任峰 王靜

摘? 要：鐵路運(yùn)輸是冶金企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)輸方式中最重要的組成部分。由于冶金企業(yè)作業(yè)環(huán)境差、線路曲線多、載重量大，致使鐵路運(yùn)輸車輛輪對的輪緣及鋼軌磨損迅速且較為嚴(yán)重，特別是小半徑曲線上的輪軌異常磨耗嚴(yán)重影響行車安全并造成鐵路線路和冶金車輛維修成本的增加。

關(guān)鍵字：輪對;曲線;輪軌;異常磨耗

車輛通過小半徑曲線線路時(shí)，由于線路、車輛狀況不良等原因造成小半徑曲線上出現(xiàn)鋼軌和輪對接觸關(guān)系異常，導(dǎo)致鋼軌的側(cè)面磨耗和輪緣外側(cè)磨耗加劇。往往鋼軌與輪對在沒有達(dá)到檢修周期就已超過磨耗限度。輪緣原型尺寸厚度為32mm，甚至新輪對裝配后，出庫使用不到一年，輪緣厚度就接近應(yīng)用限度23mm（嚴(yán)重的平均每月輪緣磨耗1mm）。為保證輪對安全性能和使用周期需對輪對進(jìn)行旋修加工（輪緣年修限度26mm），頻繁旋修造成輪輞厚度減小，大大降低輪對使用壽命。

1? 造成輪對異常磨耗原因分析

1.1小半徑曲線車輛通過時(shí)輪軌接觸問題對磨耗的影響

冶金企業(yè)鐵道線路由于環(huán)境條件限制，小半徑曲線較多，而小半徑曲線上輪軌接觸關(guān)系直接影響輪對和鋼軌的使用壽命。輪軌接觸是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，它既是物理非線性，又是幾何非線性，邊界條件復(fù)雜。企業(yè)采用整體碾鋼車輪，材料為CL60，車輪踏面均為錐形踏面。錐形踏面有兩個(gè)斜度（如圖1），即1：20和1：10，前者位于輪緣內(nèi)側(cè)48—100mm范圍內(nèi)，是輪軌的主要接觸部分，后者為離內(nèi)側(cè)100mm以外的部分，踏面的最外側(cè)做成R=16mm的圓弧，其作用是便于通過小半徑曲線。為了防止車輪通過曲線時(shí)產(chǎn)生較大的橫向力而可能脫軌，但由于輪緣有一定傾斜度，盡管車輪有少量抬起，也會(huì)在車輪載荷的作用下，順著輪緣的斜坡滑至安全位置。這種情況不但在曲線上出現(xiàn)，在直線段上輪對受較大橫向力時(shí)也會(huì)出現(xiàn)。

輪軌出現(xiàn)異常磨耗，多數(shù)在小半徑曲線上而且機(jī)車輪對也有異常磨耗現(xiàn)象，輪緣踏面磨耗后的形狀主要取決于線路狀況和車輛運(yùn)行速度（在保證車輛輪對符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下），而與車輪本身的結(jié)構(gòu)無關(guān)。當(dāng)運(yùn)行的線路和車輛的速度沒有較大變化時(shí)，即使車輪發(fā)生了磨耗變化，其踏面形狀也無需改變，除非磨耗過限，不會(huì)產(chǎn)生異常磨耗（輪緣磨耗速度較快、輪緣內(nèi)側(cè)磨耗、踏面圓周磨耗較快等）。

就鐵路線路因素而言造成車輛異常磨耗主要有：軌距超限、超高變化率過大（未合理設(shè)置超高順坡率）、由于軌距超限曲線不圓順等，以上原因都會(huì)使車輪與鋼軌的內(nèi)接情況不好， 阻力增加， 增加車輛的不穩(wěn)定性和橫向力， 增加導(dǎo)向力和沖擊角， 引起行車搖晃， 造成輪對輪緣異常磨耗。

1.2輪軌關(guān)系中的硬度匹配關(guān)系

輪軌本來就是一對摩擦副，除了設(shè)計(jì)合理的輪軌幾何形面外，不同運(yùn)輸條件下輪軌硬度的合理匹配對提高輪軌的使用壽命具有十分重要的作用。

有研究結(jié)果說當(dāng)車輪硬度固定而鋼軌/車輪的硬度比<1時(shí)（即鋼軌較軟） ， 隨著鋼軌硬度的增大， 鋼軌的磨耗率減少， 而車輪的磨耗率增大;當(dāng)鋼軌的硬度增大到和車輪的硬度相等時(shí)，鋼軌和車輪的磨耗率相同;當(dāng)鋼軌/車輪硬度比> 1 時(shí)（鋼軌比車輪硬） ，鋼軌硬度繼續(xù)增大，鋼軌的磨耗率隨著其硬度的增大以更快的速度減少， 而車輪的磨耗率保持不變;當(dāng)鋼軌/車輪硬度比為1.1～1.2時(shí)，車輪的磨耗率大于鋼軌的磨耗率，說明鋼軌硬度的提高將使車輪磨耗增加。但由于其試驗(yàn)采用不同的回火溫度來獲得不同的硬度， 因此與實(shí)際輪軌材料的組織狀態(tài)有所不同。當(dāng)鋼軌/車輪的硬度比< 0.96時(shí)， 鋼軌試樣磨損明顯上升，當(dāng)鋼軌/車輪的硬度比>1.0時(shí)， 鋼軌試樣磨損穩(wěn)定在較低水平， 而當(dāng)鋼軌車對硬度比>1.25 時(shí)， 鋼軌試樣磨耗開始下降; 車輪試樣的磨損與軌相反， 當(dāng)鋼軌/車輪的硬度比= 1.20左右時(shí)， 車輪試樣磨損明顯增加，當(dāng)鋼軌/車輪的硬度比=1.28 時(shí)，車輪試樣磨損徒然增大了4～5倍。在鋼軌/車輪的硬度比= 1.0 附近，軌、輪試樣磨損相當(dāng)， 總磨損也最低。由此可見， 就減少輪軌材料的磨耗而言，最佳硬度匹配區(qū)為鋼軌/車輪的硬度比 = 1.0～1.2。在重載條件下， 車輪的硬度（強(qiáng)度）應(yīng)不低于鋼軌的硬度（強(qiáng)度）。

1.3車輛狀態(tài)對輪對異常磨耗的影響

輪對加工精度和選用的影響。車輛輪對在車削過程中，由于人為的和條件限制加工后的輪對踏面、輪緣無法達(dá)到如圖1所示的尺寸和比例或者同一輪對輪徑差過大或當(dāng)同一轉(zhuǎn)向架有一個(gè)輪對存在左右輪徑差時(shí)這樣的輪對在運(yùn)行當(dāng)中由于與鋼軌接觸無法達(dá)到最佳形位，導(dǎo)致輪緣或踏面的異常磨耗。另外，車輛偏載、轉(zhuǎn)向架側(cè)架搖枕間隙過大、旁承間隙過小等原因都會(huì)造成車輛在通過曲線時(shí)受力不均，輪軌異常接觸，導(dǎo)致輪軌異常磨耗。

2? 改善輪對異常磨耗的措施：

2.1改善輪軌合理接觸幾何形位

2.1.1合理設(shè)置外軌超高。列車在曲線上行駛對軌道產(chǎn)生離心力，使外軌承受較大的壓力。若超高度不適合，超高過大或過小都會(huì)引起鋼軌的偏載和輪軌不正常的接觸。超高過大，則車輛的重量偏載于里股鋼軌， 使里股鋼軌的垂直磨耗和里股鋼軌一側(cè)輪緣磨耗加大同時(shí)對外軌的側(cè)面磨耗也不利。超高過小，離心力不能被平衡，車輛運(yùn)行的橫向力偏于外股鋼軌， 使外股鋼軌的垂直磨耗和同側(cè)輪緣磨耗加大同時(shí)對里軌的側(cè)面磨耗也不利。所以在曲線上超高不適合， 就會(huì)造成輪軌的不正常接觸， 從而加劇輪軌異常磨耗。

2.1.2而在曲線超高的設(shè)置過程中也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制超高順坡率。超高順坡率涉及到車輛懸浮脫軌的問題，在這里暫且就不做說明。（在小半徑曲線上應(yīng)設(shè)置緩和曲線，設(shè)置不同的超高順坡。鑒于緩和曲線終端脫軌危險(xiǎn)性最大，應(yīng)設(shè)置較小的超高順坡率，從終端起5-10m范圍內(nèi)按δ≤1.5‰設(shè)置，剩余超高可采用δ≤2‰的順坡率在其余長度的緩和曲線內(nèi)順完）

2.1.3軌底坡的設(shè)置。由于車輪踏面與鋼軌頂面主要接觸部分有一定的傾斜度，軌道鋪設(shè)時(shí)需將鋼軌向內(nèi)側(cè)傾斜，使軌底與軌道平面之間形成一個(gè)橫向坡度，即為軌底坡。軌底坡取值適當(dāng)，能使輪軌接觸集中于軌頂及車輪踏面的中部，鋼軌軸心受力，橫向偏壓受力較小，軌腰部位產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力較小，提高鋼軌的橫向穩(wěn)定性能。適當(dāng)?shù)能壍灼率馆嗆壗佑|面最大，一方面降低接觸應(yīng)力，減少輪軌疲勞損傷，降低輪軌偏磨提高輪軌使用壽命，并使列車運(yùn)行更穩(wěn)定;另一方面還可以增大牽引黏著力，獲得最佳運(yùn)行效率。軌底坡取值適當(dāng)，還可以減輕軌頭及踏面不均勻磨耗，減少鋼軌打磨量及旋輪成本，延長鋼軌及車輪使用壽命;減少鋼軌旁側(cè)因磨耗產(chǎn)生的金屬粉末，使軌道結(jié)構(gòu)更干凈，減少雜散電流。

2.1.4控制車輛裝載質(zhì)量，杜絕偏載和超載情況發(fā)生。

2.2改善輪對加工工藝和選配標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1車削時(shí)提高輪對踏面及輪緣外形的精度和質(zhì)量。應(yīng)提高輪對車削工藝水平及車削質(zhì)量可防止因?yàn)檩唽庸ぞ炔蛔阍斐刹槐匾漠惓Ｄズ摹Ｔ谳唽x配過程中嚴(yán)格按輪徑要求進(jìn)行選配輪對。

2.2.2嚴(yán)格按技術(shù)要求落實(shí)車輛各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的檢查確認(rèn)，確保車輛狀態(tài)達(dá)標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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