向偉彬，譚文舉，張 煥

（1. 南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營(yíng)分公司，廣西南寧 530029；2. 廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西南寧 530004）

0 引言

輪軌關(guān)系是輪對(duì)與鋼軌相互作用關(guān)系的簡(jiǎn)稱，是城市軌道交通領(lǐng)域比較關(guān)注的熱點(diǎn)問題。良好的輪軌關(guān)系不僅能保障電客車的安全運(yùn)行，消除異響的發(fā)生，延長(zhǎng)輪對(duì)、鋼軌的服務(wù)周期，還能減緩車輛運(yùn)行中的振動(dòng)，提高乘客的乘坐舒適性。

輪對(duì)是轉(zhuǎn)向架的重要組成部分，承載著電客車的自身重量，并與鋼軌作用后提供電客車的牽引力與制動(dòng)力，同時(shí)具有導(dǎo)向與自動(dòng)對(duì)中功能，是電客車重要的機(jī)械部件[1]。軌道是地鐵線路重要的組成部分，直接承擔(dān)著電客車的重量并引導(dǎo)電客車運(yùn)行，由鋼軌、軌枕、道床等部件組成，是影響電客車安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。輪對(duì)、鋼軌其一和其相互作用關(guān)系，都對(duì)電客車的安全運(yùn)行與舒適便捷產(chǎn)生重要影響。因此如何減少車輪、鋼軌的非正常磨耗，增加車輛與軌道的 RAMS 性能，消除電客車正線運(yùn)營(yíng)時(shí)的車底異響，改善輪軌關(guān)系等，成為眾多科研院所、電客車制造廠商和城市軌道運(yùn)營(yíng)單位的研究重點(diǎn)[2]。

南寧地鐵 1 號(hào)線是南寧城軌規(guī)劃中“十”字骨架結(jié)構(gòu)的“橫”，它東起南寧東站，西至石埠站，全長(zhǎng)32.1 km，正線最小半徑是 300m，最大坡度為 30‰，正線、輔助線及試車線采用 60 kg/m 的鋼軌，車輛段和停車場(chǎng)內(nèi)均采用 50 kg/m 的鋼軌。電客車采用的是6 節(jié)編組的“4 動(dòng) 2 拖”結(jié)構(gòu)的 B2 型電客車，為中車株洲電力機(jī)車有限公司制造。車輪采用的是馬鋼車輪公司生產(chǎn)的材料為 ER9 的雙 S 型幅板整體輾鋼車輪，其踏面形狀為 LM 型磨耗形踏面。此外，電客車的牽引系統(tǒng)與空氣制動(dòng)系統(tǒng)分別為時(shí)代電氣、克諾爾公司的產(chǎn)品。

本文主要在國內(nèi)外輪軌關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，分析了南寧地鐵 1 號(hào)線輪軌磨耗關(guān)系現(xiàn)狀，并提出了一些改善措施。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

基于輪軌關(guān)系的重要程度，國內(nèi)外都對(duì)輪軌磨耗進(jìn)行了深入、細(xì)致的研究。Tomas Jendel[3]提出了用Hertzian 與 Kalker 理論優(yōu)化 Archard 的磨損模型，再用GENSYS MBS 軟件實(shí)現(xiàn)了能較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)車輛車輪磨耗行為的模型。劉燦龍[4]對(duì)影響地鐵輪軌磨耗的因素進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為建立良好的輪軌潤(rùn)滑系統(tǒng)、優(yōu)化軌道參數(shù)以及在曲線地段的非正常打磨，可以減緩輪軌磨耗。Dabin Cui 等[5]研究了轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵參數(shù)對(duì)輪軌磨耗的影響，并驗(yàn)證了優(yōu)化車輪廓形能減少輪軌磨耗。Ha-Young Choi 等[6]通過優(yōu)化車輪外形改善輪軌間的相互作用，并有效減小了輪緣磨耗。曹文戰(zhàn)等[7]研究了軌道參數(shù)對(duì)車輪磨耗的影響，認(rèn)為車輪磨耗與曲線半徑有著嚴(yán)格的關(guān)系，磨耗深度隨曲線半徑的減小而增大，并且適當(dāng)?shù)販p小摩擦系數(shù)可緩解輪軌磨耗。Ling Wang 等[8]提出了簡(jiǎn)單而有效的基于 ARIMA（p，d，q）模型的地鐵車輪累積磨損預(yù)測(cè)方法，為輪軌累積磨損的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)提供思路。

2 南寧地鐵輪軌磨耗分析

自2016年3月28日南寧地鐵 1 號(hào)線東段開通試運(yùn)行，至 2017年3月30日為止，共發(fā)生正線異響 25 起。其中，回庫后檢查輪對(duì)存在擦傷或是外形數(shù)據(jù)異常的有2 起。

針對(duì)異常的輪軌關(guān)系，南寧地鐵運(yùn)營(yíng)分公司與相關(guān)廠家從 2016年12月23日至 2017年3月15日，分別利用新造車輛與運(yùn)營(yíng)公里數(shù)高于 1 萬 km 的電客車各兩列，進(jìn)行了 6車次的輪對(duì)在線檢測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)與輪軌磨損現(xiàn)狀分析，并輔助以人工測(cè)量及不落輪鏇床的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，具體數(shù)據(jù)如表1所示。分析發(fā)現(xiàn)，南寧地鐵 1 號(hào)線車輪與鋼軌在磨合期內(nèi)磨損較重，部分車輪的輪緣與踏面的磨耗深度超過 1mm，并且伴隨著輪對(duì)圓跳動(dòng)較大，輪軌關(guān)系較不穩(wěn)定的情況。

2017年2月14日、15日，南寧地鐵 1 號(hào)線 0130車通過不落輪鏇床檢測(cè)整車輪對(duì)參數(shù)數(shù)據(jù)可知，作為運(yùn)行公里數(shù)較少的 0130 車，整車輪對(duì)的各項(xiàng)外形參數(shù)都較好，符合南寧地鐵 1 號(hào)線車輛運(yùn)輸服務(wù)的要求。南寧地鐵 1 號(hào)線車輛輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架技術(shù)參數(shù)為：同軸輪對(duì)上左右車輪直徑差不能超過 0.5mm；同一轉(zhuǎn)向架的2 個(gè)輪對(duì)上車輪直徑差不能超過 2mm；同一節(jié)車 4 個(gè)輪對(duì)上車輪直徑差不能超過 4mm。

2016年12月23日、25日，利用不落輪鏇床分別對(duì) 01094 車與 01102 車的輪對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)。由表2的數(shù)據(jù)可知， 01094車與 01102 車運(yùn)行公里數(shù)較多，整車輪對(duì)的各項(xiàng)外形參數(shù)都較好，符合南寧地鐵 1 號(hào)線車輛運(yùn)輸服務(wù)的要求。

表1 不落輪鏇床檢測(cè) 0130 車的輪對(duì)參數(shù)數(shù)據(jù)mm

對(duì)比表1與表2中的數(shù)據(jù)可知，運(yùn)行公里數(shù)較多的01094 車與 01102 車，車輪在與鋼軌的磨合期內(nèi)踏面磨耗較大約為 1mm，對(duì)比運(yùn)行公里數(shù)較少的 0130 車，同軸最大輪徑差與同架最大輪徑差較為穩(wěn)定，呈緩慢上漲的態(tài)勢(shì)。同軸最大輪徑差與同架最大輪徑差的最大值分別達(dá)到了 0.63mm與 0.69mm，未超出南寧地鐵 1 號(hào)線車輛輪對(duì)和轉(zhuǎn)向架技術(shù)參數(shù)要求。

表2 不落輪鏇床檢測(cè) 01094 車與 01102 車的輪對(duì)參數(shù)數(shù)據(jù)mm

為進(jìn)一步研究車輪磨損情況對(duì)輪軌關(guān)系穩(wěn)定性的影響，在南寧地鐵屯里車輛段做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。選擇打磨后的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鋼軌截面幾何尺寸滿足實(shí)驗(yàn)要求。在鋼軌上用粉筆畫線標(biāo)記，當(dāng)列車車輪通過標(biāo)記后，會(huì)在標(biāo)記上留下痕跡。通過比較標(biāo)記斷開的部位可以對(duì)列車車輪與軌道接觸的位置及接觸線的長(zhǎng)度做出初步判斷，進(jìn)一步判定輪軌關(guān)系的穩(wěn)定性。

使實(shí)驗(yàn)列車以低速通過實(shí)驗(yàn)軌道，可以認(rèn)為列車在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中處于直線狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，01102 車通過后，粉筆線被截?cái)喑闪?3 段，有 2 個(gè)斷點(diǎn)，而公里數(shù)為 2 409.0 km 的 0130 車通過后，粉筆線有 1 個(gè)斷點(diǎn)，詳見圖1所示。分析得知，南寧地鐵1 號(hào)線車輪磨損主要分布在輪緣部位。

調(diào)查軌道表面磨損程度，實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)軌道上有 2 條比較特殊的光帶，與圖1的情形相符，輪軌關(guān)系表現(xiàn)為 2 處光滑磨損線。

圖1 車輪通過鋼軌時(shí)截?cái)喾酃P線情況

圖2 鋼軌表面打磨前情況與打磨后情況

正線尋軌時(shí)，也對(duì)上述情況進(jìn)行了佐證，具體如圖2 所示。由于前期南寧地鐵 1 號(hào)線的正線鋼軌沒有完成全線的鋼軌打磨，加快了車輪的磨損，影響了南寧地鐵1 號(hào)線前期的輪軌關(guān)系。正線鋼軌打磨完后，輪軌關(guān)系有所改善。

3 結(jié)論

經(jīng)上文分析，南寧地鐵 1 號(hào)線車輪與鋼軌在磨合期內(nèi)磨損較重，但后期趨于穩(wěn)定，符合輪軌磨耗“浴盆曲線”現(xiàn)象。鑒于南寧地鐵 1 號(hào)線前期的輪軌關(guān)系，對(duì)于新建線路，可采取如下 5 個(gè)方面的措施進(jìn)行改善優(yōu)化：

（1）可通過打磨鋼軌消除軌道表面各類瑕疵，改善輪軌關(guān)系，縮短輪軌磨合期，減少異常磨耗，延長(zhǎng)輪軌使用壽命。

（2）優(yōu)化輪緣潤(rùn)滑裝置與軌旁潤(rùn)滑裝置的潤(rùn)滑效果，調(diào)整好兩種潤(rùn)滑裝置的使用頻率與使用量，將輪軌關(guān)系控制在較好水平又不致出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

（3）優(yōu)化列車的運(yùn)行方向，如定期掉頭，或優(yōu)化車輛段與停車場(chǎng)內(nèi)線路等，以平衡左右輪對(duì)的磨耗水平，確保同軸、同架、同車及整列車的輪徑差值在正常運(yùn)營(yíng)水平之內(nèi)。

（4）優(yōu)化電制動(dòng)與氣制動(dòng)的供給方式，以及 TC車與 M（MP）車的氣制動(dòng)分配情況，以減緩車輪踏面的磨耗速度。

（5）優(yōu)化車輪與鋼軌的硬度、使用材料、配合角度、外形輪廓及引入 RAMS 等維保理念，改善輪軌關(guān)系。

[1]向偉彬，賀德強(qiáng)，苗劍，等. 基于車載檢測(cè)的列車輪對(duì)踏面擦傷故障診斷研究[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，41（2）：434-442.

[2]王亮，羅敏，向偉彬. RAMS管理在南寧地鐵1號(hào)線列車檢修中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2017（3）：21-25.

[3]Jendel T. Prediction of wheel profile wear—comparisons with field measurements[J]. Wear，2002，253（1）：89-99.

[4]劉燦龍. 地鐵輪軌磨耗的初步研究[J]. 城市軌道交通研究，2008，11（10）：57-59.

[5]Cui D, Zhang W, Tian G, et al. Designing the key parameters of EMU bogie to reduce side wear of rail[J].Wear，2016：49-59，366-367.

[6]Choi H Y, Lee D H, Song C Y, et al. Design of wheel profile to reduce wear of railway wheel[J]. Journal of the Korean Society for Precision Engineering，2012，29（6）：607-612.

[7]曹文戰(zhàn)，李芾，丁軍君. 軌道參數(shù)對(duì)機(jī)車車輪磨耗影響的研究[J]. 機(jī)車電傳動(dòng)，2015（4）：13-17.

[8]Wang L, Zhao W, Xu H, et al. Wear prediction of metro wheels based on the ARIMA model[C]// Control and Decision Conference. IEEE，2015：2697-2701.