深圳地鐵車輛輪對(duì)預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修的實(shí)踐

侯文軍

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)總部，518040，深圳//高級(jí)工程師)

地鐵車輛轉(zhuǎn)向架輪對(duì)是列車最關(guān)鍵的部件之一，其狀態(tài)將直接影響到列車運(yùn)行的安全性與舒適性。如何通過合理鏇修，確保安全和運(yùn)行品質(zhì)，延長(zhǎng)輪對(duì)使用壽命，已成為地鐵運(yùn)營(yíng)單位經(jīng)濟(jì)化和精細(xì)化管理的重要課題。深圳地鐵通過分析、挖掘車輛輪對(duì)鏇輪數(shù)據(jù)，將通常采用的輪對(duì)故障鏇修優(yōu)化為預(yù)防鏇修；深入分析輪對(duì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合不落輪鏇床的機(jī)械加工精度，考慮經(jīng)濟(jì)性，最終將等級(jí)鏇修優(yōu)化為無級(jí)鏇修。

1 輪對(duì)消耗因素分析

地鐵車輛輪對(duì)壽命終結(jié)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要是將輪對(duì)直徑與其尺寸限度相比較。輪對(duì)日常消耗主要分為走行磨損消耗和鏇修切削消耗。這兩類磨損將使輪對(duì)磨損逐步接近尺寸限度，直到壽命結(jié)束。

1.1 走行磨損消耗分析

影響走行磨損的主要因素有軌道型號(hào)材質(zhì)、輪對(duì)材質(zhì)、踏面與軌道匹配情況、列車自重及載客量、列車牽引制動(dòng)特性、運(yùn)行速度、線路曲線等。對(duì)于特定車型和特定線路，車輛維保部門除確保合理的輪緣潤(rùn)滑措施外，還會(huì)通過對(duì)輪對(duì)的鏇修來改善輪軌匹配，以降低走行磨損。

1.2 鏇修切削消耗分析

鏇修切削消耗包括單次評(píng)估與長(zhǎng)期評(píng)估。其中，單次鏇修切削消耗主要與鏇輪驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、鏇床機(jī)加工精度有關(guān)；長(zhǎng)期的鏇修切削消耗主要受輪對(duì)鏇修判定標(biāo)準(zhǔn)及鏇修作業(yè)的時(shí)機(jī)影響。

1.3 走行磨損消耗與鏇修切削消耗的關(guān)系

鏇修作業(yè)可改善輪軌幾何匹配特性，在一定程度上可降低走行磨損。但鏇修作業(yè)需切削輪對(duì)材料，如何在恢復(fù)踏面外形降低走行磨耗和減少鏇修消耗之間取得平衡，需要長(zhǎng)期的鏇修作業(yè)數(shù)據(jù)分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合判斷與檢驗(yàn)。

2 深圳地鐵預(yù)防性鏇修實(shí)踐

2.1 傳統(tǒng)故障鏇修模式

對(duì)于地鐵車輛輪對(duì)的維修，通常采用故障鏇修的模式。即安排鏇修作業(yè)的時(shí)機(jī)是輪對(duì)直徑、輪緣厚度、輪緣垂直磨耗、踏面跳動(dòng)量等幾何尺寸超過運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，或者出現(xiàn)擦傷、剝離、碾邊等超出規(guī)定要求的問題時(shí)。傳統(tǒng)鏇修模式通過一系列可測(cè)量的數(shù)據(jù)來判定是否需進(jìn)行鏇修作業(yè)，雖然標(biāo)準(zhǔn)明確、便于執(zhí)行，但存在以下問題：

(1) 單次鏇修切削量較大。根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)輪徑、輪緣厚度等指標(biāo)超標(biāo)問題時(shí)，為從應(yīng)用極限標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)至鏇輪驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，單次鏇輪切削量勢(shì)必較大。

(2) 總體鏇修切削量較大。輪對(duì)出現(xiàn)踏面跳動(dòng)、踏面剝離等問題后，其在達(dá)到鏇輪判定標(biāo)準(zhǔn)的過程中往往有逐步加速的趨勢(shì)，并在一定運(yùn)行里程范圍內(nèi)呈現(xiàn)出圖1所示的類似指數(shù)函數(shù)的發(fā)展特點(diǎn)，在接近故障鏇修臨界點(diǎn)時(shí)輪對(duì)磨損消耗率明顯提高。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，踏面跳動(dòng)量在0.3 mm以內(nèi)時(shí)輪對(duì)磨損變化緩慢，一旦超過0.3 mm，通常會(huì)在1個(gè)月內(nèi)急劇惡化超過0.7 mm，故完全采用故障鏇修將增加不必要的材料浪費(fèi)，增加總體切削量。

圖1 輪對(duì)狀態(tài)趨勢(shì)示意圖及不同鏇修模式實(shí)施時(shí)機(jī)

(3) 導(dǎo)致輪對(duì)走行磨損消耗率增大。根據(jù)相關(guān)研究，充分運(yùn)行后的車輪踏面將形成硬化層，深度通常為5～8 mm，且距踏面1 mm處的硬度通常比輪輞中心硬度高20～60 HV，該硬化層有利于減少輪對(duì)走行磨損消耗，而需切削更多材料的故障鏇修模式更容易破壞已形成的硬化層[1]。

(4) 難以實(shí)現(xiàn)全列車輪對(duì)的均衡使用。故障鏇修模式要求僅對(duì)出現(xiàn)問題的車輛輪對(duì)進(jìn)行鏇修，往往出現(xiàn)同列編組的不同車輛輪對(duì)使用不均的問題，給后續(xù)換輪作業(yè)帶來困難，勢(shì)必造成浪費(fèi)。

(5) 導(dǎo)致鏇修作業(yè)生產(chǎn)安排困難。由于通過上述指標(biāo)安排鏇輪，則存在較大的不確定性；同時(shí)，每次鏇輪作業(yè)僅針對(duì)某列車編組中的超標(biāo)車輛，使得每次作業(yè)效率較低，且存在短期內(nèi)針對(duì)同列車編組的不同車輛進(jìn)行鏇輪的重復(fù)生產(chǎn)安排。

(6) 輪對(duì)踏面出現(xiàn)溝狀磨耗等異常情況時(shí)，將加劇輪軌磨耗，而上述硬性指標(biāo)難以反映此類問題。

2.2預(yù)防性鏇修模式

針對(duì)傳統(tǒng)鏇修模式存在的問題，深圳地鐵針對(duì)不同線路、不同車型建立了鏇輪數(shù)據(jù)庫，通過對(duì)各輪對(duì)參數(shù)變化情況的長(zhǎng)期跟蹤，鎖定了各車型輪對(duì)數(shù)據(jù)變化走勢(shì)的突變范圍，探索并制定出具有針對(duì)性的鏇輪里程周期，同時(shí)建立了以預(yù)防鏇修為主、故障鏇修為輔的鏇輪模式。

深圳地鐵將原有的按硬性指標(biāo)安排的單輛車“恢復(fù)性鏇修”，改為按走行公里數(shù)進(jìn)行整列車“改善性鏇修”，降低了總體鏇修量，極大節(jié)約了生產(chǎn)安排工作，同時(shí)還提高了維修效率。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，深圳地鐵一期車輛采用預(yù)防鏇修模式，其拖車輪對(duì)平均壽命達(dá)13.4年，動(dòng)車輪對(duì)平均壽命達(dá)16.8年，明顯高于地鐵車輛輪對(duì)5～10年的正常使用壽命[2]。

3 深圳地鐵經(jīng)濟(jì)性鏇修實(shí)踐

3.1 傳統(tǒng)等級(jí)鏇修模式

深圳地鐵各線各車型輪對(duì)采用的是TB 449—2003標(biāo)準(zhǔn)中的LM型踏面，按傳統(tǒng)等級(jí)鏇修模式，在進(jìn)行輪對(duì)鏇修時(shí)需按TB 449—2003標(biāo)準(zhǔn)中的LM、LM-30、LM-28、LM-26四種踏面外形進(jìn)行恢復(fù)性鏇修，并以此作為鏇輪作業(yè)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。由于這四種踏面輪緣厚度跨距較大，在恢復(fù)輪緣厚度時(shí)往往切削量較大，特別是輪緣由薄增厚時(shí)一般輪徑需切削4.5倍于輪緣厚度增加的量[3]，且同樣存在單次鏇修量較大、破壞硬化層的問題，嚴(yán)重影響了輪對(duì)壽命。

雖然2007年鐵運(yùn)98號(hào)文《鐵路貨車車輪軸組裝、檢修及管理規(guī)則》中新增了LM-31.5、LM-31、LM-29.5、LM-29、LM-27.5、LM-27六種踏面外形，可用于等級(jí)鏇修，但相對(duì)于目前先進(jìn)的鏇床機(jī)加工精度，仍存在明顯的輪對(duì)材料浪費(fèi)現(xiàn)象。

3.2 經(jīng)濟(jì)性鏇修模式

深圳地鐵通過對(duì)鏇輪標(biāo)準(zhǔn)的分析研究，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)營(yíng)中主要為踏面輪徑磨耗而非輪緣磨耗的現(xiàn)狀，認(rèn)為在鏇輪作業(yè)中沒有必要一定按照以上10種踏面外形進(jìn)行鏇修和作為鏇輪驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。特別是對(duì)于可按照輪緣厚度0.1 mm的精度進(jìn)行踏面外形加工的不落輪鏇床，可將傳統(tǒng)的等級(jí)鏇修模式改為更經(jīng)濟(jì)的無級(jí)鏇修模式，從而大大減少單次鏇修輪對(duì)直徑切削量。

在鏇修作業(yè)時(shí)，要優(yōu)先保證輪徑在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，在滿足輪緣厚度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)情況下，通過走空刀形式可保持原輪緣厚度。綜合各類鏇床的機(jī)加工能力，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)鏇修，深圳地鐵對(duì)鏇修外形的選擇及各外形驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)作了具體規(guī)定：

(1) 輪徑以每輛車最小輪徑值為基準(zhǔn)、輪緣厚度以每軸最薄厚度值X為基準(zhǔn)進(jìn)行鏇修。最小輪徑徑向進(jìn)刀量(包括系統(tǒng)自動(dòng)徑向進(jìn)給量)累加不能大于不落輪鏇床第一次測(cè)量的跳動(dòng)量，同車其他車軸輪徑不必鏇修至與最小輪徑一致，只需保證在驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)即可。

(2) 對(duì)于只能鏇修LM-26、LM-28、LM-30和LM四種輪緣外形的Ⅰ類鏇床，鏇削踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)按表1執(zhí)行。

表1 Ⅰ類鏇床鏇削踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)

(3) 對(duì)于可按輪緣厚度每0.1 mm進(jìn)行鏇修的Ⅱ類鏇床，鏇輪踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)按表2執(zhí)行。

表2 Ⅱ類鏇床鏇削踏面外形選擇及鏇修標(biāo)準(zhǔn)

(4) 按以上要求鏇修結(jié)束后，若踏面有未鏇修的表面(黑皮)，用手觸摸有明顯凹陷(大于0.2 mm),則視凹陷深度調(diào)整輪徑值再次鏇修；若無明顯凹陷(小于等于0.2 mm)，則不必再鏇。

4 預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修對(duì)輪對(duì)壽命模型的影響

輪對(duì)壽命模型，可簡(jiǎn)化等效為圖2中折線，走行磨損消耗和鏇修切削消耗交替重復(fù)直至輪對(duì)報(bào)廢。相對(duì)于傳統(tǒng)鏇修模式，預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修模式的平均鏇修量和等效輪對(duì)磨損消耗率更小，即圖2中α>β、a>b，因此L2>L1，即可以實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)換輪周期、提高輪對(duì)壽命的目的。

圖2 預(yù)防鏇和經(jīng)濟(jì)鏇模式對(duì)輪對(duì)壽命的影響

5 結(jié)語

我國多家地鐵公司由于車輛輪對(duì)無法維持到10年的大修期而不得不在5年架修修程中進(jìn)行換輪，而深圳地鐵一期車輛全部可維持到大修進(jìn)行更換。深圳地鐵通過對(duì)轉(zhuǎn)向架輪對(duì)預(yù)防性和經(jīng)濟(jì)性鏇修的探索和實(shí)踐，在輪對(duì)維保管理上開辟了一條創(chuàng)新之路，在確保列車運(yùn)營(yíng)安全和運(yùn)行品質(zhì)的前提下，極大地提高了輪對(duì)壽命，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。