劉 洋，周玨凱

（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶 401120）

1 引言

重慶市軌道交通1號線于2011年7月28日開通試運營，是重慶市建成通車的首條城市軌道交通線路，運營線路全長約45 km，采用6輛編組B2型地鐵列車。初期投入運營列車的走行公里數(shù)已超100萬km，運營車輛已經(jīng)過第一個車輛架修周期，逐步進入列車大修修程。受重慶市特殊地理條件限制，重慶軌道交通1號線正線線路坡度超過30‰的區(qū)段有31 處，曲線半徑小于300 m的區(qū)段有4處，曲線豎緩重疊的區(qū)段有102處，相當(dāng)于85%的曲線段都存在豎緩重疊情況。線路條件的客觀因素導(dǎo)致輪軌關(guān)系惡劣，加大了車輪的磨耗速率。因此，為達到延長車輪使用壽命與保證車輪安全使用的目標(biāo)，對車輪磨耗及其運用安全性進行全面的研究和計算是非常必要的。

2 車輪技術(shù)條件及使用情況

重慶市軌道交通1號線車輪采用S型輻板直徑φ840 mm整體輾鋼車輪，符合TB/T 2817-1997《鐵道車輛用輾鋼整體車輪技術(shù)條件》及HDS型車輪的規(guī)定，踏面輪廓符合TB/T 449-2016《機車車輛車輪輪緣踏面外形》中規(guī)定的LM型外形輪廓，截面如圖1所示。

圖1 LM型外形輪廓 （單位：mm）

通過分析現(xiàn)有的車輪檢修記錄，重慶市軌道交通1 號線車輪在日常檢修過程中出現(xiàn)踏面擦傷、剝離等不良狀態(tài)的情況非常少，目前車輪存在的主要磨耗為車輪踏面磨耗以及輪緣厚度磨耗，其中輪緣厚度磨耗現(xiàn)象最為突出。由于運營線路彎道多、半徑小、曲線豎緩重疊等實際因素，列車通過曲線時，外軌與車輪輪緣產(chǎn)生接觸應(yīng)力，導(dǎo)致車輪輪緣磨耗、鋼軌側(cè)磨情況加劇。

截止2020年12月，重慶市軌道交通1號線列車走行公里數(shù)約95～140萬km。其中，走行公里數(shù)在130萬km以上的列車占總數(shù)的43%，公里數(shù)在120～130萬km以上的列車占總數(shù)的23%，公里數(shù)在110～120萬km以上的列車占總數(shù)的11%，公里數(shù)在100～110萬km以上的列車占總數(shù)的6%，公里數(shù)在100萬km以下的列車占總數(shù)的17%。車輪直徑φ820 mm以上約占58%，φ800 mm～φ820 mm約占32%，φ800 mm以下約占10%，其中最小的輪徑值為775 mm。

根據(jù)目前的車輪磨耗速率推算，重慶市軌道交通1 號線車輪的平均使用壽命約為112～141萬km，存在部分車輪在列車大修修程之前壽命到限的情況。因此，減緩車輪磨耗速率，延長車輪使用壽命對于重慶市特殊線路條件的運營具有重大意義。

3 線路情況

重慶市軌道交通1號線為典型的山地城市軌道交通線路，除具有坡道大、曲線半徑小等特點，線路條件極其惡劣。另外，開通運營后，在日常線路維修養(yǎng)護中發(fā)現(xiàn)多段線路軌底坡不滿足設(shè)計要求，鋼軌光帶嚴(yán)重偏離。同時發(fā)現(xiàn)該線路小什字至較場口上行區(qū)間曲線段波狀磨耗（以下簡稱“波磨”）嚴(yán)重，波磨噪聲與曲線嘯叫同時發(fā)生，伴隨車內(nèi)有明顯的異常高頻振動。鋼軌的異常病害也加劇了車輪的異常磨耗。經(jīng)過與國內(nèi)科研單位及施工單位的合作，調(diào)整了軌底坡設(shè)置。通過對波磨嚴(yán)重區(qū)段軌道加裝阻尼降噪裝置，減輕了軌道的波磨，總體上改善了輪軌磨耗關(guān)系。

4 影響車輪壽命的主要因素分析

車輪壽命主要指車輪踏面直徑到達尺寸限制的時間。重慶市軌道交通1號線車輪原型直徑φ840 mm，到限尺寸為φ770 mm。因此，將可能造成車輪踏面直徑減小的因素列為重點分析對象，相關(guān)分析如下。

4.1 踏面磨耗

車輪踏面承受來自鋼軌、道岔和線路不平順等垂直和水平方向的作用力，車輛運營過程中，必然造成車輪滾動圓方向的磨耗損失。經(jīng)測算，重慶市軌道交通1號線車輛的車輪踏面平均磨耗速率為0.07 mm/萬km。

4.2 輪緣厚度磨耗

當(dāng)車輛通過曲線時，外軌與車輪輪緣產(chǎn)生接觸應(yīng)力，將導(dǎo)致輪緣磨耗。根據(jù)《重慶市軌道交通B型地鐵車輛日常檢修規(guī)程》要求，車輛進行日常檢修時輪緣厚度應(yīng)為23～32 mm，通過對重慶市軌道交通1號線所有車輪的輪緣磨耗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得出當(dāng)前車輪輪緣厚度磨耗平均速率約為0.18 mm/萬km。雖然輪緣的磨耗不直接導(dǎo)致車輪直徑的減少，但由于車輪輪緣厚度可以通過鏇修車輪的方式恢復(fù)，根據(jù)鏇輪情況測算每恢復(fù)1 mm輪緣厚度，車輪直徑須減少4.5 mm，即輪緣厚度的恢復(fù)量與踏面直徑減少量之比為1 : 4.5。因此，輪緣磨耗導(dǎo)致的車輪直徑平均減少速率可轉(zhuǎn)換計算為0.81 mm/萬km。

4.3 車輪故障鏇修

車輛運用過程中產(chǎn)生的踏面擦傷、剝離、失圓、碾寬等故障，均能通過車輪鏇修的方式消除。重慶市軌道交通1號線車輛實際運用過程中故障鏇修次數(shù)較少，只針對個別故障車輪進行了鏇修，且故障情況發(fā)生存在偶然性，因此在分析車輪使用壽命時暫不考慮車輪故障導(dǎo)致的輪徑消耗。

根據(jù)以上情況分析可以看出，因車輪踏面與鋼軌的接觸磨耗導(dǎo)致的輪徑減小對車輪壽命影響非常小，真正影響車輪壽命的因素是輪緣厚度磨耗后，為恢復(fù)輪緣厚度而鏇輪導(dǎo)致的輪徑減小。因此，如何有效的控制車輪輪緣厚度磨耗速率和制定合理的車輪鏇修方案將是延長車輪壽命的重點關(guān)注點。

5 車輪輪緣厚度磨耗速率分析

通過收集整理重慶市軌道交通1號線車輪輪緣厚度數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)不同的輪緣厚度在運用過程中呈現(xiàn)出不同的磨耗速率，典型的車輪輪緣磨耗速率的變化曲線如圖2所示。從該曲線可以看出，列車走行近30萬km時，進行了一次車輪鏇修，車輪鏇修為LM原型踏面外形，輪緣厚度恢復(fù)至32 mm，隨后近30萬km運行期間，輪緣磨耗速率相對比較平穩(wěn)。當(dāng)走行公里數(shù)超過30 萬km后，未開展車輪鏇修工作，保持當(dāng)前的踏面情況繼續(xù)運營，車輪輪緣的磨耗速率呈現(xiàn)出較之前有所增加的情況，特別是輪緣厚度從28 mm磨耗至25 mm期間，磨耗速率變化更加明顯，速率進一步增加。

圖2 車輪輪緣厚度磨耗曲線

由此可見，根據(jù)重慶市軌道交通1號線的實際運營情況，定期開展預(yù)防性鏇輪工作、保持踏面標(biāo)準(zhǔn)外形和一定的輪緣厚度，對減緩車輪輪緣磨耗速率是有效的，從而延長車輪使用壽命，保障列車運營安全。

6 國內(nèi)其他城市軌道交通車輛車輪磨耗情況

6.1 北京市軌道交通1號線

北京市軌道交通1號線全長31.3 km，有SFM04/SFM04A及DKZ兩大類車型。為滿足乘客的出行需求，北京市軌道交通1號線將高峰時段列車最小運營間隔縮短至125 s，最高單日客流量接近160萬人次。隨著運營間隔時間的進一步縮短，受車輛及線路等因素的影響，出現(xiàn)了車輪踏面異常磨耗、輪緣異常磨耗、車輪踏面擦傷與剝離等情況。對此異常磨耗的應(yīng)對措施主要有：①改進現(xiàn)有車輛的基礎(chǔ)制動結(jié)構(gòu)；②選用與車輪踏面材質(zhì)匹配度高且有修復(fù)作用的閘瓦；③減小車輪鏇修的切削量，以延長車輪使用壽命；④合理分配車輛制動力；⑤選擇合理的車輛調(diào)頭周期等。

6.2 廣州市軌道交通

在廣州市軌道交通車輪鏇修技術(shù)要求中，將LM 型踏面車輪輪緣鏇修厚度等級分為LM-26、LM-28、LM-30、LM-32 共4個偶數(shù)等級，并規(guī)定鏇輪時可根據(jù)車輪尺寸和鏇修要求進行輪緣厚度選擇。原鐵道部2013年發(fā)布的《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》中規(guī)定，車輪輪緣踏面分為10種類型，輪緣厚度不但存在偶數(shù)等級，也存在奇數(shù)等級。但奇數(shù)輪緣厚度等級在廣州市軌道交通中尚未應(yīng)用。

為減少恢復(fù)輪緣厚度造成的車輪直徑浪費，延長車輪使用壽命，降低車輪維修成本，提高車輪鏇修經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率，廣州市軌道交通通過理論研究和實際鏇修驗證，在原有4個輪緣厚度等級的基礎(chǔ)上，提出增設(shè)LM-27、LM-29、LM-31共3個奇數(shù)輪緣鏇修厚度等級。

6.3 上海市軌道交通4號線

上海市軌道交通4號線是一條全長33.77 km的環(huán)行線，于2005年12月31日通車，在開通不到1個月時間便出現(xiàn)了多個車輪輪緣嚴(yán)重磨耗的現(xiàn)象。其中環(huán)線外側(cè)方向的國產(chǎn)車輪輪緣磨耗尤為嚴(yán)重。經(jīng)分析，國產(chǎn)車輪材料ER7硬度偏低是出現(xiàn)車輪輪緣異常磨耗的主要原因。對環(huán)行線路外側(cè)車輪定期換端運營在一定程度上能改善車輪偏磨現(xiàn)象，同時安裝輪緣潤滑裝置能有效提高車輪使用壽命，而優(yōu)化轉(zhuǎn)向架懸掛參數(shù)對改善輪軌關(guān)系、降低車輪磨耗有較明顯作用。

6.4 對比分析

因重慶市軌道交通線路條件在國內(nèi)的特殊性和唯一性，無法在相同線路條件下直接對比車輪磨耗情況，下面針對車輪以及車輪檢修的差異性進行對比分析：①車輪選型及材質(zhì)：國內(nèi)城市軌道交通車輛車輪一般分為進口DIN車輪和國產(chǎn)TB車輪，重慶市軌道交通1號線車輪采用的是CL60國產(chǎn)車輪，對比國內(nèi)選用相同車輪的城市軌道交通項目，其材質(zhì)和機械性能無差異；②檢修規(guī)程：國內(nèi)城市軌道交通車輛都根據(jù)各自的車輛設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)備配置制定了相應(yīng)的車輛檢修規(guī)程，車輪檢修項目和測量項目基本都是參考《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》的規(guī)定項目，日常檢修的測量項目主要包括車輪直徑、輪緣厚度、踏面圓周磨耗深度等參數(shù)，重慶市軌道交通1號線車輪檢修規(guī)程與其他城市基本保持一致；③車輪踏面鏇修外形：國內(nèi)城市軌道交通車輛車輪踏面鏇修外形基本參照TB/T 449-2016 ，其中LM類型中共計10種踏面外形，各城市軌道交通運營單位出于車輪鏇修經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率的考慮，踏面鏇修外形不盡相同，重慶市軌道交通1號線車輪鏇修外形選用LM-28即輪緣厚度28 mm及以上的踏面外形。

7 提高車輪使用壽命的措施

通過與國內(nèi)其他城市軌道交通線路對比，針對重慶市軌道交通1號線的特殊線路條件及車輛輪對的運用現(xiàn)狀，經(jīng)過分析，在保證運用安全性的基礎(chǔ)上，可以采取以下方式提高車輪壽命。

7.1 定期開展預(yù)防性鏇修

根據(jù)重慶市軌道交通1號線輪緣厚度磨耗速率的測算，列車運營30～40萬km（2.5～3年）時，開展一次車輪預(yù)防性鏇修，恢復(fù)車輪輪緣厚度，從而減緩輪緣厚度的磨耗速率，延長車輪使用壽命。并且通過車輪鏇修工作，消除踏面熱裂紋等損傷，保持車輪踏面外形和一定的輪緣厚度，達到保障車輪運營安全性、經(jīng)濟性的目標(biāo)。

7.2 車輪故障鏇修采取 LM 薄型輪緣踏面外形

根據(jù)重慶市軌道交通1號線車輛車輪鏇修的要求，鏇修后的車輪踏面外形須符合TB/T 449-2016 中規(guī)定的LM原型踏面外形。在消除個別車輪踏面的某個缺陷或不良狀況時，若鏇修標(biāo)準(zhǔn)僅采用LM原型踏面外形將導(dǎo)致故障車輪鏇修量的增加。例如，需要鏇修的車輪輪緣厚度為28 mm，為消除某個缺陷或不良狀況將踏面外形恢復(fù)至LM原型踏面外形，即將車輪輪緣厚度恢復(fù)至32 mm，預(yù)計鏇修后輪徑將減少18 mm，導(dǎo)致單個車輪鏇修工作效率不高。

單個車輪鏇修恢復(fù)LM原型踏面外形，也會導(dǎo)致車輛輪徑差超限的情況。按照《重慶市軌道交通B型地鐵車輛日常檢修規(guī)程》的要求，同一輪對、同一轉(zhuǎn)向架、同一輛車的輪徑差要求分別為不大于2 mm、不大于4 mm、不大于8 mm。若因為故障車輪鏇修導(dǎo)致輪徑減小，造成與其他車輪的輪徑差不匹配，則需對其他車輪進行鏇修，造成浪費。

因此，對于車輪缺陷或不良狀況鏇修，我們針對鏇修作業(yè)的踏面外形要求進行了調(diào)整，采用TB/T 449-2016中規(guī)定的LM薄型輪緣踏面外形，例如LM-31、LM-30、LM-29、LM-28等，外形輪廓選擇更加靈活，車輪鏇修量控制可以更加精確。

7.3 運營列車定期換向

因城市軌道交通運營的特殊性，其運營線路以及參與運營的列車都十分固定，基本不存在跨線使用列車的情況，運營列車無論在運營線路的上行線路還是下行線路，在經(jīng)過同一區(qū)段時，上、下行通過的曲線方向和參數(shù)都基本一樣，導(dǎo)致列車通過曲線時總是同一側(cè)車輪輪緣與外軌產(chǎn)生接觸壓力，造成同一列車的兩側(cè)車輪輪緣厚度差異加大。

因此，定期對所有列車開展換向?qū)ｍ椆ぷ魇欠浅１匾?，各個城市的軌道交通線路可根據(jù)正線線路設(shè)置的轉(zhuǎn)換區(qū)段或車輛段內(nèi)設(shè)置的環(huán)形線路完成列車換向工作。同時還需根據(jù)車輪的磨耗情況制定合理的換向周期，避免列車輪緣單側(cè)磨耗加劇的情況。根據(jù)重慶市軌道交通1 號線車輪輪緣的磨耗情況及運用經(jīng)驗，每年進行一次列車換向是合理且必要的。

7.4 加強輪緣潤滑設(shè)備維護與跟蹤

重慶市軌道交通1號線50%的運營列車上安裝有濕式輪緣潤滑裝置，該裝置采用時間加彎道的控制方式，能夠在列車通過曲線時，將油脂噴灑至輪緣與鋼軌的接觸面上，改善輪軌磨耗關(guān)系。在車輛維護過程中，應(yīng)加強該裝置維護、補油及功能試驗，確保該設(shè)備正常工作。并且在今后的工作中需對運營列車的輪噴指數(shù)（輪噴指數(shù)=所有帶輪噴車總的噴油次數(shù)÷正線運行的總列車數(shù)）進一步跟蹤統(tǒng)計，通過調(diào)整合適的輪噴指數(shù)改善輪緣磨耗速率。同時，加強與專業(yè)的供應(yīng)商技術(shù)交流，尋找潤滑效果更好、更適用于本線路運營車輛的潤滑油脂。

7.5 做好軌道維護工作

相關(guān)工務(wù)專業(yè)單位應(yīng)重點關(guān)注重慶市軌道交通1號線運營線路中小曲線半徑區(qū)間等容易造成輪軌磨耗的軌道維護工作，針對有鋼軌波磨和剝落掉塊區(qū)段進行修復(fù)性打磨，消除鋼軌波磨和剝落掉塊，研究小半徑曲線的鋼軌修形周期及標(biāo)準(zhǔn)，并且在正線小曲線半徑區(qū)間增加自動軌道涂油設(shè)備，提高輪軌潤滑水平。

8 結(jié)束語

基于以上輪軌關(guān)系研究和分析，為進一步改善輪軌關(guān)系、延長車輪使用壽命，還應(yīng)從以下幾方面開展研究工作。

（1）由于城市軌道交通輪軌關(guān)系的復(fù)雜性，單獨分析車輪的磨耗情況存在一定的局限性。在今后的工作中，工務(wù)、車輛專業(yè)須共同長期跟蹤車輪、鋼軌磨耗情況，為研究城市軌道車輛車輪的使用壽命提供更多的數(shù)據(jù)和更全面的對比分析，系統(tǒng)性的分析、改善輪軌關(guān)系。

（2）加強車輪運用檢修的信息化管理，依托既有智能運維平臺下的檢修信息管理系統(tǒng)，開發(fā)出合適的車輪全壽命管理系統(tǒng)。通過對車輪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、分析，摸索出車輪磨耗趨勢及異常磨耗，制定合理的鏇輪方法與工藝。同時，通過車輪全壽命管理系統(tǒng)，加強日常維護與架大修的聯(lián)系，為架大修過程的車輪檢修提供數(shù)據(jù)支撐，減少非必要鏇修，提高車輪使用壽命。

（3）加強與專業(yè)廠家、高校、設(shè)計院的合作，開展輪對、軌道運用情況的調(diào)研，優(yōu)化車輪踏面設(shè)計，及時分析、處理鋼軌的病害，改善輪軌關(guān)系，降低車輪非正常磨耗。

（4）必要時可引入專業(yè)的檢測機構(gòu)對輪軌關(guān)系進行專業(yè)的測試與評估，城市軌道交通運營單位可根據(jù)第三方的測試數(shù)據(jù)、評估報告開展有針對性的專項治理工作或調(diào)整檢修規(guī)程。