張三多，李劍華

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510330）

0 引言

廣州地鐵一號(hào)線列車輪對(duì)踏面型號(hào)為UIC S1002，輪對(duì)內(nèi)側(cè)距為1 353 mm。一號(hào)線列車輪對(duì)鏇修的主要原因?yàn)檩喚壞ズ穆蚀髮?dǎo)致輪緣偏小，根據(jù)實(shí)際鏇修經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)償1 mm輪緣厚度，需鏇修4～5 mm輪徑，一條新輪對(duì)輪徑840 mm，可以鏇修3～4次即到限，輪對(duì)使用壽命通常為2～3年，使用壽命短，這樣一來(lái)使得鏇輪、換輪作業(yè)頻繁，大大增加檢修分部生產(chǎn)及供車壓力。為了調(diào)查并解決該問(wèn)題，研究一號(hào)線列車輪對(duì)磨耗情況和線路特征，從力學(xué)及動(dòng)力學(xué)角度分析磨耗原因及應(yīng)對(duì)措施。

1 列車輪對(duì)運(yùn)用現(xiàn)狀

廣州地鐵一號(hào)線A1型車輪對(duì)運(yùn)用情況自2009年起開始變的惡劣，主要表現(xiàn)為輪緣的磨耗，且長(zhǎng)期存在偏磨的情況，按曲線方向統(tǒng)計(jì)了A1、A2、A3車近幾年來(lái)輪緣的平均磨耗率如圖1所示，可以看出A1車輪緣磨耗率大于A2、A3車輪緣磨耗率，如圖2所示，且上行右側(cè)輪緣磨耗率也明顯大于上行左側(cè)輪緣磨耗率。

2 磨耗原因分析

2.1 線路情況

圖1 輪緣磨耗率

統(tǒng)計(jì)一號(hào)線上行（上下行規(guī)律相同）小曲線轉(zhuǎn)向里程，如圖3所示。所有小于600 m的小曲線線路中，逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)線路里程是順時(shí)針偏轉(zhuǎn)線路里程的78.1%，而小于等于400 m的小曲線半徑中，逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)線路里程是順時(shí)針偏轉(zhuǎn)線路里程的139.8%，300 m和320 m的小曲線半徑中，逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)線路里程是順時(shí)針偏轉(zhuǎn)線路里程的191.8%，這表明，小于等于400 mm特別是300 m和320 m的小曲線里程數(shù)決定著一號(hào)線輪緣偏磨規(guī)律，列車通過(guò)400 m以內(nèi)小曲線能力不足。

圖2 輪緣磨耗特征

上行線300 m和320 m逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)小曲線段總共1 471 m，分布于芳黃、烈東、體體、體廣四個(gè)區(qū)間，要從軌道方面降低輪緣磨耗，需首先從這四個(gè)區(qū)間的小曲線段入手，建議加強(qiáng)軌旁輪緣潤(rùn)滑或考慮加寬軌距等。

圖3 曲線轉(zhuǎn)向里程

2.2 異常磨耗分析

輪對(duì)磨耗數(shù)據(jù)顯示，廣州地鐵一號(hào)線上行右側(cè)輪緣磨耗速率普遍大于左側(cè)。根據(jù)列車運(yùn)行性能，轉(zhuǎn)向架在列車運(yùn)行前進(jìn)方向的導(dǎo)向輪的輪緣磨耗率要大于同一轉(zhuǎn)向架的非導(dǎo)向輪的輪緣磨耗率，所以可以看出是列車在運(yùn)行方向轉(zhuǎn)向架導(dǎo)向輪的輪緣磨耗率較大。根據(jù)向心力產(chǎn)生機(jī)理，如圖4所示，上行右側(cè)輪緣磨耗速度較快是由于列車通過(guò)逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)的曲線偏多、小曲線通過(guò)能力不足導(dǎo)致，由于向心力作用，通過(guò)小半徑曲線時(shí)，踏面錐度自導(dǎo)向能力不足，使輪緣與鋼軌發(fā)生了嚴(yán)重的貼靠導(dǎo)致輪緣快速磨耗[1]。

圖4 曲線地段的輪軌接觸情況

3 輪對(duì)踏面換型分析

3.1 S1002與LM型踏面對(duì)比分析

廣州地鐵一號(hào)線輪緣磨耗速度快與線路曲線段較多、曲線半徑小有關(guān)系，要減小輪緣磨耗，需提高車輛曲線通過(guò)能力。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，我國(guó)大部分地鐵車輛輪對(duì)、正線運(yùn)行客、貨車輪對(duì)采用LM型磨耗踏面[4]，因此對(duì)比分析了S1002踏面與LM踏面的曲線通過(guò)能力。

圖5 LM踏面與CHN60鋼軌接觸關(guān)系

通過(guò)圖5和圖6中CHN60鋼軌分別與LM踏面、S1002踏面接觸關(guān)系可知，LM磨耗型踏面和S1002踏面與我國(guó)60 kg/m鋼軌匹配時(shí)存在明顯差異。S1002踏面的等效錐度比LM磨耗型踏面的要小，當(dāng)輪對(duì)橫移量為6 mm時(shí)，LM型踏面的等效錐度就達(dá)到了0.25，而S1002踏面的等效錐度還不到0.2，只是當(dāng)輪對(duì)橫移量8.5 mm以后開始輪緣接觸，等效錐度才急劇增大，等效錐度過(guò)小影響列車曲線通過(guò)能力。

圖6 S1002踏面與CHN60鋼軌接觸關(guān)系

從圖7、圖8平穩(wěn)性指標(biāo)來(lái)看，不同踏面對(duì)列車橫向平穩(wěn)性影響較大，LM踏面的橫向平穩(wěn)性相對(duì)S1002踏面差，但是在80 km/h速度范圍內(nèi)，都小于2.75，能達(dá)到GB5599-85規(guī)定的良好水平。

圖7 橫向平穩(wěn)性指標(biāo)

圖8 垂向平穩(wěn)性指標(biāo)

圖9 踏面形狀對(duì)曲線通過(guò)性能的影響

從圖9踏面形狀對(duì)曲線通過(guò)性能的影響可以看出，車輪踏面形狀對(duì)車輛的曲線通過(guò)性能影響很大。在同一曲線半徑下，采用S1002踏面的車輛曲線通過(guò)時(shí)，其最大輪軌橫向力、脫軌系數(shù)及輪軌磨耗指數(shù)都比采用LM磨耗型踏面時(shí)大，也即其曲線通過(guò)性能相對(duì)較差[2]。對(duì)于S1002踏面，其運(yùn)行穩(wěn)定性比較好，但其曲線通過(guò)性能相對(duì)較差，而LM磨耗型踏面則正好相反。鑒于一號(hào)線輪緣磨耗問(wèn)題突出，有必要優(yōu)先考慮列車曲線通過(guò)性能。

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)UIC S1002磨耗型踏面匹配的輪對(duì)內(nèi)側(cè)距為1 360 mm，廣州地鐵一號(hào)線輪對(duì)內(nèi)側(cè)距是1 353 mm，根據(jù)S1002踏面幾何形狀可知，廣州地鐵一號(hào)線踏面等效錐度偏小，曲線通過(guò)能力較差，這也是一號(hào)線輪緣磨耗速度較快的另一個(gè)原因。除了更換LM型踏面增加曲線通過(guò)能力外，由于一號(hào)線曲線段多、曲線半徑小，要降低輪緣磨耗，需加強(qiáng)輪緣潤(rùn)滑，一號(hào)線總共35列車，按照30%比例配置輪緣潤(rùn)滑裝置，需配置10.5臺(tái)（取整為11臺(tái)），目前只配置9臺(tái)，需再增加兩臺(tái)，并加強(qiáng)現(xiàn)有輪緣潤(rùn)滑裝置的維護(hù)，確保其正常工作。

圖10 一號(hào)線列車輪對(duì)磨耗情況

3.2 踏面換型效果

為驗(yàn)證LM型踏面可增加曲線通過(guò)能力、降低輪緣磨耗，在2015年8月分別挑選了一列A1和A2、A3車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將原有S1002踏面鏇修為L(zhǎng)M磨耗型踏面，統(tǒng)計(jì)2列車的輪對(duì)磨耗情況，如圖10一號(hào)線列車輪對(duì)磨耗情況所示，發(fā)現(xiàn)輪對(duì)磨耗有所改善，磨耗率有所下降。

4 結(jié)論及措施

從以上分析可得，一號(hào)線輪對(duì)偏磨的主要原因一號(hào)線曲線段多、曲線半徑小，通過(guò)小半徑曲線時(shí)，踏面錐度自導(dǎo)向能力不足，使輪緣與鋼軌發(fā)生了嚴(yán)重的貼靠導(dǎo)致輪緣快速磨耗；曲線通過(guò)能力對(duì)比表明，LM型踏面曲線通過(guò)能力優(yōu)于S1002踏面，且通過(guò)實(shí)驗(yàn)列車輪對(duì)磨耗情況來(lái)看，LM型踏面磨耗率小于S1002踏面[3]。鑒于一號(hào)線輪緣磨耗速度較快，建議將輪對(duì)踏面更換為L(zhǎng)M型，內(nèi)側(cè)距維持1 353 m，增加車載輪緣潤(rùn)滑裝置，并加強(qiáng)小曲線段鋼軌的涂油作業(yè)，考慮定期對(duì)轉(zhuǎn)向架換邊作業(yè)。