滾線偏離軌道中心線的距離加大，但難以通過正常的蛇行運行來調整，勢必增大輪軌橫向力。

由于目前尚無被普遍認可的貨車車輪廓形評價參數，其影響程度還需要進一步試驗和積累數據分析。盡管如此，車輪廓形的嚴重磨耗卻與踏面圓周磨耗有著很強關聯關系。以各車輛的最大車輪踏面圓周磨耗計算，22輛存在車輪廓形破壞嚴重輪對的車輛平均值為6.5 m m，且有4輛達到或超出輪對運用限度即8 m m。若考慮到其中有13輛車共計臨修更換過18條輪對，這種關聯關系實際上會更加明顯。因此，在貨車運用過程中及時發現踏面圓周磨耗臨修故障，施以科學的分析判定和處置，就可以作為重要防范手段，減緩甚至消除車輛運行安全性惡化的趨勢。

4　結束語

綜上所述，當車輛在運用中TPD值不斷增大時，其動力學性能就將惡化，若該車存在廓形破壞嚴重的車輪，該輪對輪軌橫向力就會大大增加，從而增大TPDS系統評分值。

建議：

（1）在處置車輪踏面圓周磨耗過限的車輛臨修故障及TPDS評分高值車輛時，規定同一輪對ΔD、同一轉向架H值及車輛T PD值標準，超出標準時更換相應輪對、同轉向架輪對或同車輪對。

（2）在處置車輪踏面磨耗的車輛臨修故障及TPDS評分高值車輛時，新安裝的輪對須經過全面旋修，以保證修復車輪廓形。

輪對異常磨耗與貨車運行的安全性互為因果關系，是影響貨車運行安全性諸多因素之一。受樣本數量的限制，本文的分析只針對了特定主型貨車。由于不同轉向架和不同制動形式的車型輪對磨耗規律不同，其他車型的相關規律還需要進一步研究。

［1］ 池茂儒，張衛華，曾 京，等.輪徑差對行車安全性的影響［J］.交通運輸工程學報，2008，8（5）：20-21.

［2］ 劉振明.貨車基礎制動裝置對車輪磨耗的影響［J］.鐵道機車車輛，2011，31（6）：23-29.

［3］ 劉吉遠，陳 雷.鐵路貨車輪軸技術概論［M］.北京：中國鐵道出版社，2009.

Relationship of Freight Vehicle W heel-set Abrasion Distribution and Operational Safety

LIU Liping
（Fengtai Vehicle Depot，Beijing Railway Bureau，Beijing 100070，China）

A nalyzing the data and abrasion condition of the unsafely running freight vehicle w heel-set fro m TPDS m onitoring system，co m paring with the w heel-set data of regularly checked freight vehicles，the relationship between freight vehicle w heel-set abrasion distribution and running safety is analyzed.Fro m the conclusions，the method to avoid the running risk of the freight vehicle is proposed based on w heel-set abrasion condition.

railway vehicles；operational safety；w heel-set abrasion

U272

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.29

1008-7842（2015）05-0119-04

劉立平（1972—）男，高級工程師（2015-05-10）