張三多，李劍華

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州 510330）

0 引言

廣州地鐵一號線列車輪對踏面型號為UIC S1002，輪對內(nèi)側(cè)距為1 353 mm。一號線列車輪對鏇修的主要原因為輪緣磨耗率大導致輪緣偏小，根據(jù)實際鏇修經(jīng)驗，補償1 mm輪緣厚度，需鏇修4～5 mm輪徑，一條新輪對輪徑840 mm，可以鏇修3～4次即到限，輪對使用壽命通常為2～3年，使用壽命短，這樣一來使得鏇輪、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)查并解決該問題，研究一號線列車輪對磨耗情況和線路特征，從力學及動力學角度分析磨耗原因及應對措施。

1 列車輪對運用現(xiàn)狀

廣州地鐵一號線A1型車輪對運用情況自2009年起開始變的惡劣，主要表現(xiàn)為輪緣的磨耗，且長期存在偏磨的情況，按曲線方向統(tǒng)計了A1、A2、A3車近幾年來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)計一號線上行（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，逆時針偏轉(zhuǎn)線路里程是順時針偏轉(zhuǎn)線路里程的78.1%，而小于等于400 m的小曲線半徑中，逆時針偏轉(zhuǎn)線路里程是順時針偏轉(zhuǎn)線路里程的139.8%，300 m和320 m的小曲線半徑中，逆時針偏轉(zhuǎn)線路里程是順時針偏轉(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)決定著一號線輪緣偏磨規(guī)律，列車通過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、體廣四個區(qū)間，要從軌道方面降低輪緣磨耗，需首先從這四個區(qū)間的小曲線段入手，建議加強軌旁輪緣潤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

輪對磨耗數(shù)據(jù)顯示，廣州地鐵一號線上行右側(cè)輪緣磨耗速率普遍大于左側(cè)。根據(jù)列車運行性能，轉(zhuǎn)向架在列車運行前進方向的導向輪的輪緣磨耗率要大于同一轉(zhuǎn)向架的非導向輪的輪緣磨耗率，所以可以看出是列車在運行方向轉(zhuǎn)向架導向輪的輪緣磨耗率較大。根據(jù)向心力產(chǎn)生機理，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逆時針偏轉(zhuǎn)的曲線偏多、小曲線通過能力不足導致，由于向心力作用，通過小半徑曲線時，踏面錐度自導向能力不足，使輪緣與鋼軌發(fā)生了嚴重的貼靠導致輪緣快速磨耗[1]。

圖4 曲線地段的輪軌接觸情況

3 輪對踏面換型分析

3.1 S1002與LM型踏面對比分析

廣州地鐵一號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能力。查閱相關(guān)文獻，我國大部分地鐵車輛輪對、正線運行客、貨車輪對采用LM型磨耗踏面[4]，因此對比分析了S1002踏面與LM踏面的曲線通過能力。

圖5 LM踏面與CHN60鋼軌接觸關(guān)系

通過圖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60 kg/m鋼軌匹配時存在明顯差異。S1002踏面的等效錐度比LM磨耗型踏面的要小，當輪對橫移量為6 mm時，LM型踏面的等效錐度就達到了0.25，而S1002踏面的等效錐度還不到0.2，只是當輪對橫移量8.5 mm以后開始輪緣接觸，等效錐度才急劇增大，等效錐度過小影響列車曲線通過能力。

圖6 S1002踏面與CHN60鋼軌接觸關(guān)系

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

圖7 橫向平穩(wěn)性指標

圖8 垂向平穩(wěn)性指標

圖9 踏面形狀對曲線通過性能的影響

從圖9踏面形狀對曲線通過性能的影響可以看出，車輪踏面形狀對車輛的曲線通過性能影響很大。在同一曲線半徑下，采用S1002踏面的車輛曲線通過時，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磨耗型踏面時大，也即其曲線通過性能相對較差[2]。對于S1002踏面，其運行穩(wěn)定性比較好，但其曲線通過性能相對較差，而LM磨耗型踏面則正好相反。鑒于一號線輪緣磨耗問題突出，有必要優(yōu)先考慮列車曲線通過性能。

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

圖10 一號線列車輪對磨耗情況

3.2 踏面換型效果

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

4 結(jié)論及措施

從以上分析可得，一號線輪對偏磨的主要原因一號線曲線段多、曲線半徑小，通過小半徑曲線時，踏面錐度自導向能力不足，使輪緣與鋼軌發(fā)生了嚴重的貼靠導致輪緣快速磨耗；曲線通過能力對比表明，LM型踏面曲線通過能力優(yōu)于S1002踏面，且通過實驗列車輪對磨耗情況來看，LM型踏面磨耗率小于S1002踏面[3]。鑒于一號線輪緣磨耗速度較快，建議將輪對踏面更換為LM型，內(nèi)側(cè)距維持1 353 m，增加車載輪緣潤滑裝置，并加強小曲線段鋼軌的涂油作業(yè)，考慮定期對轉(zhuǎn)向架換邊作業(yè)。