（ 与开发 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１７．０４．０２９ 广州地铁八号线轮对磨耗分析及轮缘偏磨优化方案 黄 幸 （广州地铁集团有限公司，广东广州 ５１０３１０） 摘要：对广州地铁八号线两型列车轮对磨耗数据进行统计对比，发现两型列车磨耗存在差异及存在轮缘偏磨问题。通过对两型 列车配置差异的对比、查阅相关文献资料并结合实际情况进行分析，得出磨耗差异及轮缘偏磨的原因，提出轮缘偏磨的优化方案。 关键词：轮对磨耗；轮缘偏磨；优化方案 中图分类号：Ｕ２３１．９４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９４９２（２０１７）Ｏ４一【）１１Ｏ一０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ Ｗｈｅｅｌ Ｗｅａｒ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｍｅｓ ｔｏ Ｗｈｅｅｌ Ｆｌａｎｇｅ Ｐａｒｔｉａｌ Ｗｅａｒ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｌｉｎｅ８ ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎｇ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０３１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｒａｉｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｌａｎｇｅ ｆｗｅａｒ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｗｅａｌ＂ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍｅｔｒｏ ｌｉｎｅ ８．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｌｏｏｋｉｎｇ ｕｐ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｗｈｅｅｌ ｗｅａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｅｅｌ ｆｌａｎｇｅ ｐａｒｔｉａｌ ｗｅａｒ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｗｈｅｅｌ ｆｌａｎｇｅ ｐａｒｔｉａｌ ｗｅａｒ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ｗｈｅｅｌ ｗｅａｒ；ｗｈｅｅｌ ｌａｎｇｅ ｆｐａｒｔｉａｌ ｗｅａｒ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅｓ １背景 轮对作为地铁列车主要磨耗件之一，分析其 磨耗规律、运用状态，对磨耗优化，节省成本， 保障运营安全具有较大意义。 广州地铁八号线有Ａ２及Ａ５两型列车。Ａ２型 车轮对采用ＣＬ６０钢，符合ＴＢ／Ｔ２８１７—１９９７标准， 为欧洲ＯＲＥＳ１００２磨耗型踏面；Ａ５型车轮对采用 轮对磨耗实际情况。为了较好体现轮对在不同阶 段磨耗情况，其数据筛选采用以下原则： （１）以单节车为研究对象，分别计算其轮对 在各个统计周期的磨耗数据，计算单节车一个统 计周期的磨耗数据； （２）参照镟修、换轮等数据变化，尽量拉长 ＥＲ９钢，符合ＥＮ１３２６２—２００４标准，为德国 ＤＩＮ５５７３型踏面。在相同的线路条件下，通过统 计分析，对比两型的磨耗异同情况能更好地判断 统计数据周期，以提高数据统计精确性； （３）剔除所有误差粗大数据。 根据统计数据，以每节车为研究对象，计算 得出： 各种因素对磨耗的影响。 轮对磨耗率统计结果，如表１、表２所示；两 型列车轮径、轮缘磨耗对比，如图１、图２所示。 表１ Ａ２车轮对磨耗率统计 （ｍｒ．／万千米） ２问题的提出 ２．１两型列车的轮对磨耗统计 考虑到检修周期与列车扣修因素，本文以列 车轮对数据测量时问对应列车里程数进行统计， 即磨耗率以ｍｍ／万千米为单位，以更精确地体现 收稿日期：２０１６—１２—２７ ［二］ 黄 幸：广州地铁八号线轮对磨耗分析及轮缘偏磨优化方案 研究与 表２ Ａ５车轮对磨耗率统计 蠢 （ｍｍ／万千米） 一、 ～／＿ ＼ ：一 —◆＿＿右车轮 卅－－－左车轮 ’、＼ 一 蠢轮径磨耗平均值 一轮径磨耗最大值 偶数Ａ偶数Ｂ偶数ｃ奇数Ａ奇数Ｂ奇数ｃ 图３ 各节车左右轮轮缘磨耗对比折线图 ２．２从统计得出的问题 从磨耗统计中，可以发现两个问题：一为两 型列车轮对磨耗率存在较大差异，尤其是轮缘磨 Ａ２车轮径磨耗 Ａ５车轮径磨耗 耗，Ａ５型车磨耗较Ａ２型车大３０％～５０％；二为两 图１ Ａ２、Ａ５车轮径磨耗对比图 ３ Ｓ ２ 型列车均存在轮缘偏磨情况，右轮磨耗较左轮磨 耗大约２６％，Ａ车磨耗较Ｂ／Ｃ车大约２２％。 叭 ５ １ ５ ０ 纛轮缘磨耗最大值 一轮缘磨耗最大值 ０．２６１ ３问题的分析 ３．１两型列车轮对磨耗率差异分析 在线路条件相同情况下，分析两型列车轮对 磨耗率差异主要从两型车轮对类型，包括两型车 转向架布置等方面人手。 前文有提及，Ａ２型车轮对采用ＣＬ６０钢，欧 Ａ２车轮缘磨耗 Ａｓ车轮缘磨耗 洲ＯＲＥＳ１００２磨耗型踏面；Ａ５型车轮对采用ＥＲ９ 钢，德国ＤＩＮ５５７３型踏面。查阅资料，国际铁 路联盟标准ＵＩＣ５１０—２定义了Ｓ１００２车轮踏面， 图２ Ａ２、Ａ５车轮缘磨耗对比图 左右轮轮缘磨耗率，如表３所示；各节车左 右轮缘磨耗对比，如图３所示。 表３ 左右轮轮缘万公里磨耗统计表 单位：ｍｍ／万千米 车轮 偶数Ａ右车轮 偶数Ｂ右车轮 偶数Ｃ右车轮 奇数Ａ右车轮 根据不同车轮直径推荐了３种高度的轮缘，而主 踏面部分完全相同；德国标准ＤＩＮ５５７３根据不同 车轮直径定义了２种轮缘高度的踏面，经核实除 二者车轮直径范围略有差异外，与ＵＩＣ５１０—２的 对应部分完全一致－－ 。而两型车轮对直径范围一 致，轮缘初始高度一致，则可认为在踏面类型 上，两型车一致。 磨耗 Ｏ．２６６ Ｏ．２１９ Ｏ．２０４ ０．２６４ 车轮 偶数Ａ左车轮 偶数Ｂ左车轮 偶数Ｃ左车轮 奇数Ａ左车轮 磨耗 Ｏ．２０４ ０．１５０ ０．１４３ ０．１９９ 根据国家标准项目组２０１２年编制的《辗钢整 体车轮》，Ａ２型车车轮所采用的ＣＬ６０钢表面硬度 ＨＢＷ值为２７７，而Ａ５车所采用的ＥＲ９钢则为 ２５５。ＣＬ６０钢较ＥＲ９钢含碳量高，表面硬度也较 奇数Ｂ右车轮 奇数Ｃ右车轮 Ｏ．２０２ ０．２１４ 奇数Ｂ左车轮 奇数Ｃ左车轮 Ｏ．１５６ Ｏ．１５８ 硬。根据相关资料记载，轨轮硬度比１．１３是２类 不同类型钢轨（淬火与非淬火）与车轮匹配的交汇 点，对淬火钢轨匹配系统而言，这是系统总磨耗 定义左轮：“奇数车厢奇数车轮”、“偶数车厢偶数车轮” 定义右轮：“偶数车厢奇数车轮”、“奇数车厢偶数车轮”。 注：在轮对运用管理过程中，发现Ａ车多发轮缘偏小， 且多为个别轮轮缘偏小，该情况两型列车均存在，因此对左 右轮轮缘磨耗进行了统计 率最低的最佳比值，而对非淬火钢轨系统来说， 则是匹配失衡的临界点。非淬火钢轨匹配比值在 厂■■ 瞳噩益警 薯盏 亚０Ｌ＿厂 』盐叠羔■■羞兰羞 与开发 １：１５ １：４６ ； ５×４５。 ３０ 一 Ｗ－－ Ｉ ３２ ７０ １３５ ０ ∞ 图４ Ｓ１００２型踏面轮廓 １．０—１．１３时，系统处在轨、轮磨耗和总磨耗都 呈低值平缓特征的合理低耗区段；轨轮硬度比大 于１。１３时２类系统的车轮磨耗和总磨耗都迅速 触，磨耗较为严重，从而造成右车轮磨耗较左年 轮磨耗大约２６％。综上，从而造成了Ａ车右轮轮 缘磨耗最快。 想要优化列车偏磨，可从两方面着手。 （１）不磨或少磨轮缘，主要考虑减少轮对的 异常横移量。列车在正常运行时，由于线路变 化、踏面锥度、载重变化等因素，列车实际会做 蛇形运动。 上升 。广州市轨道交通各条线路所使用的钢轨材 质均为ＰＤ３型（Ｕ７５Ｖ），该种轨道的硬度一般为 ２８０～３２０ ＨＢ（非淬火）。则据此计算得出，ＣＬ６０ 钢轨匹配比值为１．０１～１．１５；ＥＲ９钢轨比值为１．１０— １．２５。因此，从钢轨匹配度来说，Ａ２型车轮对磨 耗会较Ａ５型车优。 轮对的磨耗源于轮轨直接相互作用，除钢轨 匹配度外，两者所作用的力也是关键。从自身重 量来说，Ａ５型车自重略大于Ａ２车。两型车的悬 如有轮对左右轮对存在轮径差、轴箱定位存 在偏差、悬挂系统刚度差异等因素，将导致异常 横移量的产生。Ｓ１００２型踏面与ＤＩＮ５５７３型踏面形 状如图４，踏面主要存在１／４６、１／１５两个锥度。正 常情况下，１／１５锥度部分的踏面只在列车通过小 挂系统、轴箱定位方式也不一样，而由这两方面 引起的差异将在下文分析轮缘偏磨时进行具体分 析。 ３．２轮缘偏磨分析 分析轮缘偏磨问题，可从外部条件（线路原 曲线半径弯道时才会磨耗。如果左右轮对存在１ ｍｍ轮径差，根据踏面锥度计算，将引起７．６～ １１．５ ｍｍ的横移量。一般来说，在名义轮轨参数 下，轮对大约横移９～１０ ｍｉＩｌ时会导致轮缘接触钢 轨现象的发生。 轮对轴箱纵向定位偏差的存在，将使轮对与 轨道产生一个初始冲角，继而使轮对发生一定的 横移及偏转，导致轮缘偏磨现象的发生。有研究 因、ＡＴＯ速度等）、列车自身两方面原因下手。考 虑到该问题为Ａ２、Ａ５普遍存在的问题，则可见外 部条件为主要原因，另各列车直接偏磨也存在一 定差异，则可分析列车自身各因素的影响。 查看八号线轨道图，弯道布置左弯与右弯数 表明，１个轮对具有２．４ ｍｍ的轴箱定位偏差时最 大可导致６．０ ｍｍ的轮对横移量ｐ１。 悬挂系统刚度差异，容易造成列车载荷分配 量相当，但右弯存在较多小半径弯道，弯道长度 较长。尤其是宝岗大道一沙园区间，有两个右弯弯 道，一个弯道半径为３５０１１，弯道长度３８５ ｍ；另 一不均，出现偏载情况，影响轮缘与钢轨侧缘的接 触力，从而产生轮缘偏磨。在列车实际运用过程 中，悬挂部件的更换总是成对更换，就是为了避 免悬挂系统刚度差异过大。 个弯道半径为５５０ ｉｎ，弯道长度１７４ ｍ。（注： 弯道左右与列车左右轮定义不同）列车在通过弯 道时，由Ａ车弯道外侧轮对起导向作用，这个导 向为迫导向，在离心力作用下，轮缘与钢轨相接 （２）从轮缘磨耗的各因素人手，比如减少轮 ［二］ 黄 幸：广州地铁八号线轮对磨耗分析及轮缘偏磨优化方案 研究与 缘与钢铁接触力。对于轮缘出现接触后的磨耗程 度可采用下式进行评估： Ｃａ＝Ｋ・Ｆ ＾・Ｗ 虑加１—３ ｍｉｌｌ垫片。 （３）摩擦系数：加强与工建部门的沟通，建 议在轮轨磨耗较严重位置加强润滑频率，尤其是 新换钢轨；对于有轮缘润滑装置列车，应确保轮 缘润滑装置功能正常，及时补充润滑油脂。 （４）换边：换边能直接有效使两侧磨耗更均 其中： —～材料材质系数； 厂一——法向作用力； 摩擦因数； ———接触点的滑动速度。 上式不仅考虑了车轮的材料特性和摩擦因 数，而且考虑了轮轨问相对运动速度和法向力的 大小。可见，减轻轮缘磨耗可从轮缘本身材质和 摩擦因数人手，而根本解决轮缘磨耗问题是要降 低接触钢轨的法向力和滑动速度Ｈ 。降低法向力除 列车自重外，可从调整悬挂、降低轮径差等方面考 虑。当左右轮对存在轮径差，将引起轮对受力不 均，形成 夹角，增大法向力，形成偏磨，如图５。 匀，延长轮对使用寿命，换边应考虑在轮对磨耗 中期进行。 （５）轴箱定位偏差：定期检查轴箱定位偏差 情况，对不达标的情况进行修复更正。 （６）滑动速度：加强与信号部门的沟通，优 化调整列车在小曲线半径弯道的速度。 ５总结 轮缘偏磨问题是目前制约广州地铁八号线轮 对使用寿命的关键因素，优化轮缘偏磨意义重 大。从相关资料文献来看，优化轮径差应用最为 广泛且效果较好，优化摩擦系数、进行换边也是 常见的手段；加垫则不容易掌握最佳的量，容易 造成其他问题，需要一段时间试验摸索。在接下 来工作中，将根据实际情况制订计划，逐步开展轮 缘偏磨优化工作，并进行密切跟踪，及时总结。 参考文献： ［１］Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙｓ．ＵＩＣ５ １０—２—２００４ Ｔｒａｉｌ— ｉｎｇ ｓｔｏｃｋ：ｗｈｅｅｌｓ ａｎｄ ｗｈｅｅｌｓｅｔｓ．Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ 图５ 左右轮径差受力不意图 滑动速度主要与列车速度相关，因而降低列 车通过小曲线半径弯道时的速度有助于减少轮缘 的磨耗。 另外，有研究表明，机车采用电制动时引起 的车钩偏转，将会导致轮轴横向力的增加与轮对 ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｗｈｅｅｌｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ［ｃ］．４ ｅｄ，Ｐａｒ． ｉｓ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙｓ，２００４． ［２］邓军，贾朋磊．广州市轨道交通车辆车轮统型分析及 研究［Ｊ］．地铁轻轨，２０１６（１）：１８－２１． ［３］马卫华，曲天威，罗世辉，等．轴箱定位偏差对机车 轮缘偏磨的影响［Ｊ］．交通运输工程学报，２０１３， １３（１）：３６—５４． 向一侧横移现象的发生，引起轮缘贴靠钢轨现象 的发生，加剧机车的轮缘偏磨。当机车在小半径 曲线频繁使用电制动时，这种原因导致的轮缘偏 磨现象将不可忽视 。 ［４］张洪．准高速客车转向架轮缘磨耗原因及改进措施 ［Ｊ］．铁道车辆，２０００（５）：８－１１． ［５］何一平．广州地铁二号线列车车轮失圆原因分析与处 理［Ｊ］．机电工程技术，２０１６（１２）：１０９—１１４． ［６］ＭＡ Ｗｅｉ—ｈｕａ，ＬＵＯ Ｓｈｉ—ｈｕｉ，ＳＯＮＧ Ｒｏｎｇ—ｔｏｎｇ．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｗｈｅｅｌ ｆｌａｎｇｅ ｐａｒｔｉａｌ ｗｅａｒ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｈａｕｌ ４问题的解决 基于以上分析，结合广州地铁八号线实际情 况，可以提出以下几点方案优化轮缘偏磨。 （１）轮径差：控制左右轮径差，尤其是Ａ车 ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１１， ２０４－２】０：２４】－２４４． 轮径差可考虑控制在ｌ ｍｍ以内；人为使轮缘偏磨 侧轮径较非偏磨侧大０．５—１ ｍｍ，减少偏磨侧横移 量及法向力。 作者简介：黄幸，男，１９９０年生，广东人，大学本科， 助理工程师。研究领域：地铁车辆专业技术管理，转向架 （２）悬挂：通过在偏磨侧二系簧下加垫调 整悬挂系统，减少法向力，根据偏磨情况可考 轮对系统、气制动供风系统、受电弓系统等。 （编辑：向 飞） Ｌ ［二］亟丑 一薰 一 囊……』 兰 Ｌ 一 鏊薰薰薰薰蠹 ｊ
