天津地铁1号线车轮异常磨耗研究

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1、天津地铁1号线车轮异常磨耗研究　　摘要：介绍了天津地铁1号线车辆车轮的两种异常磨耗情况，分析了造成动车和拖车的两种车轮异常磨耗的原因，提出应对措施。关键词：地铁车辆；车轮；异常磨耗；中图分类号：U231文献标识码：A天津地铁1号线，线路总长为26.1km。目前上线运营列车25列，前期运营有4、6节编组列车。为满足乘客的出行要求，2011年后全部改编为6节编组列车，为3动3拖形式编组。随着运营总里程的的增加及日益增长的客流量，受到车辆自身因素及线路等多方面的影响，车轮出现了车轮异常磨耗的现象，影响了车轮

2、的使用寿命。因此，分析出异常磨耗的原因，找到相应的解决措施，不仅可以提高车轮的使用寿命，还能确保行车安全，具有显著的经济及社会效益。1.异常磨耗概况1.1动车轮缘异常磨耗7天津地铁1号线自2006年开通运营至今已运行70余万公里，在2009年出现了动车轮缘磨耗异常的现象。2009年所有动车轮缘的平均磨耗率为0.31mm/万km，其中4节动车轮缘的平均磨耗率为0.27mm/万km，6节动车轮缘的平均磨耗率为0.34mm/万km。2007、2008年所有动车轮缘的平均磨耗率分别为0.18、0.21mm/万

3、km，磨耗率分别上升74.6%、48.5%，增长速率迅速，动车轮缘出现了厚度过薄、锋芒、垂直磨耗的现象，处于异常磨耗状态。另外，对2009年1至12月期间全线25列车车轮的磨耗率进行统计分析，发现在1月和12月动车轮缘磨耗率达到峰值（图1），基本是其他月份轮缘磨耗率的2-3倍，这与前两年同一时间内轮缘磨耗情况大致相同。图11.2拖车轮径异常磨耗2010年1号线车辆出现了拖车轮缘厚度突增的现象，接连出现因拖车轮缘过厚而需要进行镟修的状况。2010年所有拖车轮径的平均磨耗率为0.72mm/万km，其中4节

4、车轮径的平均磨耗率为0.75mm/万km，6节车轮径的平均磨耗率为0.69mm/万km。而2009年所有拖车轮径的平均磨耗率为0.25mm/万km，轮径磨耗率增加2倍，较多拖车车轮踏面出现了明显的沟槽状磨损（图2），按照磨耗统计，拖车轮对约3年需要换轮（正常换轮周期超过6年），与此同时，拖车的闸瓦也磨耗过快，更换周期不足3个月。而且由于拖车车轮踏面磨耗过快，导致轮缘测量基准点变化，部分轮缘的测量厚度不但不减少，反而增大，如不及时镟修，车轮踏面上将形成一个凹面，对行车安全造成威胁,处于异常磨耗状态。图2

5、72.原因分析2.1动车异常磨耗分析轮缘厚度磨耗的产生是由于列车在运行过程中，由于各种因素的影响轮对会出现横向摆动蛇行运动，导致轮缘外侧与钢轨内侧面发生冲撞和磨耗。尤其是通过道岔和曲线时磨耗更加加剧，这种磨耗是不能避免的。轮缘厚度磨耗超限后，其根部变薄、强度下降，易在轮缘根部产生裂纹以至缺损，并且增大轮缘与钢轨间的游隙，使车辆发生过分的摆动特别是车轮通过道岔时容易爬上轨尖，导致列车发生脱轨事故。2.1.1线路情况复杂天津地铁1号线是在原有的老线路上分别向南、北延伸扩建而成，全线分为既有线路和新建线路。

6、有着线路复杂，曲线线路多，曲线半径小的特点。线路情况复杂，既有线路和段场线路钢轨规格为50kg/m，新建线路钢轨规格为60kg/m。线路中有许多小半径曲线，其中半径小于300m的曲线段有14处，车轮运行工况较为恶劣。在通过曲线时外侧车轮轮缘紧靠钢轨内侧，不可避免的发生轮缘磨耗。当曲线欠超高过大，当速度继续增大时，曲线半径小、导向力即正压力值也大，与冲角的乘积越大，最终导致车轮轮缘的磨耗越严重。2.1.2轮轨的硬度匹配关系7大量的统计和试验证明，当车轮硬度小于钢轨，车轮接触钢轨时，钢轨表面变形小，车轮的

7、变形大，车轮接触面被压平，这时车轮与钢轨接触面接近平面，车轮与钢轨只能靠表面的粗糙程度来防止打滑，增加磨耗及擦伤；当车轮硬度大于钢轨，车轮接触钢轨时，车轮表面的变形小，而钢轨的变形大，车轮“嵌入”钢轨中，这种情况下车轮钢轨接触面是曲面，轮轨不易打滑，磨耗相对较小。通过对车轮硬度检测结果的统计，1号线的车轮硬度范围在270~319HB，发现有40个车轮的硬度小于280HB，占以测量总轮数的8.93%，而60kg/m钢轨的硬度为280~300HB，这是导致轮缘磨耗增加的一个原因。2.1.3摩擦系数的影响运

8、用环境和接触表面状况指标，都可归结为摩擦系数的影响。轨道和车轮属于一副摩擦副，随着轮轨的接触，轮轨界面磨合接触面积增大，充当磨料的材料逐步被排除，此时摩擦系数急剧上升，完全磨合后，轮轨间达到一个平衡状态，摩擦系数稳定。经过了磨合期，磨耗率却没有稳定，主要原因是轮轨的接触状态被外界因素改变了，在每年的季节变换的时间段内，钢轨表面的状态发生了变化，在夏秋季节，空气湿润，轮轨的摩擦系数相对较小；而在春冬季节，空气干燥，轮轨间的摩擦系数就相对增加。轮轨间的摩擦副