CDC—16道岔搗固車輪對踏面形狀的探討

摘 要：大型養路機械輪對踏面形狀有一定的錐度，導致輪對在鋼軌上運行是蛇形運動，劇烈的蛇形運動會造成很多不良影響。通過對1臺CDC-16道岔搗固車附屬車晃車情況的分析，了解踏面形狀對車輛蛇形運動的影響，并采取具體措施進行處理。

關鍵詞：大型養路機械；輪對；踏面；道岔搗固車；蛇形運動

引言

大型養路機械在鐵路建設和維護中起著越來越重要的作用，在鐵路行業有著不可替代的地位，因此解決大型養路機械的許多關鍵技術問題有著重大的意義。大型養路機械晃車是行車安全的問題之一，輪對作為大型養路機械重要的走行部件，對大型養路機械走行是否平穩起著很大的作用。輪對踏面形狀有一定的錐度，導致輪對在鋼軌上運行是蛇形運動。蛇形運動是機車車輛特有的運動[1]。劇烈的蛇形運動會造成車輛運行不平穩，并會損壞車輛設備與線路，嚴重時會造成車輛脫軌。

我段1臺CDC-16道岔搗固車在使用6年后，在速度為70km/h以上時，經過線路狀態不良地段，材料小車蛇形運動較為嚴重，在不減速的情況下，會一直劇烈的晃動。因此需要尋找一種具體措施減輕蛇形運動，保證車輛運行的平穩性。

1 CDC-16道岔搗固車車體結構

CDC-16道岔搗固車是一種設計用來搗固線路道岔設備的搗固車。其車體由主車和附屬車組成。主車主要有前司機室、作業司機室、作業裝置，附屬車主要有材料小車與后司機室。主車有兩套轉向架，每套轉向架上有兩條輪對，附屬小車沒有轉向架，只有兩條獨立的輪對和相應的減震裝置。輪對踏面形狀采用的是錐形。

2 踏面形狀的分類

大型養路機械輪對踏面形狀與車輛踏面形狀基本一致，分為錐形和磨耗形。

2.1 錐形車輪踏面

車輛上以TB型車輪踏面又稱錐形踏面作為標準型踏面沿用多年，其外形如圖1。它的基本特點是輪緣根部以一段圓弧連接斜度分別為1：20和1：10的兩段斜線。這種輪型踏面使車輪能夠順利地通過曲線和道岔。

2.2 磨耗形踏面

原鐵道部四方車輛研究所從1972年開始設計LM型踏面，先后研制有SY、33GL、10SY、30SY、50SY等多種型號并進行了試驗，1984年對30SY型進行了部級鑒定，取名為LM型，其中L代表“輛”字的漢語拼音第一個字母，M表示“磨”字的漢語拼音第一個字母意思，其含義是磨耗形車輛車輪踏面。1985年開始推廣，1987年上升為標準TB1967-1987《機車車輛用車輪磨耗型輪緣踏面外形》[2]。其外形如圖2。它的基本特點是踏面采用R100、R500和R220為半徑的三段曲線，圓滑連接成的一條曲線和錐度為1：8的一段直線所組成的幾何圖形。

3 踏面形狀對磨耗的影響

錐形踏面在使用中特別是使用初期，踏面與輪軌接觸點不連續，當輪對通過曲線產生較大偏移量時，踏面與輪軌處于兩點接觸狀態，一個接觸點處于滾動狀態，另一個接觸點必須產生滑動，從而使磨耗加劇。車輪受側向力時，輪緣與鋼軌發生剛性沖擊，在輪對中心橫向偏移過程中，輪軌接觸點在踏面上的變化范圍小，使局部接觸應力大，造成局部磨耗。

磨耗形踏面是在錐形踏面磨耗穩定后的形狀基礎上，加以改進而設計的。磨耗形踏面相對錐形踏面的優點是：能減少輪緣與踏面圓周的磨耗、改善鋼軌的磨耗和工作狀態；磨耗形踏面在滾動圓處的等效斜率較小，而在輪緣根部等效斜率較大，因此它既能保證車輛直線運行的橫向穩定，又有利于曲線的通過，具有非線性等效斜度和重力復原性。

4 輪對踏面形狀對車輛蛇形運動的影響

蛇形運動的振動頻率方程

式中：n-踏面錐度；s-左右兩滾動圓之間距離的一半；r-輪對中心與輪軌中心一致時的滾動圓半徑；v-輪對速度。

從式中可以看出，蛇形運動的頻率與輪對踏面錐度的大小有關，輪對踏面錐度越大，蛇形運動的頻率越大。

5 減輕CDC-16道岔搗固車蛇形運動的措施

我段1臺011301#CDC-16道岔搗固車在直線行駛時，該車運行較為平穩。而以70km/h左右的速度經過道岔或線路狀態不良地段時，附屬車蛇形運動較為嚴重。而一旦晃動起來，就不能停下來，只有減速到60km/h左右時，才能逐漸趨于平穩。

由于CDC-16道岔搗固車車輪原形是錐形輪，經過長時間磨耗后，輪形接近磨耗形，滾動圓處錐度減小，而輪緣根部處的等效錐度增大。根據公式得知，蛇形運動的頻率ω變大，當蛇形運動的頻率接近車輛的自有頻率時，附屬車蛇形運動發生共振，導致振動加劇。當車輪速度V減低時，蛇形運動的頻率ω變小。因此當蛇形運動加劇時，適當降低車輛的運行速度，使蛇形運動的頻率偏離車輛的自有頻率，附屬車會逐漸趨向平穩。主車的質量較大，附屬車質量較小，自有頻率不同，所以主車的自有頻率遠大于蛇形運動頻率，不會發成共振。

根據以上所述，我段對該車進行鏇輪，附屬車輪形按照錐形踏面進行鏇削。附屬車重量輕，踏面與輪軌接觸應力小，這樣既保證有較小的磨耗，又保證了踏面較小的錐度，蛇形運動頻率相對較小。而主車輪形按照磨耗形踏面進行鏇削，保證主車較重的情況下，通過磨耗形踏面減少踏面與輪軌的接觸應力，同時保證了主車自有頻率較高，蛇形運動頻率達不到主車自由頻率，從而達不到共振。鏇輪后經過半年的運行，反饋效果較好，運行中不再出現附屬車劇烈晃動的情況。

6 結束語

經過對CDC-16道岔搗固車輪對踏面形狀的探索，摸索出既能減輕輪對磨損，又能避免蛇形運動共振的措施。給其他車型的大型養路機械提供相應的參考。