軌道交通車輛輪對磨耗特征分析與鏇修策略優(yōu)化

□ 曾隆隆

廣州地鐵集團有限公司 廣州 510310

1 分析背景

城市軌道交通是城市公共交通的骨干,具有安全、舒適、節(jié)能、環(huán)保、大運量等特點,屬于綠色環(huán)保交通體系[1]。廣州軌道交通14號線是典型的城郊線路,在常規(guī)運營模式的基礎(chǔ)上開行快車模式,線路全長76.3 km,其中地下線44.3 km,高架線32 km,具有站間距長、運行速度高、高架線路多等特點。廣州軌道交通14號線采用6節(jié)編組B型列車,編組形式為—A+B+C=C+B+A—,A車為拖車,B車和C車為動車,—表示全自動車鉤,+表示半永久牽引桿,=表示半自動車鉤[2]。

廣州軌道交通14號線運營以來,列車陸續(xù)出現(xiàn)輪對徑向圓跳動超標、輪緣厚度超標等問題。列車因輪對參數(shù)超標而扣停鏇修,容易造成正線供車緊張,影響運營生產(chǎn)[3]。此外,列車輪對頻繁鏇修,將增大輪對鏇修量,縮短輪對使用壽命[4-5]。優(yōu)化列車輪對鏇修策略,既有利于提高列車良好率,延長輪對使用壽命,又有利于保障列車運營正常安全,節(jié)省運營成本[6-7]。

2 列車輪對管理標準

廣州軌道交通14號線列車最高運行速度為120 km/h,采用直輻板整體輾鋼車輪和輪盤制動方式,踏面采用LM型踏面廓形,輪對材質(zhì)為ER9,符合EN 13262:2004標準[8]。LM型踏面廓形靠近機車中心內(nèi)側(cè)由半徑依次為100 mm、500 mm、220 mm的三段圓弧相切組成,車輪輪緣高度為27 mm,由半徑依次為24 mm、12 mm、18 mm、14 mm的四段圓弧組成。LM型踏面廓形如圖1所示。

圖1 LM型踏面廓形

列車輪對鏇修指列車輪對外形尺寸不符合運用標準時所實施的列車輪對加工修復(fù)過程[9]。判斷列車輪對是否需要鏇修,根據(jù)列車輪對參數(shù)是否超過運用標準而定。廣州軌道交通14號線列車輪對參數(shù)運用標準見表1。當列車輪對的任意一個參數(shù)超出運用標準范圍時,列車輪對必須進行鏇修。

表1 列車輪對參數(shù)運用標準 mm

3 列車輪對磨耗特征分析

3.1 輪徑磨耗

列車左右側(cè)輪對輪徑磨耗率如圖2所示。由圖2可知,列車左側(cè)輪對輪徑磨耗率為0.199 mm/104km,列車右側(cè)輪對輪徑磨耗率為0.200 mm/104km。數(shù)據(jù)表明,列車右側(cè)輪對輪徑磨耗率略高于左側(cè)輪對輪徑磨耗率,列車左右側(cè)輪對輪徑磨耗率不存在明顯的偏磨現(xiàn)象。

圖2 列車左右側(cè)輪對輪徑磨耗率

列車拖車與動車輪對輪徑磨耗率如圖3所示。由圖3可知,列車拖車輪對輪徑磨耗率為0.198 mm/104km,列車動車輪對輪徑磨耗率為0.200 mm/104km。數(shù)據(jù)表明,列車動車輪對輪徑磨耗率略高于拖車輪對輪徑磨耗率。由于動車輪對為驅(qū)動輪對,因此動車輪對輪徑磨耗率略高于拖車輪對輪徑磨耗率屬于正?，F(xiàn)象。

圖3 列車拖車與動車輪對輪徑磨耗率

輪緣潤滑裝置對列車輪對輪徑磨耗率的影響如圖4所示。由圖4可知,有輪緣潤滑列車輪對輪徑磨耗率為0.216 mm/104km,無輪緣潤滑列車輪對輪徑磨耗率為0.218 mm/104km,輪緣潤滑裝置可以降低列車輪對輪徑磨耗率。數(shù)據(jù)表明,輪緣潤滑裝置有利于降低列車輪對輪徑磨耗率,可較好地保護列車輪對輪徑,從而延長列車輪對的使用壽命。

圖4 輪緣潤滑裝置對列車輪對輪徑磨耗率影響

列車輪對輪徑磨耗率與運行里程變化趨勢如圖5所示。由圖5可知,列車輪對輪徑磨耗率隨著運行里程的增加總體呈下降趨勢,列車運營里程達到300 000 km后,列車輪對輪徑磨耗率逐步趨于穩(wěn)定。由于上線運營前期列車輪對與鋼軌尚處于磨合期,輪軌磨合暫不穩(wěn)定,因此輪軌磨耗相對較為嚴重,列車輪對輪徑磨耗率相對較高。運行一段時間后,列車輪對與鋼軌磨合逐漸穩(wěn)定成型,輪軌接觸逐漸吻合,列車輪對輪徑磨耗率逐漸降低并趨于穩(wěn)定。

圖5 列車輪對輪徑磨耗率與運行里程變化趨勢

3.2 輪緣厚度磨耗

列車左右側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率如圖6所示。由圖6可知,列車左側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率為0.014 5 mm/104km,列車右側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率為0.014 mm/104km。數(shù)據(jù)表明,列車左右側(cè)輪對輪緣厚度表現(xiàn)為輕微正磨耗,列車左側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率與列車右側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率基本一致,列車左右側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率不存在明顯的偏磨現(xiàn)象。

圖6 列車左右側(cè)輪對輪緣厚度磨耗率

列車拖車與動車輪對輪緣厚度磨耗率如圖7所示。由圖7可知,列車拖車輪對輪緣厚度磨耗率為0.014 5 mm/104km,列車動車輪對輪緣厚度磨耗率為0.014 mm/104km。數(shù)據(jù)表明,列車拖車與動車輪對輪緣厚度表現(xiàn)為輕微正磨耗,列車拖車輪對輪緣厚度磨耗率與列車動車輪對輪緣厚度磨耗率基本一致。

圖7 列車拖車與動車輪對輪緣厚度磨耗率

輪緣潤滑裝置對列車輪對輪緣厚度磨耗率的影響如圖8所示。由圖8可知,有輪緣潤滑列車輪對輪緣厚度磨耗率為-0.014 mm/104km,無輪緣潤滑列車輪對輪緣厚度磨耗率為0.016 mm/104km。數(shù)據(jù)表明,輪緣潤滑裝置有利于降低輪對輪緣厚度磨耗率,可較好地保護列車輪對輪緣厚度,從而延長列車輪對的使用壽命。

圖8 輪緣潤滑裝置對列車輪對輪緣厚度磨耗率影響

3.3 徑向圓跳動

列車輪對徑向圓跳動分布如圖9所示。由圖9可知,列車輪對徑向圓跳動主要分布在0.1～0.3 mm范圍內(nèi),徑向圓跳動超出0.5 mm的百分比為7.4%,超出0.7 mm的百分比僅為1.2%。列車輪對徑向圓跳動平均值為0.25 mm,表明列車輪對徑向圓跳動控制在較低水平。

圖9 列車輪對徑向圓跳動分布

列車輪對徑向圓跳動發(fā)展率與運行里程變化趨勢如圖10所示。由圖10可知,列車輪對徑向圓跳動發(fā)展率隨著運行里程的增加呈現(xiàn)下降趨勢,運行400 000 km后,列車輪對徑向圓跳動發(fā)展率逐步趨于穩(wěn)定。數(shù)據(jù)表明,列車輪對徑向圓跳動發(fā)展率與列車輪對輪徑磨耗率相關(guān)性較好,兩者均隨著運行里程的增加呈現(xiàn)下降趨勢,并逐步趨于穩(wěn)定。

圖10 列車輪對徑向圓跳動發(fā)展率與運行里程變化趨勢

4 列車輪對鏇修情況

列車輪對鏇修原因分布如圖11所示。由圖11可知,列車輪對徑向圓跳動超標是列車輪對鏇修的主要原因,占比高達64.2%,輪緣厚度超標引起的列車輪對鏇修百分比為18.3%,同轉(zhuǎn)向架輪徑超差引起的列車輪對鏇修百分比為7.3%,同軸輪徑超差引起的列車輪對鏇修百分比僅為0.9%。

圖11 列車輪對鏇修原因分布

5 鏇修策略優(yōu)化

列車輪對鏇修的主要原因有徑向圓跳動超標、輪緣厚度超標、同轉(zhuǎn)向架輪徑超差等[10]。從列車輪對鏇修精度控制、同轉(zhuǎn)向架列車輪對鏇修標準優(yōu)化、輪緣厚度加工目標值等方面分析,使鏇修后的列車輪對參數(shù)在最優(yōu)范圍內(nèi),最大限度保護列車輪對的輪徑,延長列車輪對的鏇修周期。

5.1 鏇修精度控制

如果同軸輪徑超差,同轉(zhuǎn)向架輪徑超差,同節(jié)車輪徑超差,會使列車在直線運行時的蛇形運動加劇,造成列車蛇形失穩(wěn)現(xiàn)象。如果同軸輪徑超差、同轉(zhuǎn)向架輪徑超差、同節(jié)車輪徑超差嚴重,會使列車在曲線運行時車輪減載,引起懸浮脫軌。

為確保列車輪對鏇修后同軸輪徑差、同轉(zhuǎn)向架輪徑差、同節(jié)車輪徑差在最優(yōu)范圍內(nèi),且同軸輪徑差、同轉(zhuǎn)向架輪徑差、同節(jié)車輪徑差在一個輪對參數(shù)測量周期內(nèi)不超標,需制定嚴格的輪對鏇修精度控制標準。列車輪對鏇修后,列車左右側(cè)輪對輪徑差不大于0.5 mm,同一轉(zhuǎn)向架最大輪徑與最小輪徑差不大于2 mm,同一節(jié)車任意兩個輪徑差不大于4 mm。列車輪對鏈修精度控制見表2。

表2 列車輪對鏇修精度控制 mm

5.2 同轉(zhuǎn)向架列車輪對鏇修標準優(yōu)化

雙軸式數(shù)控不落輪鏇床可同時對同一轉(zhuǎn)向架的兩條列車輪對踏面輪廓進行在線測量和鏇修。根據(jù)雙軸式數(shù)控不落輪鏇床的特點,在盡可能保護輪徑值的前提下,制定更為嚴格的同轉(zhuǎn)向架列車輪對鏇修標準。同一轉(zhuǎn)向架某條列車輪對徑向圓跳動不小于0.3 mm,另一條列車輪對徑向圓跳動在0.2～0.3 mm之間,需要對整個轉(zhuǎn)向架進行鏇修。對同一轉(zhuǎn)向架的兩條列車輪對同步鏇修,既有利于同一轉(zhuǎn)向架兩條列車輪對徑向圓跳動維持在相同等級水平,又有利于避免由于單條列車輪對鏇修引起的同轉(zhuǎn)向架輪徑超差。

5.3 輪緣厚度加工目標值

列車輪對輪緣厚度過小,會導(dǎo)致輪軌間距增大,使列車蛇形運動加劇,輪緣橫向力增大。列車輪對輪緣厚度過大,會導(dǎo)致輪軌間距減小,增大行車阻力,列車在彎道容易出現(xiàn)爬軌[11]。根據(jù)列車輪對鏇修經(jīng)驗,輪緣厚度的修正值和列車輪對輪徑的切削量成正比關(guān)系,輪緣厚度切削量越大,列車輪對直徑的減小量就越大[12]。

若列車輪對輪緣厚度為負磨耗,列車輪對輪緣厚度隨著運行里程的增加而增大,應(yīng)適當將輪緣厚度加工目標值調(diào)小,使列車輪對鏇修后輪緣厚度在最優(yōu)范圍內(nèi),避免因列車輪對輪緣厚度超標引起扣車鏇修。若列車輪對輪緣厚度為正磨耗,列車輪對輪緣厚度隨著運行里程的增加而減小,應(yīng)最大限度保護列車輪對輪徑值,根據(jù)列車輪對輪緣厚度設(shè)定輪緣厚度加工目標值。不同列車輪對輪緣厚度加工目標值見表3。

表3 列車輪對輪緣厚度加工目標值

6 結(jié)束語

筆者對廣州軌道交通14號線列車輪對磨耗特征進行分析,并對鏈修策略進行優(yōu)化。列車輪對左右側(cè)輪徑磨耗、輪緣厚度磨耗基本一致,不存在明顯的偏磨現(xiàn)象。列車輪對徑向圓跳動發(fā)展率與列車輪對輪徑磨耗率相關(guān)性較好,隨著運行里程增加總體呈下降趨勢,并逐步趨于穩(wěn)定。

優(yōu)化列車輪對鏇修策略后,列車輪對輪徑鏇修率由0.104 mm/104km降低至0.082 mm/104km,列車輪對鏇修周期由121 000 km延長至152 000 km,提高了列車良好率,延長了列車輪對使用壽命,降低了列車維護成本。