干式輪緣潤滑器對地鐵車輛車輪保護效果的研究

臧 磊

(天津市地下鐵道運營有限公司，300222，天津//工程師)

輪對是地鐵車輛構架上的重要部件之一，其踏面和輪緣的磨耗對地鐵車輛的安全行駛、乘坐舒適性及鋼軌的使用壽命都有重要影響[1-3]。目前，天津地鐵3號線使用進口干式輪緣潤滑器對車輪輪緣進行保護，通過對比試驗反映其保護效果，利用測量數據對三種不同輪緣厚度的磨耗速率進行比較。

1 天津地鐵3號線車輪型面普查

本次試驗采用 Miniprof 踏面外形測量裝置對車輪踏面磨耗進行測量。為了便于分析，車輪編號按左、右輪的方式命名。命名方式為：從6車往1車方向看，左側車輪為左輪，右側車輪為右輪。例如，車輪編號“1-1L”表示1車1軸左輪，車輪編號“2-3R”表示2車3軸右輪。其中1、4、6車為拖車，2、3、5車為動車。1車輪緣潤滑器安裝在1軸，5車安裝在2軸，6車安裝在4軸，2～4車安裝在3軸，如圖1所示。

天津地鐵 3號線27列車均為標準B型車，由于前期閘瓦問題導致踏面產生溝槽，使用LM32和LM30的模板對車輪進行過鏇修，LM32與LM30的模板踏面形狀基本相同，只是在輪緣厚度上有所差別(如圖2所示)。故目前天津地鐵3號線車輪踏面形式分為LM32踏面的動車、LM32踏面的拖車及LM30踏面的拖車三種。

圖3為實測整列6節車車輪型面外形及磨耗量分布情況。其橫坐標為型面橫向位置，左側縱坐標為型面垂向位置，坐標原點位于標準型面的名義滾動圓處，右側縱坐標為磨耗量分布。每一個圖中包含9條實線，其中粗黑實線為LM-32或LM-30標準型面，其它線為1節車8個車輪實測型面。另外，每個圖還包含8條磨耗分布線。磨耗量分布是通過計算實測廓形與標準廓形的法向距離得到。圖4為整列6節車踏面磨耗量和輪緣磨耗量。踏面磨耗量定義為實測廓形與標準廓形在名義滾動圓處的高度差，而輪緣磨耗量則定義為輪緣頂點往下15 mm處實測型面與標準型面的橫向距離差。圖5為車輪輪緣高度和輪緣厚度，輪緣高度定義為輪緣頂點和名義滾動圓處的高度差，輪緣厚度則定義為名義滾動圓往上12 mm處輪緣的厚度。

圖1 車輛輪緣潤滑安裝位置示意圖

通過對27列車車輪踏面磨耗測試結果進行分析，發現車輪磨耗主要分布在橫向位置-40～60 mm范圍內，其中-40～-30 mm范圍主要表現為輪緣磨耗，-30～60 mm范圍主要表現為踏面磨耗。部分運行里程較大的車輛在踏面尾部出現局部溝槽磨耗，系由踏面制動所造成。多數列車的1、4、6車(已鏇修)踏面磨耗量和輪緣磨耗量相當，而2、3、5車(未鏇修)踏面磨耗明顯大于輪緣磨耗。

注：對LM32，a=32；對LM30，a=30;r代表踏面半徑;單位mm

a) 1車車輪

b) 2車車輪

c) 3車車輪

d) 4車車輪

e) 5車車輪

f) 6車車輪

圖3 整列6節車車輪型面外形及磨耗量分布情況

a) 車輪已鏇修

b) 車輪未鏇修

圖4 整列6節車車輪踏面磨耗量和輪緣磨耗量分布情況

a) 車輪已鏇修

b) 車輪未鏇修

圖5 整列6節車車輪輪緣高度和輪緣厚度分布情況

2 輪緣高度及輪緣厚度與運行里程的關系

由圖6～8中踏面為LM32的動車、踏面為LM32的拖車及踏面為LM30的拖車三種磨耗情況統計結果可知：

(1) 三種情況的輪緣高度都是隨運行里程的增大而增大。

(2) 踏面為LM32的動車和拖車的輪緣厚度隨運行里程增加都有所下降，而踏面為LM30的拖車輪緣厚度隨運行里程增加幾乎不變。

a) 輪緣高度

圖6 踏面為 LM32 的動車(2、3、5車)車輪輪緣高度及厚度與運行里程的關系

a) 輪緣高度

圖7 踏面為LM30的拖車(1、4、6車)車輪輪緣高度及厚度與運行里程的關系

a) 輪緣高度

b) 輪緣厚度

圖8 踏面為LM32的拖車(1、4、6車)車輪輪緣高度及厚度與運行里程的關系

3 拆除輪緣潤滑器對車輪磨耗的影響

3.1 拆除輪緣潤滑器對車輪輪緣磨耗面積速率的影響

對地鐵車輛每節車8個車輪輪緣磨耗面積速率求平均值，并對踏面為LM32的動車、踏面為LM32的拖車及踏面為LM30的拖車三種情況統計輪緣磨耗面積速率。由圖9～11的統計結果可知：

圖9 踏面為LM32的動車輪緣磨耗面積速率

圖10 踏面為LM32的拖車輪緣磨耗面積速率

圖11 踏面為LM30的拖車輪緣磨耗面積速率

(1)踏面為LM32的動車車輪輪緣磨耗面積速率明顯大于踏面為 LM32及LM30 的拖車。

(2)拆除輪緣潤滑器后，踏面為LM32的動車輪緣磨耗面積速率都有所增加。拆除拖車輪緣潤滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大31%；拆除整車輪緣潤滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大55%；拆除整車輪緣潤滑器時的輪緣磨耗面積速率比只拆除拖車情況大18%。

(3)對于踏面為LM32的拖車，拆除整車輪緣潤滑器時的輪緣磨耗面積速率比只拆除拖車情況大65%。

(4)踏面為LM30的拖車輪緣潤滑器拆除與否對輪緣磨耗的影響非常小。

3.2 拆除輪緣潤滑器對車輪踏面磨耗速率的影響

對地鐵車輛每節車8個車輪踏面磨耗速率求平均值，并對踏面為LM32的動車、踏面為LM32的拖車及踏面為LM30的拖車三種情況統計踏面磨耗速率。圖12～14為踏面磨耗速率和運行里程的關系。由統計結果可知，拆除輪緣潤滑器與否對踏面磨耗速率的影響非常小。

圖12 踏面為LM32的動車(2、3、5車)踏面磨耗速率

圖13 踏面為LM32的拖車(1、4、6車)踏面磨耗速率

圖14 踏面為LM30的拖車(1、4、6車)踏面磨耗平均速率

4 結論

通過對天津地鐵3號線列車車輪磨耗進行測試，并對測試結果進行統計分析后得到以下結論：

(1)車輪磨耗主要分布在橫向位置-40～60 mm范圍內，其中-40～-30 mm 范圍主要表現為輪緣磨耗， -30～60 mm范圍主要表現為踏面磨耗。多數車的1、4、6 車(鏇修)踏面磨耗量和輪緣磨耗量相當，而2、3、5 車(未鏇修)踏面磨耗明顯大于輪緣磨耗。車輪輪緣高度隨運行里程的增加呈線性增大，而踏面為 LM32 的動車和拖車的輪緣厚度隨運行里程的增加略有下降，踏面為LM30的拖車的輪緣厚度隨運行里程的增加幾乎不變。

(2)拆除拖車輪緣潤滑器(包括踏面為LM32和LM30)或拆除整車輪緣潤滑器均會使踏面為LM32的動車車輪輪緣磨耗面積速率增加。拆除拖車輪緣潤滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大31%；拆除整車輪緣潤滑器比未拆除的輪緣磨耗面積速率大55%；拆除整車輪緣潤滑器時的輪緣磨耗面積速率比僅拆除拖車的輪緣磨耗面積速率大18%。

(3)對于踏面為LM32的拖車，拆除整車輪緣潤滑器時的輪緣磨耗面積速率比僅拆除拖車情況大65%。

(4)踏面為 LM30 的拖車輪緣潤滑器拆除與否對拖車踏面為LM30的車輪輪緣磨耗面積速率的影響非常小。

(5)拆除輪緣潤滑器與否對踏面磨耗速率的影響非常小。

由上述結果可知：雖然拆除輪緣潤滑器后對踏面為LM30的拖車輪緣磨耗影響不大，但是對踏面為LM32的動車輪緣磨耗影響大(拆除與否磨耗相差31%)，建議保留LM30拖車的輪緣潤滑器；而拆除拖車輪緣潤滑器和整車輪緣潤滑器后，踏面為 LM32的動車和拖車的輪緣磨耗面積速率都有大幅度的增長，建議保留踏面為LM32車輛的輪緣潤滑器。