楊培義，劉峻峰，趙 慧

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州450046）

0 引言

隨著軌道交通的快速發(fā)展，對車輛相關(guān)設(shè)備的維保管理愈顯重要。輪對作為車輛易耗件[1]，其維修或更換的資金是地鐵維保的重要支出項(xiàng)。因?yàn)檐囕喤c軌道之間一直存在相互作用，所以在地鐵運(yùn)營中輪緣和踏面被不斷磨損。踏面的磨耗直接影響列車運(yùn)行平穩(wěn)性和輪軌的使用壽命，需要及時對其進(jìn)行鏇修或者更換作業(yè)。

如何保障輪對自始至終處于使用的安全范圍內(nèi)，同時最大限度延長其使用壽命，降低維保成本等問題，一直備受公司關(guān)注。因此，及時判斷輪對磨損狀況，找出其磨耗規(guī)律，并結(jié)合公司輪對運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)，合理制定輪對維保方案，使其磨耗一直處于安全限內(nèi)，并對其運(yùn)行安全性及鏇修方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評析，嚴(yán)重影響車輛性能和運(yùn)營成本。

1 輪對踏面磨耗形式

車輪與軌道之間的相對運(yùn)動力學(xué)性能直接影響著輪對磨耗，其磨損情況與線路和輪軌材料密切相關(guān)。造成輪對磨耗的原因比較復(fù)雜，根據(jù)磨耗后的表現(xiàn)形式，可分為很多種，這里主要介紹三種常見的磨耗形式：踏面剝離、輪徑超差、踏面磨損。

1.1 踏面剝離

踏面的剝離是指踏面表面會產(chǎn)生小凹坑，金屬片狀剝落，如圖1 所示。踏面剝離有熱剝離和疲勞剝離之分[2]。熱剝離主要是因制動作用產(chǎn)生的踏面熱裂紋引起的，裂紋沿著與踏面近似垂直或平行的方向延伸，因此又稱制動剝離；疲勞剝離是指踏面長期磨損后產(chǎn)生的疲勞裂紋隨車輪轉(zhuǎn)動向內(nèi)部延伸。踏面剝離如果不能及時處理，會導(dǎo)致裂紋向周圍延伸，剝離區(qū)域加劇，使用壽命大大縮短，引起車輛沖擊振動，影響行車安全。

圖1 車輪踏面剝離

1.2 輪徑超差

車輛在運(yùn)行過程中，輪對左右兩側(cè)同型號車輪共用一根車軸，轉(zhuǎn)動的角速度一致。如果兩側(cè)車輪的直徑一致，車輪的滾動則為直線；若存在輪徑差，車輪的滾動將會產(chǎn)生偏移，偏離原軌道，輕則輪對磨耗磨損，重則車輛傾覆，影響到行車和乘客安全。因此，同一軸輪徑差（車輪踏面滾動圓直徑相差值）會有一定的界限范圍以保證車輛系統(tǒng)的動力學(xué)性能等。輪徑差過大過小都會影響輪對踏面，造成車輛異常振動，甚至更嚴(yán)重的后果。

1.3 踏面磨損

輪對踏面具有一定的斜度，故稱錐形踏面，斜度可以保證車輪在直線運(yùn)行時使輪對能自動調(diào)中；在曲線運(yùn)行時，由于離心力的作用使輪對偏向外軌，由于踏面斜度的存在，使外軌上滾動的車輪以較大的滾動圓滾動，在內(nèi)軌上以較小的滾動圓滾動，從而減少了車輪在鋼軌上滑動，使輪對順利通過曲線。

若踏面磨耗過度，導(dǎo)致踏面斜度受到破壞，便不能順利通過曲線，也會加劇列車蛇行運(yùn)動或異常振動，加劇輪軌的磨損，如圖2 所示。踏面的凹入，往往會使輪緣相對高度增加，磨損超過一定限度時需要鏇修，否則會發(fā)生鋼軌的魚尾板螺栓被輪緣根部切斷等情況，導(dǎo)致列車傾覆[3]。

圖2 車輪踏面磨損

2 輪對踏面鏇修的技術(shù)要求

地鐵列車運(yùn)營達(dá)到一定的里程后，輪對踏面會受到不同程度的磨耗磨損，有些可以達(dá)到鏇修的限度。車輪鏇修的主要工藝裝備主要包括下沉式不落輪鏇床。

車輪鏇修主要包括以下7 道工序，對應(yīng)的技術(shù)要求如下：

（1）工前準(zhǔn)備

對應(yīng)的技術(shù)要求：

1）工前著裝符合勞保規(guī)定；

2）準(zhǔn)備好工卡量具，要齊全并性能良好；

3）按規(guī)定進(jìn)行工前設(shè)備保養(yǎng)。

（2）鏇修前各部檢查

對應(yīng)的技術(shù)要求：

1）檢查頂針孔無異物，無偏磨、欠損等缺陷；

2）滾動軸承輪對須戴橡膠防護(hù)套；

3）檢查、測量踏面各部尺寸和缺陷，選擇合理鏇修量。

（3）鏇修輪緣及踏面要求

對應(yīng)的技術(shù)要求：

1）參照磨耗型踏面，采用下沉式不落輪鏇床鏇修及測量；

2）輸入各項(xiàng)加修數(shù)據(jù)；

3）從輪緣內(nèi)側(cè)進(jìn)行對刀，從踏面外側(cè)開始鏇修輪對踏面及輪緣。

（4）鏇修后達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)

對應(yīng)的技術(shù)要求：

1）踏面的剝離、凹下等缺陷超過段修限度，缺陷必須全部消除；

2）踏面及輪緣加修部位表面達(dá)到一定的粗糙度，須達(dá)到Ra25μm；

3）輪緣厚度須≥26 mm，輪緣高度須達(dá)27±1 mm；

4）輪輞厚度≥28 mm；

5）車輪直徑：a. 同一輪對輪徑差不得大于1 mm。b.同一轉(zhuǎn)向架各輪徑差不得大于2 mm。

（5）畫標(biāo)記、填寫記錄

對應(yīng)的技術(shù)要求：

1）檢測合格后的輪對在輪輞內(nèi)側(cè)用粉筆畫合格標(biāo)記；

2）輪緣厚度不足28 mm 時，畫限裝一年車標(biāo)記；

3）填寫踏面旋修記錄，字跡清晰、整潔。

（6）輪對鏇修后交驗(yàn)

對應(yīng)的技術(shù)要求：

每條輪對旋修后，工長、質(zhì)檢員、驗(yàn)收員必須進(jìn)行逐級交驗(yàn)，交驗(yàn)合格后，在輪對輻板外側(cè)畫相應(yīng)標(biāo)記。

（7）完工整備

對應(yīng)的技術(shù)要求：

1）關(guān)閉各部開關(guān)，拉閘斷電，工具存放在工具箱內(nèi)；

2）清掃擦拭機(jī)床，無鐵屑灰塵，符合設(shè)備保養(yǎng)規(guī)定；

3）清掃場地，無鐵屑、灰塵、油污等。

在鏇輪前，根據(jù)鏇輪通知單，需要熟悉有關(guān)輪對數(shù)據(jù)，深入了解車輪踏面磨耗的類型，同時兼顧同軸、同轉(zhuǎn)向架、同列車相關(guān)聯(lián)的精度與技術(shù)要求，明確鏇修任務(wù)。合理采用等級鏇修方式，恢復(fù)車輪外形輪廓，同時最小程度地減小輪徑值，最終延長輪對使用壽命。

3 鏇修工藝與經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 車輪鏇修工藝

地鐵列車鏇輪時大都采用下沉式不落輪鏇床，其安裝在地面軌道下。在測量或鏇修作業(yè)時，可省去分解輪對的工序，直接把整列車牽引到不落輪鏇床工作臺上。利用軸箱和輪分別進(jìn)行徑向和橫向定位，能夠明顯減少輔助時間，提高工作效率[4]。

3.1.1 踏面剝離鏇修工藝

踏面剝離區(qū)域的材料硬度高，當(dāng)圓周切向力達(dá)到一定值，魚鱗狀片就會脫落變成小凹坑。若切削深度沒超過剝離底部，鏇修時在受車刀圓周切向力的作用下，有可能導(dǎo)致整個剝離塊脫落，另外高頻率的刀具和剝離區(qū)材料接觸摩擦，容易使刀具損壞。因此鏇輪時，不但要選擇主軸速度慢、進(jìn)給量小、切削深度盡可能超過剝離底部等參數(shù)，還要選擇高硬度和沖擊韌性的刀片。鏇輪時，一定要將剝離區(qū)域完全修復(fù)，否則在運(yùn)行中輪對踏面會繼續(xù)剝離，擴(kuò)大輪對損傷，進(jìn)而降低使用壽命。

3.1.2 輪徑超差鏇修工藝

輪徑超差現(xiàn)象可能發(fā)生在同一車軸，也可能是同一轉(zhuǎn)向架或同一節(jié)車，因此鏇輪前一定要充分地分析每節(jié)車的輪徑值和輪緣厚度的數(shù)據(jù)，然后對比找出輪徑最大、最小的車輪，及輪緣厚度最小的車輪。輪緣厚度的恢復(fù)量與輪徑的減少量存在計(jì)算比例，約為1:4.5，按照這個比例，可以計(jì)算出輪徑最小的車輪恢復(fù)到合理目標(biāo)輪緣厚度的直徑值，接著根據(jù)鏇輪通知單技術(shù)要求，最后計(jì)算出其他軸處于合理范圍內(nèi)的輪緣目標(biāo)厚度和輪徑目標(biāo)值，按部就班、選擇性地鏇輪。

3.1.3 踏面磨損鏇修工藝

踏面受到磨損后，考慮到輾變和踏面中部存在的凹陷，輪外側(cè)倒角和靠近外側(cè)的踏面圓周面會有較大的余量，導(dǎo)致踏面磨損區(qū)隨輪緣高度而擴(kuò)大，因此在進(jìn)行鏇修時，第1 刀必須考慮切削深度是否可能偏大。若在加工時，機(jī)床或刀具無法承受，第1 次則要以當(dāng)前輪徑的負(fù)切削深度為準(zhǔn)，除去踏面與車輪外側(cè)面的輪緣底部和輾變量，接著利用車輪外形模板確認(rèn)切削深度。這樣的處理，不但恢復(fù)了車輪外廓，同時不浪費(fèi)輪徑值[5]。

3.2 鏇修經(jīng)濟(jì)性分析

目前，我國地鐵車輛在檢修過程中，為了保證輪的使用壽命，要求將車輛恢復(fù)到新車標(biāo)準(zhǔn)，即以LM32 磨耗型輪對踏面作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鏇修[6]。

地鐵車輛的新車輪輪徑是840 mm，磨損下限是770 mm。對比其他檢修方式，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析，最終選用等級鏇修方式。以某地鐵車輛鏇修為例，其地鐵輪徑鏇修的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，見表1。

在正常磨耗修復(fù)的情況下，由表1 及原有數(shù)據(jù)可知，輪緣每修復(fù)1 mm，踏面直徑方向?qū)?yīng)減少約3 ～4 mm（見表1）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，輪緣的磨耗平均為0.263 mm/萬km，踏面磨耗平均為0.173 mm/萬km。由此可見，踏面磨耗程度明顯低于輪緣磨耗，因此在鏇輪時，可以選取恢復(fù)輪緣磨耗所需的切削量，用作鏇輪的最終值。

表1 輪對鏇修數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（單位：mm）

鏇輪時，嚴(yán)格高標(biāo)準(zhǔn)要求其輪廓外觀。地鐵現(xiàn)有輪對基本都是以LM32 磨耗型踏面為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行鏇修。若每次鏇輪都要恢復(fù)32 mm 的輪緣厚度標(biāo)準(zhǔn)，則無法兼顧經(jīng)濟(jì)性。如果輪緣厚度為28 mm 的輪對以LM32 為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鏇修，輪徑值將減少16 mm 以上，明顯不行。

某地鐵經(jīng)過部門研究，最終以總公司現(xiàn)有規(guī)定的幾種磨耗型踏面為標(biāo)準(zhǔn)，采取等級修的方式進(jìn)行鏇輪恢復(fù)，即當(dāng)輪緣厚度＜29 mm 時，以LM28 為標(biāo)準(zhǔn)鏇修；29 ≤輪緣厚度≤30 mm 時，以LM30 為標(biāo)準(zhǔn)鏇修，輪緣厚度≥30 mm 時，以LM32 為標(biāo)準(zhǔn)鏇修（如圖3）。

圖3 兩種踏面外形輪廓圖

等級修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)的確定，很大程度上降低了踏面鏇修導(dǎo)致的損失。見表1，原輪徑值829 mm，輪緣厚28 mm 的車輪，選用原有LM32 踏面鏇修，輪徑減少11 mm；選用等級修方式，即選用LM28 踏面鏇修，輪徑將減少2 mm 左右。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，每磨耗1 mm 輪徑將花費(fèi)153.5 元，相比節(jié)約近2 400 元，經(jīng)濟(jì)性有著明顯的優(yōu)勢。

4 鏇修工藝總結(jié)

經(jīng)上述工藝分析，針對地鐵車輛輪對表現(xiàn)出來的不同磨耗形式，選用不同工藝和等級修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)去鏇修，能夠明顯提高輪對使用壽命，兼顧地鐵公司經(jīng)濟(jì)性和乘車舒適度。只有不斷總結(jié)，才能分析出更科學(xué)的鏇修工藝。

5 結(jié)語

輪對是地鐵車輛易耗易損件，其磨耗磨損程度直接影響著行車安全性和輪軌使用壽命。因此及時科學(xué)地選用適當(dāng)?shù)奶っ骀浶薰に?，可以使得輪對磨耗始終處于安全限度范圍內(nèi)，延長使用壽命，保證列車運(yùn)行安全和舒適性，同時為后續(xù)開展其他相關(guān)的工藝分析提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。