文章编号:1002-7602(2011)06-0028-05
地铁车辆车轮踏面异常磨耗原因初探
乔青峰
(南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心,山东青岛266111)
摘要:运营速度80km/h常规城轨车辆的基础制动方式基本采用踏面制动+合成闸瓦,文章针对城轨车辆合成闸瓦对车轮踏面磨耗的影响、制动力分配方式对踏面磨耗的影响、闸瓦与车轮的匹配及热负荷计算等进行了分析研究,探讨了造成地铁车辆踏面异常磨耗的原因。
关键词:踏面制动;合成闸瓦;热负荷;踏面异常磨耗
中图分类号:U270.35文献标识码:B
1合成闸瓦造成的踏面异常磨耗
目前,对于运营速度低于80km/h的地铁车辆,基础制动方式主要采用踏面制动。由于地铁线路的站间距短、车站多、制动频繁,单纯空气制动无法满足制动热负荷要求,所以一般城轨车辆均采用空气制动+电制动的方式,正常工况下,优先使用电制动,电制动力不足时,空气制动补偿,以满足制动能力的需要。纯空气机械制动仅能满足短时间(约一个折返)运行,比如当电制动发生故障时,使用空气制动能保证车辆安全返回车辆段进行维修。
合成闸瓦的散热性较差,因此制动过程产生的热负荷90%以上被车轮吸收;同时由于车轮承担支撑车辆的重量,运行导向,传递牵引力、制动力等交叉工作,从而使得车轮承受过多的热负荷,当车轮承受的热负荷超过自身承受极限时,车轮踏面出现剥离、热裂纹、异常磨耗等热损伤。
另外由于部分地铁车辆司机的误操作(频繁使用快速制动),使得制动过程中补充了过多的空气制动,制动过程中产生的巨大热负荷在车轮踏面产生很大的温度梯度,导致产生过大的热应力,最终导致热裂纹、异常磨耗的产生。
车轮的异常磨耗最终会导致车辆的振动加大,从而影响整车的舒适度、动力学性能。若踏面旋修不及时,异常振动将会导致钢轨的异常磨耗,从而导致轮轨的工作环境持续互相恶化。
1.1车轮踏面的沟槽状磨耗
在上海地铁、南京地铁、天津地铁、北京地铁均批量出现过此种磨耗(图1)。全国各地曾投入大量的人
收稿日期:2011-01-30
作者简介:乔青峰(1978-),男,工程师。力、物力对此现象进行多方面研究。
对于制动频繁、热负荷较大的城轨车辆,若电空制动力的分配比例、空气制动的切入点设置不合理,很容易导致此种磨耗,且基本全部出现在拖车车轮。其根源在于过高的热负荷使闸瓦温升过高,导致闸瓦的材质、物理性能发生变化,引起合成闸瓦摩擦材料局部摩擦热膨胀,温度越高,这种磨耗在车轮踏面的外侧越容易发展;再加上闸瓦在横向分力下发生横向摩擦,反作用于车轮踏面,使得踏面出现此磨耗。异常磨耗的先期表现为踏面热裂纹、
剥离等缺陷。
图1车轮沟槽状磨耗
1.2车轮踏面的凹形磨耗
在大雾、雨水、冰、雪较多的季节,车轮踏面易发生凹形磨耗(图2)。据相关文献,在北欧诸国,车轮踏面此种磨耗较严重,这是由于制动过程中水介入到闸瓦摩擦表面引起的,这种现象通过试验得到了证实。
造成踏面凹形磨耗的原因是:闸瓦把车轮磨削下来的金属碎屑带入到摩擦界面上,由于闸瓦材质较软,
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问题讨论铁道车辆第49卷第6期2011年6月
T c.带司机室的拖车(拖车转向架,空气制动);M p.带受电弓的动车(动车转向架,
空气制动+电制动);M.动车(动车转向架,空气制动+电制动)。
图3 列车编组方式
将金属碎屑嵌入摩擦材料里面,在水的作用下,通过车轮的摩擦及加热造成淬火变硬,再次制动时,对车轮进行打磨,最终出现凹形磨耗。这种现象常常伴随着闸瓦金属镶嵌发生。可通过2个方面解决此问题:一方面改善摩擦材料的配方;另一方面调整城轨车辆电空制动力的分配比例、空气制动的切入点设置,减少闸瓦、车轮承受的热负荷,
改善二者的工作环境。
图2 车轮凹形磨耗
1.3 热龟裂
由于闸瓦与车轮接触不良,局部存在高点、硬点接触,因而在车轮踏面上产生局部过
热,形成热斑点,在个别情况下会发生热龟裂。为使车轮踏面不发生热龟裂,要求摩擦材料的弹性模量与热斑点温度之间的关系为:热斑点温度在600e 以下,摩擦材料的常温压缩弹性模量在1000M Pa 以下。
由热斑点引起的细小热裂痕通过制动时闸瓦磨耗也有可能消失,通过试验台的试验观测到:频繁高负荷制动、冷却也有可能在车轮踏面产生热疲劳龟裂。1.4 其他影响
合成闸瓦对车轮的热影响还有可能导致踏面表面出现毛细裂纹、热裂纹、滑行裂纹、踏面剥离等。1.4.1 毛细裂纹
由于合成闸瓦导热性能差,当踏面温升到相变点以上时会出现毛细裂纹,有时也会在踏面制动磨耗过程中消失。1.4.2 热裂纹
由于周期性的受到加热与冷却而产生疲劳,车轮踏面尤其是踏面拐角部位容易产生热裂纹。1.4.3 滑行裂纹
在下雨或者下雪时,由于钢轨表面有水、冰雪或者其他污物,将会导致轮轨黏着系数降低,这种情况下容易导致滑行裂纹。这种故障在车辆添加防滑控制后可以大幅度降低。1.4.4 踏面剥离
车轮踏面在制动过程中,踏面和闸瓦接触部位因滑动摩擦产生高热能。同时由于合成闸瓦散热性能
差,产生的高热能使踏面表层瞬时加热到奥氏体相变温度以上,随后在空气中迅速冷却形成薄的马氏体白层。脆硬的马氏体白层在轮轨接触过程中极易发生碎裂,继续在轮轨接触应力作用下,踏面将发生大面积的剥离。
2 制动力分配方式对踏面磨耗的影响
传统地铁车辆一般采用4辆编组或者6辆编组,整列车一般按前后划分为2个单元。制动力的分配往往在单元内完成。图3所示为列车编组方式。目前比较先进的地铁车辆采用网络控制,整列车为一个大单元,制动力可以在整列车内部进行优化、统筹分配。
通常情况下,当车辆速度较高时施加常用制动,车
辆首先采用电制动,此时牵引电动机转变为发电机模
式,将车辆的动能转化成电能反馈给电网或消耗在制动电阻上。电制动和空气制动尽管制动原理不同,但本质上都属于黏着制动。列车优先采用电制动,若电制动可以满足整列车减速度及制动距离的要求,则空气制动不参与制动,也就是说拖车需要的制动力此时由动车电制动承担,单元内的一组车辆不再施加空气制动;当电制动能力不能满足整列车所需的减速度时,空气制动开始参与,此种工况下空气制动如何分配显得尤为重要。
随着速度的降低,电制动能力逐渐减弱,列车的制动力逐渐由空气制动力承担。
常用制动时制动力的分配模式主要有以下2种方式。
2.1 等黏着利用原则制动力分配模式
动车、拖车均等效利用轮轨黏着系数,由于动车存在电制动力,且电制动能力基本可以满足动车减速度的需求,因此拖车的制动力只由空气制动力承担。
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一般情况下,在恒制动力区,在A W0、AW1载荷工况下,电制动能力可以满足制动减速度的要求,但在AW2、A W3载荷工况下,有部分制动区电制动力不足,优先补充拖车制动力,拖车空气制动力补充到预先设置的黏着极限时,再补充动车的空气制动力。若轮轨黏着状态不良,特别是在AW3工况,一旦拖车施加的空气制动力突破实际的轮轨黏着极限,如果车轮出现微量滑行,也会导致车轮踏面温度急剧上升,不到011s 就可达900e ,极易达到车轮材料的相变点以上,高温奥氏体相变迅速冷却时形成脆而硬的马氏体,随着车轮滚动时同钢轨接触,马氏体极易碎裂、脱落,造成车轮踏面的非正常磨耗。
因此在这种制动力分配模式下,关键在于设置合理的空气制动介入点,同时合理匹配动车、拖车的空气制动力。
尤其是拖车位于整列车的首尾两端时,地铁车辆运营时一般不掉头,整列车的头车车轮在承担导向作用的同时,头车轮轨黏着系数低,容易受到钢轨表面水、油污、树叶及其他污物的影响。处于首尾两端拖车车轮踏面的工作状态远恶劣于编组中间的动车。在车辆运行速度较高的情况下施加制动,势必造成拖车车轮踏面及闸瓦承受过高的热负荷。
某地铁热负荷计算分配方案(等黏着)见图4
。
图4 等黏着利用制动力分配原则
(1)由图4(a)可见,速度80km /h 时制动,空气制动不足部分由所有车辆均分,1列拖车占整列车制动力的16%。
(2)由图4(b)可见,随着制动速度降低至54km /h,电制动能力上升,动车补充空气制动至设定的黏着极限后,其余不足的空气制动力由2个拖车平分,1列拖车占整列车制动力的617%。(3)制动工况为速度80km/h,减速度1112m/s 2
,100%ED,AW3,初始温度40e 。
(4)此种分配模式下,热负荷计算车轮踏面的最高温度为353e ,每个车轮承担的制动能力为3916MJ 。
此种设置不是理想的分配原则:一旦钢轨表面状态比较恶劣,空气制动频繁施加,必定会带来拖车车轮踏面及闸瓦异常磨耗。上海地铁某线曾出现在运营初期,拖车踏面及闸瓦磨耗非常严重,踏面出现剥离及环状沟槽异常磨耗;而动车踏面基本无损伤。后对制动系统进行调整后,这一问题才得到根本解决。2.2 车轮、闸瓦等磨耗利用原则制动力分配模式
某地铁热负荷计算分配方案(等磨耗)见图5
。
图5 等磨耗利用制动力分配原则
(1)由图5(a)可见,速度80km /h 时制动,空气制动不足部分由所有车辆均分,1列拖车占整列车制动力的819%。
(2)由图5(b)可见,随着制动速度降低至54km /h 时,电制动能力上升,动车补充空气制动至设定的黏着极限后,其余不足的空气制动力由2个拖车平分,1列拖车占整列车制动力的418%。
(3)制动工况为速度80km/h,减速度1112
m/s 2,100%ED,AW3,初始温度40e 。
(4)此种分配模式下,热负荷计算车轮踏面的最高温度为198e ,每个车轮承担的制动能力为1814M J 。
制动时在黏着力允许的条件下,将动车的电制动力利用到极限,不足的制动力由动车、拖车所有的车轮均分;动车电制动力+空气制动力利用到设定的黏着极限后,不足的制动力由所有拖车均分。对于采用合成闸瓦+CL60整体辗钢轮,摩擦副温度一旦达到
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300e ~350e ,不可避免地会产生烟雾,车轮、闸瓦的磨耗加剧,在此工况下只允许短时间内使用。
通过与制动力等黏着分配方案比较,在车轮、闸瓦等磨耗分配原则下,车轮踏面的工作环境大为改善,可以大幅度降低车轮踏面异常磨耗带来的风险及其他副作用。
3 闸瓦与车轮匹配的判定标准及热负荷计算
3.1 判定标准
3.1.1 温度评价依据
通常情况下,由于车轮材料与闸瓦材料热力学性能的差异,车轮踏面材料抵抗高温的能力比闸瓦强。合成闸瓦在温度超过350e ~400e 时,产生化学反应,伴随着燃烧、烟雾的产生,摩擦副的摩擦性能已经发生质变,合成闸瓦的磨耗加剧,同时合成闸瓦化学反应产生的衍生物将会加剧车轮的热损伤。
实际的制动过程中,一方面由于测量手段带来的偏差,另一方面由于摩擦副材料的特性,局部摩擦耦合点的温度将会超过测点温度。为安全起见,往往根据闸瓦承受高温的能力来限制车轮踏面的最高温升。比如,T B/T 3196)20085机车用合成闸瓦6要求车轮踏面温度不得超过400e 。3.1.2 车轮踏面热应力评判基准
评价赫兹接触应力和热应力共同作用引起的车轮损伤如图6所示,区域A 是常用制动区,区域B 是少量制动区,区域C
是危险区。
图6 车轮热损伤评价
对于赫兹接触应力评价依据见图7。3.2 热负荷计算
城轨车辆纯空气制动主要有3种方式:常用制动、紧急制动、坡道持续制动。制动过程中产生的动能最
终通过制动力转化为热能,制动过程中传递给车轮的热量远远大于车轮传递给周围介质的热量,因此热辐射和对流引起的热量损失可以忽略,
热量主要以热传
图7 赫兹接触应力评价依据
导的方式施加于车轮踏面上。因此温度场分析的热负荷为热流密度,作用于闸瓦和车轮踏面的摩擦面上。车轮的边界条件中,热流密度的确定非常关键,针对城轨车辆的3种主要制动方式,确定车轮热流密度的方法主要有能量转化法和摩擦功率法2种。
3.2.1 能量转化法
采用能量换算法计算第二类边界条件踏面热流密度,制动过程中损失的能量Q(t)为:
Q(t)=12mv 20-1
2mv 2(t)
(1)其中v(t)=v 0-at
(2)
式中:m )))车轮载重;
v 0)))制动初速度;a )))制动减/加速度;t )))制动时间;
v(t))))车辆瞬时速度。
假设摩擦热在车轮踏面上均匀分布,踏面热流密度为:
q(t)=G d Q(t)d t S =G m a(v 0-at)
S
(3)
式中:G )))热流分配系数;
S )))踏面摩擦环带面积。
由式(3)可知,制动初速度越大,热流密度越大;摩擦环面积越小,热流密度越大。
热流分配系数G 为:
G =
K w A
b K w
A b +K b
A w
(4)
式中:K w )))车轮导热系数;
K b )))闸瓦导热系数;
A w )))车轮导温系数;A b )))闸瓦导温系数。热流分配系数一般取G =0191。第三类边界条件表面换热系数h 为:
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图9 某地铁4号线热负荷计算应力、温度分布图
h =013828+14139v(t)(5)
3.2.2 摩擦功率法
从摩擦功率的角度考虑摩擦表面上输入的热流密度,当闸瓦在车轮踏面上相对滑动时,摩擦表面的瞬时功率P 为:P =L N @r X
式中:L )))瞬时摩擦因数;
N )))闸瓦正压力;
r )))车轮半径;
X )))车轮相对于闸瓦转动角速度,取X =
2P n,n 为车轮转数。
3.2.3 车轮热负荷计算结果
(1)某地铁3号线,工况:仅常用空气制动,v max =80km/h,a =1112m/s 2,M 车制动能量83123M Pa(一个往返),车轮踏面平均温度H mid =398e 、最高温度H max =418e ,车轮热应力D v =370MPa,此工况禁止使用(图8)
。
图8 某地铁3号线热负荷计算应力、温度分布图
(2)某地铁4号线,工况:仅常用空气制动,v max =80km /h,a =1112m/s 2,M 车车轮踏面平均温度H mid =361e 、最高温度H max =380e ,车轮热应力D v =305M Pa 。此工况允许少量使用,但会带来闸瓦、车轮的高磨耗(图9)。
4 结束语
车轮踏面的异常磨耗是城市轨道交通车辆经常遇到的复杂问题。通过上述分析,可归纳为以下几个研究方向:
(1)车辆设计时,在保证制动功能正常发挥的前提下,从整车的角度系统考虑制动系统对于车辆相关零部件的影响。
(2)电、空气制动力的最优化配置:在车
轮、闸瓦等磨耗分配原则的基础上,根据整列车不同车辆之间不同的轮轨黏着系数,进一步细化分配方案,达到轮轨黏着系数利用的
最优化。
(3)合理设置空气制动介入点、电信号传输时间、空走时间三者之间的相关参数,避开高速阶段空气制动过早介入,同时尽可能降低低速时空气制动力的切入点。
(4)进一步优化闸瓦摩擦材料的热负荷特性、同车轮的匹配性。
(5)优化防滑控制的判据参数和控制方式。
(6)对于运营速度超过80km /h 的地铁车辆,不建议仍采用踏面制动,以避免由此带来车轮的非正常磨耗。可以考虑引入盘形制
动,并适当增加改善轮轨黏着的措施,如增加撒沙装置等。
参考文献:
[1] 王文健,刘启跃.轮轨滚动接触疲劳与磨损耦合关系及预防措施
研究[J ].中国铁道科学,2009,(4),139)141.
[2] 金学松,刘启跃.轮轨摩擦学[M ].北京:中国铁道出版社,2004.[3] 王京波.合成闸瓦对车轮热影响的研究[J].铁道机车车辆,2003,
(S 2):77)82.
[4] 汪 洋.地铁列车车轮踏面环状剥离的分析[J].电力机车与城轨
车辆,2003,(4).69)70.
[5] Donzella G[意],等.包晔峰,译.闸瓦制动对实心车轮残余应力水
平的影响[J].国外机车车辆工艺,2000,(9),38)45.
(编辑:任 海)
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Application of the Phenolic F RP in
U rban Railway Vehicles
LUO Qing-ping
(male,born in1964,senior engineer,Equipment Technology and Operation Preparation Department of Qingdao Metro Company,Qingdao266001,China)
A bstract:Described are the performance features of phenolic FRP which can meet the BS6853:1999Fire-proof Standards and environmental requirements as w ell as the application on urban rail vehicles.
Key w ord s:phenolic FRP;performance;penetration test;application;urban rail vehicle
Initial A nalysis of C au ses to A bnorm al W ear of
W heel T reads of Metro V ehicles
QIAO Qing-feng
(male,born in1978,engineer,Technical Center of CSR Qingdao Sifang Locomotive&Rolling Stock Co., Ltd.,Qingdao266111,China)
A bstract:In the foundation brake mode of common urban rail vehicles with the operation speed of80km/h, basically,the tread braking plus composite brake shoe are applied.In this paper,the analysis and research are made on the effect of composite brake shoes of urban rail vehicles on w ear of wheel treads,the effect of brake force distribution mode on wear of treads,the matching of brake shoes and the wheels,and the calculation of ther-mal load.The causes to abnormal w ear of wheel treads of metro vehicles are discussed.
Key w ords:tread braking;composite brake shoe; thermal load;abnormal w ear of tread
Development and A pplication of the T e st
D evice for the Loopback Panel in Braking
System for C RH1A Multiple Units
XU Xiao-feng,et al.
(male,born in1974,engineer,Guangzhou Base for Multiple Units,Guangzhou Railway(Group)Company, Guangzhou510630,China)
A bstract:The structure and principles of the loop-back panel in the braking system for CRH1A multiple u-nits.The test requirements are analyzed.And the simply constructed test device for the loopback panel in the bra-king system is developed according to technical regula-tions.The testing show s that the performance of the test device has met the testing requirements of the operation field for the loopback panel in the braking system.
Key w ords:loopback panel in braking system;test device;structure;principle;operation
S election of Materials for Ground of the Base
for Inspe ction and Repair of/Harmony0
Multiples Units and Locomotives
JIAO Bao-fa
(male,born in1963,senior engineer,Equipment Design Section of China Railway Siyuan Survey and De-sign Group Co.,Ltd.,Wuhan430063,China)
Abstract:T he abrasio n resistant g round and the epox y gro und are briefly described.T hrough the com pariso n o f the technical and econom ical parame-ters betw een the abrasion resistant gro und and the epox y ground,as w ell as the analy sis of the w orking conditions o f g round inside the w orkshops of the base fo r inspection and repair,it is sugg ested to choo se the abrasion resistant ground w ith fairly good qual-i ties in abrasio n resistance,co mpr essive strength, bending streng th,hardness and the bonding w ith the base,as the fir st choice of materials for the g round of the base for inspection and repair.
Key words:base for inspection and repair;ground materials;abrasion resistant ground;epoxy ground Principles of the Hygienic System on C RH2C Multiple Units and Analysis of C om mon T roubles
YUAN Xiao-yang
(male,born in1973,senior eng ineer,School of E-lectrical Engineering of Beijing Jiaotong Unversity,Be-i jing100044,China)
A bstract:The composition and working principle of the hygienic system on CRH2C multiple units are dis-cussed.With combination of the actual troubles appeared in operation,the causes to troubles are analyzed,and the disposition method is put forward.
Key w ords:CRH2C multiple units;vacuum dejectas collection system;trouble;disposition
A pplication of Information in R epair and Production
Organization of Railway Freight Cars
REN Chun-hua
(female,born in1966,engineer,Production De-partment of South H uitong Co.,Ltd.,Guiyang550017, China)
A bstract:In the traditional railw ay freight car repair industry,by use of the information method,the prob-lems in such aspects as production organization and man-agement due to great improvement of the production out-put are solved.
Key w ords:railway freight car;information;man-agement
A nalysis of Inertia T roubles in Operation of
Freight C ars and C ounter Measures
YAO Fu-jun,et al.
(male,born in1963,engineer,Sujiatun Depot of Shenyang Railway Bureau,Shenyang110101,China)
A bstract:The inertia troubles in operation of freight cars are counted.The causes to the troubles are ana-lyzed.And relevant measures are given.
Key w ords:freight car;trouble statistics;trouble a-nalysis;measure
下期要目
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C64K型敞车车体检修工艺的有效性分析和研究铁路客车转向架构架结构优化分析
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基于以太网技术的列车VOD视频点播系统设计GL70型沥青罐车的研制
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货车车轮踏面损伤 温度场与应力场的有限元分析 货车车轮踏面损伤温度场与应力场的有限元分析 摘要：本文通过对21t轴重、120km/h的货车车轮在一次紧急制动过程中的温度场和应力场分布进行有限元模拟，探讨分析了温度场和应力场分布与货车车轮踏
面损伤的关系，为车轮的热疲劳损伤机理研究提供了技术储备和参考。 关键词：货车车轮，温度场，应力场，有限元模拟，热疲劳损伤。 正文： 提速和重载是提高铁路运输能力的有效措施，已成为铁路货车发展的趋势。我国货车目前制动方式仍然是踏面制动，列车车轮在强摩擦、高热负荷以及大轮轨作用力等恶劣条件下工作。列车在制动过程中，动能逐渐转变为制动装置产生的热能，对于采用踏面制动的高速重载铁路货车，这样的制动过程非常严苛，由此产生的热疲劳损伤已成为车轮失效的主要形式之一。车轮经过多次制动后，会在车轮与铁轨的接触踏面上产生均匀分布的横向裂纹，周围会伴随剥离、掉块等现象。因此，在国家倡导货运列车提速的前提下，现有的踏面制动正面临的严峻的挑战，也对车轮的抗热损伤能力和疲劳寿命提出了更高的要求。由于热损伤和疲劳损伤都与车轮在紧急制动过程中的温度场和应力场分布有密切的关系，本文以21t轴重、120km/h的货运列车车轮为研究对象，拟结合具体货车车轮的结构，利用建模软件对其建模，通过有限元模拟其紧急制动过程中的温度场和应力场分布，并针对实际踏面损伤情况对其模拟准确性给予评估，为进一步研究车轮的热疲劳损伤提供技术参考。 1、车轮紧急制动温度场模拟 货车车轮的轮径为840mm，轮辋内侧内径为710mm，轮毂孔直径为170mm，轮辋外径为273mm，理论重量351 kg。车轮材料为CL60，材料各项物热参数如下：弹性模量E =2.05×105 MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7800 kg/m3，热膨胀系数α=10.3×10-6℃-1，比热容c=470 J/(kg·K)，热传导率k =51W/(m·K)，对流换热系数h=40W/(m2·K)。 由于车轮是周向对称的结构，在考虑热流输入车轮踏面和车轮的热耗散时，可以认为在车轮的周向是无变化的，即温度场是轴对称的，因此，选取车轮的1/18进行分析，即取周向20°的模型。车轮的三维模型如图1。
关于车轮踏面圆周磨耗原因、危害及处理方法的调研报告 摘要随着铁路货运经营管理模式的多元化发展，铁路货车高速、重载的运输需求日益升温，如何稳步提升铁路货车车辆安全运行品质，有效防止列车惯性故障，维护安全稳定的运输环境是铁路货车车辆运用部门的重要难题之一。轮对作为铁路车辆转向架中的关键部件，对车辆的安全运行起着至关重要的影响。常见的轮对故障有：车轮踏面擦伤、剥离及局部凹入、熔堆、欠损，车轮踏面圆周磨耗过限，轮缘磨耗过限及其它设备故障。通过对现场作业车辆车轮踏面圆周磨耗故障的调研，总结出可能引发车轮踏面圆周磨耗故障发生的原因、危害及车辆运用的控制措施。 关键词铁路货车；踏面圆周磨耗；控制措施 1 车轮踏面外形结构 在很长的一段时间里，车轮的踏面结构为锥形，即车轮踏面由具有一定锥度的两段直线组成。在锥形踏面长期运行过程中，每次旋削后，存在踏面外形和钢轨顶部断面形状不匹配、运用初期磨耗较快、旋削切削量大等问题。从大量的现场运用实践中总结出：不论车轮踏面初始形状如何，经过运用磨耗后，车轮踏面趋向一个“稳定形状”，并且形状一旦稳定，磨耗就会减慢，在认识了锥形踏面存在的问题和踏面磨耗规律之后，我国铁路货车采用了现在的LM磨耗型踏面。LM磨耗型踏面的外形结构如图1所示。 2 车轮踏面圆周磨耗超限的原因 1）在充分满足铁路货车高速、重载运输需求的前提下，铁路货物列车的制动距离也相应延长，闸瓦与轮对的粘着摩擦时间延长、摩擦作用力增大，在制动过程中，闸瓦表面与车轮踏面圆周的磨耗也必然相对增加，势必增大了车轮踏面圆周的磨损，然而，闸瓦可以随时更换，而轮对的更换与处理，则需要将故障轮对车辆扣送到具有一定资质的检修部门，检修不及时，形成车轮踏面圆周磨耗超限故障； 2）部分车辆的制动机发生故障或制动机作用不良，个别司机制动、缓解操作不当，致使车辆长期带闸运行，闸瓦与车轮踏面长时间磨损，轮对沿钢轨长距离滑行，产生巨大的滑动摩擦力等诸多情况，都会形成车轮踏面圆周磨耗超限问题的发生； 3）高磷磨合闸瓦材质不良，工艺标准低下的影响。个别高磷磨合闸瓦生产厂家不按工艺要求制作闸瓦，致使闸瓦整体硬度偏大，从车轮和闸瓦构成的摩擦副考虑，车轮踏面的磨耗没能得到有效控制，闸瓦中含有过硬的金属粉沫较多且不均匀或局部有硬点硬面，对高速运行的车辆，突然进行列车制动，闸瓦的局部硬点极易刮坏车轮踏面。加之磷受热易氧化的化学特性，车辆运用过程中，闸瓦、踏面之间还会产生闸瓦鎏铁、金属镶嵌现象，导致车轮踏面出现10mm～60mm
地铁列车转向架轮对损伤分析及建议 摘要：本文总结了地铁列车轮对的主要损伤形式，包括车轮轮缘异常磨耗、车轮踏面擦伤和剥离及轮对失圆等，对形成这些损伤的原因进行了分析，并且根据这些原因提出了一些个人的建议和防范措施。 关键词：地铁列车，转向架轮对，损伤，分析及建议abstract: this paper summarizes the subway train wheels of the main form of damage, including the wheel rim abnormal abrasion wheel tread, bruises and stripping and round round of loss, etc, to form the damage causes are analyzed, and based on these reasons put forward some personal advice and preventive measures. key words: the subway train, wheel bogie to, damage, analysis and advice 1转向架轮对的损伤形式 1.1轮缘损伤 轮缘磨耗过快或轮缘偏磨都属于构成轮缘损伤的异常磨耗形式。轮缘的磨耗主要是指车轮在做蛇行运动时，轮缘经常与钢轨内侧面发生冲撞磨耗；以及车辆在通过曲线时由于离心力的作用，外侧车轮轮缘与钢轨侧面经常发生磨耗。左右两侧中一侧的平均轮缘磨耗
率明显高于另一侧的现象称之为轮缘偏磨。 1.2踏面损伤 踏面的损伤形式有踏面圆周磨耗、踏面擦伤、擦面剥离等。 1.2.1踏面圆周磨耗 车轮踏面圆周磨耗是指车轮踏面在运用过程中直径尺寸减小，并改变了踏面标准轮廓。 由于踏面的异常磨耗，其磨耗速度大于轮缘的磨耗速度，使轮缘厚度测量值过大，这种现象被称为轮缘“虚假”增厚。深圳地铁1号线车辆在计划修过程中发现轮缘“虚假”增厚现象较为频繁，其中2008年共发现36根轮对因踏面磨耗致使轮缘厚度不断增厚超出标准。 由于轮对踏面磨耗，还有可能造成一些其他形式的损伤。比如在踏面上出现凹状的沟槽，这种现象在拖车上尤为明显；还比如在车轮踏面外侧产生一个错误的“轮缘”，如图1所示。用第四种检查器分别检测以车轮踏面最底点及错误轮缘顶点为基准点时轮缘高度，取其差值。该轮缘高度不应超过3.5 mm。 图1 1.2.2踏面擦伤 车轮踏面擦伤问题一直困扰着地铁车辆的检修部门，由于车轮踏面擦伤后将导致车辆运行时振动异常，噪声增大，乘坐舒适性降低，因此需要对擦伤的车轮及时镟修，这将增大车辆的维护成本，降低
浅谈材料对铁道车辆车轮踏面接触疲劳 的影响 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 日前，经笔者调研发现，国内25B、25G、25T 型铁路客车和南京地铁、深圳地铁、上海地铁的部分车辆轮对踏面出现了不同程度的剥离损伤。相关资料显示，国内外很多铁路机车车辆在运营过程中都被车轮踏面剥离所困扰。踏面剥离这种踏面非正常磨耗，对世界许多国家的铁路工业而言都是一个相当严重的问题且形势愈加严峻。轮对踏面的非正常磨耗，不仅增加了运营维护成本，到一定程度甚至将直接影响行车安全。 踏面剥离问题基本可分为三类：接触疲劳剥离、制动剥离、擦伤剥离。其中制动剥离仅在踏面制动条件下才会发生，原因是制动工况不良导致踏面产生热裂纹而造成的，擦伤剥离在踏面制动、非踏面制动条件下均可能发生，原因是轮轨间滑动或滚滑导致车轮踏面表面产生马氏体而造成的，对于这两类剥离问题，可从改善车辆制动和运用工况来进行缓解;本文主要从材料的角度探索和分析踏面接触疲劳剥离现象。
1 原因分析 轮对的主要工作方式是在钢轨上做类似于滚动的运动(实际上是蠕滑)。车轮通过一个很小的轮轨接触面积将车辆载荷传递给了钢轨，通常会使局部载荷超过车轮或钢轨材料的弹性极限，轮轨接触面在接触压应力的反复长期作用后，会引起接触表面因疲劳损伤而使局部区域产生小块金属剥离，这种疲劳破坏现象称为接触疲劳。接触疲劳与一般疲劳一样，同样有疲劳裂纹产生和疲劳裂纹扩展两个阶段。长时间的接触疲劳被认为是受到循环载荷作用的接触面的主要失效机制。 接触疲劳破坏形式有麻点剥离(点蚀)、浅层剥离和深层剥离三类。在接触表面出现深度在以下的针状或痘状凹坑，称为麻点剥离;深度为~ 的剥离为浅层剥离，浅层剥离剥块底部大致与接触表面平行。深层剥离的深度和表面强化层深度相当，有较大面积的表层压碎。 轮对踏面同时有麻点剥离、浅层剥离和深层剥离。 影响轮对踏面接触疲劳的因素很多，比如车轮本身材料、踏面表面硬化情况、车轮所采用的踏面型式、轮轨接触面的光洁度、车辆运行工况等。而笔者认为，从本质上讲，决定抗疲劳性能的还是车轮材料本身的
摘要：随着我国铁路高速和重载的发展，轮轨磨耗问题日趋严重，每年都给铁路运输业造成巨大的经济损失，其解决与否直接影响到铁路的快速发展。为了进一步了解车轮磨耗的原因，从而提出降低磨耗的有效措施，本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研，并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、闸瓦质量、车轮硬度、制动形式、闸调器作用影响及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析，总结了磨耗规律，提出了改进措施，结论表明，推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量，严格控制各项尺寸在公差范围之内、加强对闸调器在运用中正确使用、控制同一轮对两车轮的轮径差使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径；铁路货车采用状态修的维修管理办法是控制和降低轮缘磨耗发生的有效手段。提出的建议可为改善车轮磨耗，降低检修劳动量，确保运输安全具有实际意义。 关键词：车轮踏面圆周磨耗；轮缘磨耗；原因分析；改进措施 中图分类号： u272 文献标识码： a 文章编号： 1673-1069（2016）21-86-3 0 引言 随着我国铁路高速和重载的发展，车轮损伤形式逐渐呈多样性，尤其是轮对踏面圆周磨耗及轮缘磨耗问题日趋严重，严重影响货车车辆的运行品质，本文对车轮损伤的性质及产生原因进行了分析，对车轮损伤产生的危害进行了阐释，为进一步分析车轮磨耗的规律，探究其产生原因，提出改进措施，本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研，并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、车轮硬度、制动形式及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析，总结了磨耗规律，提出了改进措施，结论表明，推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量，严格控制各项尺寸在公差范围之内是降低车轮踏面磨耗并使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径。此次调研是为了通过对运用货车轮对故障现象的分析，总结规律，查找损伤产生原因，提出改进措施，降低轴承等零部件的损伤，降低轮对旋修量，提高生产效率，经济效益，保证货车运行平稳性，提高车辆运行品质。 1 车轮损伤及其危害 1.1 车轮的损伤形式 车轮、轮毂是车辆的重要走行部件，在使用中情况较复杂，运用情况恶劣及其在材质及制造工艺上的缺陷等都会造成车轮的损伤，在车轮故障中，踏面擦伤与剥离、车轮裂纹、车轮踏面熔渣、踏面圆周磨耗、轮缘磨耗、轮缘碾堆等，他们都直接威胁着行车安全。 1.1.1 踏面剥离 1.1.1.1 损伤性质 在货车运用中，车轮踏面剥离主要分为制动剥离、接触疲劳剥离及擦伤剥离三种，从材料失效的机理分析，一类是由交变接触应力应力引起的接触疲劳损伤，另一类是由摩擦热循环引起的热疲劳损伤。剥离的产生会加大旋修工作量，降低车轮使用寿命。 1.1.1.2 产生原因 制动剥离是由于制动力不适当，闸瓦与车轮接触部位产生高热导致车轮踏面金属相变，轮瓦接触部位产生高热，在轮轨接触应力作用下，车轮踏面沿疲劳原形成剥离掉块现象。 接触疲劳剥离是由于轮轨接触应力累积所致，当车轮踏面的剪切应力大于踏面剪切屈服强度时，是车轮踏面表层产生塑性变形，在长期的运行中，踏面表面产生疲劳掉块而形成剥离。 擦伤剥离是由于车轮与钢轨之间出现局部摩擦或滑动摩擦，使踏面产生高热，导致车轮
( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 车轮踏面擦伤及剥离故障对车辆安全的影响(最新版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.
车轮踏面擦伤及剥离故障对车辆安全的影 响(最新版) 一、车轮踏面擦伤、剥离故障调查 第六次大提速以来,铁路发展进入了一个新的历史阶段,不光是动车350的高速得以实现，铁路货车也达到了120公里/小时,高速运行对车辆部门来说是一个非常严峻的考验,为保证车辆安全,部局多次强调车辆必须把预防重点放在走行部的安全上,段在对轮对故障防止上采取了加严措施,在很大程度上降低了运用限度标准,(踏面擦伤深度滚动轴承由原来的1mm减少到0.5mm,剥离长度由原来的一处不大于50mm两处每处不大于40mm改为一处不大于20mm两处每处不大于10mm)，之所以采取如此加严措施,就是因为踏面擦伤、剥离故障对车辆质量安全影响非常大。然而当前的形势并不乐观，车轮踏面擦伤、剥离故障相当多，从我们各作业场反馈的车轮故障登
记表上可以看出这一点，每列车都有几辆踏面擦伤或剥离故障，只不过是有的严重，有的轻微，但不管什么程度，我们都要高度重视，当前车轮故障对安全的影响如(表一)，这是我们利用6天时间调查了11列539辆货物列车，发现16辆共计26个车轮有不同程度的擦伤或剥离，有问题车点总数的2.97%。擦伤车轮有22个占有故障车轮84.6%,剥离4个,占15.4%。 车轮踏面擦伤、剥离故障调查表（表一） 序号 日期 车次 辆数 车号 故障 1 11.1 38115
车轮踏面擦伤原因分析及措施 车轮踏面擦伤是车辆在运行之中发生的主要故障之一,危害性极大.严重危及着列车的运行安全,影响铁路运输的提高。因此,分析轮对踏面擦伤原因及制定预防措施已成为现场亟待解决的问题。 １.车轮擦伤的原因分析 1.1司机操纵不当 在长大下坡道时,司机将小闸推向缓解位,使车辆制动机车缓解.这种用车辆制动拖住机车的方法会增加车辆制动力;另一方面，由于长大货物列车的增加，列车在进入列检所停车时,采用了二次停车，此时，由于部分车辆没有缓解,车轮产生滑行，造成擦伤。 1.2温度条件变化原因 严寒季节钢轨面上有冰雪、霜冻、油污，使轮对与钢轨的粘着系数降低，制动力大于粘着力，造成车轮擦伤。 1.3车站调车作业时使用单侧铁鞋 车辆从驼峰上溜放下来受到单侧铁鞋的阻力后，有铁鞋一侧的轮对被垫起，而另一侧的轮对由于停止转动与钢轨产生剧烈摩擦，造成轮对踏面擦伤。 1.4车辆制动机故障、部分配件作用不良 冬季气温下降，三通阀油脂凝固或风道凝结水进入风管内，造成三通阀滑动部分因摩擦阻力增大，在列车紧急制动时作用缓慢不良或不起作用，造成列车制动快慢不一致，制动压力高低不均而造成车辆车轮擦伤。 1.5空重车装置调整不正确 运用部门根据车辆每轴平均载重确定“空车位”和“重车位”，使车辆产生不同的制动力。如果空车运行，而车辆的空重车手炳至于重车位时，将使制动力大于粘着力，造成车轮滑行，擦伤轮对。 1.6闸瓦自动间隙调整器故障或调整不当 现场车辆在做定期检修时，还须对闸调器做减小间隙、增大间隙实验。该项实验常常被简化，造成制动缸活塞行程过长或过短，如果行程过短时，致使制动力增大，出现闸瓦紧抱车轮，甚至抱死车轮，造成车轮严重擦伤。
货车车轮踏面损伤温度场与应力场的有限元分析 XXXX 专业XX 班XXXX 学号 姓名 摘 要：在铁路运输不断提速及重载的情况下，采用踏面制动方式制动的货车车轮承受着强摩擦、高热载荷及大轮轨作用力的恶劣条件，在反复制动时，车轮将产生热疲劳损伤而造成车轮的失效破坏。本文根据货车的实际工作条件，对21t 轴重、速度为120 km/h 的货车车轮在一次紧急制动过程中的温度场和应力场分布进行了有限元模拟，分析了温度场和应力场的分布与货车车轮踏面损伤之间的关系。研究结果表明，在整个制动过程中，温度与热应力的最高点都集中在闸瓦与车轮的接触摩擦面部位，且随着制动过程的温度不断上升，达到峰值后又缓缓降低；车轮的温度是由踏面向轮轴位置逐渐降低的，越靠近轮轴，温度与热应力值越低；制动结束后，车轮内部的温度高于踏面的温度，最大应力产生在车轮踏面之下。 关键词：货车车轮；温度场；应力场；有限元模拟；热疲劳损伤 FEA of Temperature and Stress Field Distribution on the Touching Area of Freight Train Wheel 1 引言 提速和重载是提高铁路运输能力的有效措施，已成为铁路货车发展的趋势。我国货车目前制动方式仍然是踏面制动，列车车轮在强摩擦、高热负荷以及大轮轨作用力等恶劣条件下工作。列车在制动过程中，动能逐渐转变为制动装置产生的热能，对于采用踏面制动的高速重载铁路货车，这样的制动过程非常严苛，由此产生的热疲劳损伤已成为车轮失效的主要形式之一。车轮经过多次制动后，会在车轮与铁轨的接触踏面上产生均匀分布的横向裂纹，周围会伴随剥离、掉块等现象。因此，在国家倡导货运列车提速的前提下，现有的踏面制动正面临的严峻的挑战，也对车轮的抗热损伤能力和疲劳寿命提出了更高的要求。 由于热损伤和疲劳损伤都与车轮在紧急制动过程中的温度场和应力场分布有密切的关系，本文以21t 轴重、120km/h 的货运列车车轮为研究对象，拟结合具体货车车轮的结构，利用建模软件对其建模，通过有限元模拟其紧急制动过程中的温度场和应力场分布，并针对实际踏面损伤情况对其模拟准确性给予评估，为进一步研究车轮的热疲劳损伤提供技术参考。 2 车轮紧急制动温度场模拟 货车车轮的轮径为840mm ，轮辋内侧内径为710mm ，轮毂孔直径为170mm ，轮辋外径为273mm ，理论重量351 kg 。车轮材料为CL60，材料各项物热参数如下：弹性模量E =2.05×105 MPa ，泊松比μ=0.3，密度ρ=7800 kg/m 3，热膨胀系数α=10.3×10-6℃-1，比热容c=470 J/(kg ·K)，热传导率k =51W/(m ·K)，对流换热系数h=40W/(m 2·K)。 由于车轮是周向对称的结构，在考虑热流输入车轮踏面和车轮的热耗散时，可以认为在车轮的周向是无变化的，即温度场是轴对称的，因此，选取车轮的1/18进行分析，即取周向20°的模型。 2.1 热流密度的确定： 为简化问题，可以认为在高速行进过程中，踏面的温度在周向是均匀分布的，且热流输入也是均匀的。初速度为120km/h 时，各项制动参数如表1所示。 表1 制动参数 制动初速度（km/h ） 轴重（t ） 减速度（m/s2） 制动距离（m ） 闸瓦压力（kN ） 摩擦系数 热量分配系数 120 21 0.556 1000 21 0.278 0.91 根据热流密度计算公式 f d S t p t q ) ()(η =
铁道车辆车轮踏面擦伤原因及防范措施 摘要在铁道车辆运行过程中，车轮踏面在众多原因作用下，也会发生擦伤并且会对铁路车辆运行产生一定的影响。本文研究了车轮踏面出现擦伤的原因，并对如何防范踏面擦伤的出现进行了探讨。 关键词车轮；踏面擦伤；原因；处理措施 中图分类号U2 文献标识码 A 文章编号2095-6363（2017）14-0034-01 轮对是铁道车辆主要组成部件，承担着铁道车辆沿钢轨走行的功能，工作中轮对需要承受来自各个方向的力作用，同时轮对本身也需具备导向、传递制动力等方面的功能。因此，轮对在行走过程当中，不可避免会出现车轮的踏面擦伤、剥离等情况，并且这些情况也会直接影响得到铁道车辆的运行安全[1]。为此，以下从轮对踏面擦伤的实际情况出发，具体分析擦伤的原因，并就其原因探讨防范的措施。 1 车轮踏面擦伤的原因 1.1 车轮踏面构造分析 当前铁道车辆的车轮踏面主要分为两种类型，即锥型踏面和磨耗型踏面，这两种踏面的具体参数有明显的不同。锥型踏面是由轮内侧面向外48mm至100mm之间以1：20的
锥度区段和由100mm到35mm之间以 1：10的锥度区段构成。磨耗型踏面则是由半径为 100mm、500mm、220mm的三段弧型线圆滑连接成的一条曲线和锥度为1：8的一段直线组成的几何图形[2]。随着铁道车辆新技术的发展，目前基本上采用的是磨耗型踏面车轮。基于该类型的车轮踏面，其踏面擦伤的原因依据情况会有不同，以下进行具体分析。 1.2 车轮踏面擦伤原因分析 在当前使用磨耗型踏面车轮下，车轮踏面擦伤的具体原因有以下几点：1）车轮的制动力过于强大，这一情况的出现主要是由于车辆制动系统的结构设计存在问题，或制动阀、风管等出现临时故障；2）车辆运行时，由于制动故障出现抱闸的情况，闸瓦间隙自动调整器以及制动缸故障进一步使得车轮踏面发生擦伤；3）车辆运行时间过长车轮出现疲劳，并且受到温度的冲击发生剥离，进而发生擦伤；4）铁道车辆运行时铁鞋制动过于频繁因而导致擦伤；5）调车时采用手制动之后，如果不进行完全放松，在长时间的闸瓦、车轮相互摩擦下，车轮踏面温度则上升，从而容易发生剥离、擦伤；6）车辆运行的线路表面平整度也会对车轮踏面产生一定的影响，如线路表面凹凸不平等，均可能使得车轮踏面发生擦伤；或者铁道钢轨弯道的内外轨高度差致使车轮踏面出现擦伤；7）铁道车辆在温差非常大的情况下，其车轮踏
中华人民共和国铁道部部标准 TB 449-76 机车车辆用车轮轮缘踏面外形 本标准适用于经过机械加工的机车车辆车轮 标记示例:轮缘踏面外形ATB449-76 车辆用车轮轮缘踏面外形 机车及煤水车用车轮轮缘踏面外形 发布单位 铁 道 部 实施 日 期1977年10月1日 提出单位标准计量研究所 主要起草单位 标准计量研究所 1
TB 449-76 附录一 车辆用车轮轮缘曲线作图说明 1.以OX、OY为座标轴，取OE=16毫米，过E点作BE线垂直于OX，取BE=25毫米。 2.取点A、使A点的横座标为32毫米，纵座标为10毫米。 3.在OX座标上取D、F两点，使DE=1毫米，EF=2毫米，通过D、F两点分别作垂直于OX 的垂线。 4. 在OX座标上，取OK=48毫米，过K点作kk′线段，使kk’与OX成1：20斜度。 5. 求O1、O2、O3、O4各点。 （1）以B为圆为，取R=16为半径作弧，分别相交于D、F垂线，求得O1、O4。 （2）以A为圆心，取AR=18为半径作弧ee′，作线段nn′平行于kk′，两线间垂直距为18毫米，并使nn′相交于ee弧，求得O2。 （3）以O1为圆心，取R=48-16=32毫米为半径作弧dd;又以O2为圆心，取R=18+48=66毫米为半径作ff弧，使dd与ff相交求得O3。 6. 求M与N两点。 （1）以O1为圆心，取R=16毫米为半径作弧bb;通过O3、O1两点作直线延长与bb相交求得M。 （2）以O3为圆心，取R=48毫米为半径作弧gg;通过O2、O3两点作直线相交于gg，求得N。 7. 求BMNP曲线。以O1为圆心，R=16毫米为半径作BM弧;以O3为圆心，R=48 2
南京地铁列车车轮踏面非正常磨耗初析 摘要研究了南京地铁列车车轮踏面非正常沟状磨耗的成因。对车轮、钢轨的外形、材质和硬度等进行了测试,分析了轮轨接触和制动磨损的影响,提出了沟状磨耗的原因。测试结果分析表明,该地铁车辆拖车轮踏面上的凹槽磨耗主要是由于在制动施加频度过高、轮轨接触又不均匀的内因作用下产生的。 关键词地铁车辆,轮轨磨耗,踏面磨耗,制动 0 引言 南京地铁自2005年9月开通运行以来,发现轮轨磨耗严重,如:拖车车轮踏面上出现有规律的沟状磨耗,道岔叉心上出现沟状磨损,轮缘和曲线钢轨侧磨等。根据初步观察认为,踏面上的沟状磨耗和道岔叉心上出现沟状磨损与其它地铁系统相比有明显的独特性。因此重点对这两个问题进行研究分析。踏面上的沟状磨耗照片如图1所示。踏面上较深色的部位是沟状磨耗区域,可见一条位于滚动圆附近,另一条位于踏面外侧。道岔叉心沟状磨耗的照片如图2所示,位于左侧轨顶上,长度约70~80mm。据测量的带有沟状磨耗的踏面轮廓线.深度可达 2~3mm。为了及时弄清磨耗的成因,分析非正常磨耗对列车运行的安全影响,南京地铁公司及时组织专家进行会诊,成立专题小组,制定了全面而深入的排查方案。 1 调研方案 一般车轮踏面磨损的主要原因:一是轮轨接触磨损;二是制动闸瓦与踏面的滑动磨损。轮轨接触磨损又以在踏面的不同区域滑动程度不同分为滑动摩擦磨损和滚动疲劳伤损。滑动摩擦磨损发生在轮缘部位,与车辆的曲线通过性能有关;而滚动疲劳发生在踏面部位,以横向裂纹、剥离形式出现。当轮轨接触应力过大时,还会发生接触塑性流动磨损[1-2]。气制动引起的磨损往往与气制动压力、气制动的施加程度、气制动作用时的相对运动速度、闸瓦物理特性和踏面的物理特性等因素有关。 根据动车踏面无类似于拖车踏面的沟状磨耗这一现象,初步将研究重点放在气制动对踏面的磨损上,同时也对轮轨接触进行调研分析。 对于道岔上的沟状磨损主要以测量和轮轨几何接触分析为主。因为没有其它物体与道岔顶面接触的可能性,唯一的可能性就是轮轨的接触引起。 根据以上分析,制定了初步调研范围为:轮轨材质分析,轮轨接触分析,闸瓦特性试验,气制动作用调研和轮轨表面硬度测试等。首期测试项目有:①轮轨材质硬度和成份分析;②闸瓦的成份测试和闸瓦的物理特性试验;③拖车和动车踏面外形的测量和轮轨几何匹配模拟;④测量踏面及钢轨的表面硬度及轮轨接触应力分析;⑤测量不同踏面及钢轨的磨损外形及与道岔的几何匹配分析;⑥气电制动的分配比率及制动压力等。 2 主要测量结果及分析 委托上海材料研究所检测中心对轮轨材质进行检测,50kg/m和60kg/m钢轨样本的材质元素成分含量符合表称值范围;轮子样本(CL60)材质的元素也基本符合表称要求,仅铬(Cr)元素的含量为0.090%(表称值为0.13%~0.23%),略低了些。图3和图4为钢轨的硬度分布图,可见钢轨的硬度分布也正常。对线路上的钢轨也进行了表面硬度测试,测试结果表明,曲线外轨顶面硬度较高可达300~310HB左右;轨头圆角处硬度较低,为260HB;轨头内侧面较高,为350HB左右。而曲线内轨顶面硬度均比外轨顶面高,可达330~350HB左右。 图5和图6为拖车和动车踏面的表面硬度测试结果。由图5可见,第1测点在轮缘角附近,平均硬度为378HB;第2测点位于一较扁平的下凹的槽内,平均硬度为336HB;第3测点在
车轮踏面擦伤及剥离故障对车辆安全的影响 部门 : 唐山北运用车间 姓名：张学建 专业技术职务：工程师 联系电话： 023—52354
丰台车辆段专业技术干部论文评价标准
目录 摘要 (4) 一、车轮踏面擦伤、剥离故障调查 (5) 二、车轮踏面擦伤、剥离对车辆的影响 (7) （一）对车辆本身方面的影响 (7) （二）对线路的影响 (8) （三）对货物装载的影响 (8) 三、车轮踏面擦伤、剥离的原因 (9) （一）车轮踏面的构造 (9) （二）车轮本身方面的原因 (9) （三）调车方面的原因 (9) （四）线路方面的原因 (10) （五）环境方面的影响 (10) 四、几点建议 (11) 参考资料 (11)
摘要：随着铁路货车运行速度越来越高，车轮踏面擦伤、剥离故障对行车安全构成巨大的威胁，本文车轮踏面擦伤、剥离故障进行了深入的调查和分析，并提出了防范建议。 关键词：车轮踏面、擦伤、剥离、车辆安全、故障。
车轮踏面擦伤及剥离故障 对车辆安全的影响 一、车轮踏面擦伤、剥离故障调查 第六次大提速以来,铁路发展进入了一个新的历史阶段,不光是动车350的高速得以实现，铁路货车也达到了120公里/小时,高速运行对车辆部门来说是一个非常严峻的考验,为保证车辆安全,部局多次强调车辆必须把预防重点放在走行部的安全上,段在对轮对故障防止上采取了加严措施,在很大程度上降低了运用限度标准,(踏面擦伤深度滚动轴承由原来的1mm减少到0.5mm,剥离长度由原来的一处不大于50mm两处每处不大于40mm改为一处不大于20mm两处每处不大于10mm)，之所以采取如此加严措施,就是因为踏面擦伤、剥离故障对车辆质量安全影响非常大。然而当前的形势并不乐观，车轮踏面擦伤、剥离故障相当多，从我们各作业场反馈的车轮故障登记表上可以看出这一点，每列车都有几辆踏面擦伤或剥离故障，只不过是有的严重，有的轻微，但不管什么程度，我们都要高度重视，当前车轮故障对安全的影响如(表一)，这是我们利用6天时间调查了11列539辆货物列车，发现16辆共计26个车轮有不同程度
一、轮缘磨耗 机车通过曲线时，轮缘与轨侧发生磨耗。我国铁路曲线所占比重较大，轮缘磨耗一直是个重大问题。影响轮缘磨耗的因素为：通过曲线时前导车轮的轮缘力及对钢轨冲角，轮缘与轨侧的摩擦系数，轮缘的耐磨性。下面具体分析。 1．减少轮缘磨耗的方法 (1）踏面等效斜率**越大，曲线导向性能越好。**足够大时，转向架前导轴内外车轮踏面上的纵向蠕滑力形成的力偶能帮助转向架沿曲线运行，这就是所谓通过曲线蠕滑力导向，在大半径曲线上有可能避免轮缘接触，即使轮缘与钢轨接触，较大的**总能使轮缘力有所减小；但是，较大的**不利于转向架的蛇行稳定性，这就是通常所说的机车蛇行稳定性与曲线通过性能相矛盾的一个方面。 磨耗形踏面的等效斜率**较大，使轮缘力减小；另外，磨耗形踏面避免了与钢轨的两点接触，使轮缘磨耗显著减少。 (2）机车通过曲线时，径向转向架内各轴能自动向径向位置偏转，车轮与钢轨的冲角大为减小（如果转向架完全占径向位置，则冲角为零），使轮缘磨耗大幅度减少。 (3）转向架固定轴距越长，通过曲线就比较困难，其冲角及轮缘力均较大，轮缘磨耗当然也较大；相反，转向架固定轴距越短，通过曲线就比较容易。两轴转向架与三轴转向架相比，前者通过曲线时轮缘力小得多，冲角也小，轮缘磨耗明显改善，这就是两轴转向架的机车特别适用于多曲线的山区铁路的原因。 (4）三轴转向架C0一C0机车因轮缘磨耗严重而不适宜于多曲线的山区铁路。用B0一B0一B0式机车代替C0一C0式六轴机车，可以显著改善机车的曲线通过性能。给三轴转向架中间轴以适当大的自由横动量，可以在不影响转向架在直线上的蛇行稳定性的条件下，改善转向架的曲线通过性能。中间轮对的自由横动量增大后，使它在半径不大的曲线上能贴靠外轨，参与导向，如图3一17所示，结果有可能使第一轴外轮轮缘力减少20％一30％。 一般而言，间轴贴靠外轨，给中间轴以10一15mm自由横动量，就能在机车通过30om半径曲线时使中间轴贴靠外轨，而不贴靠构架。 必须指出，中间轴的自由横动量不应过大，否则会出现中间轴轮缘磨耗比两端严重的情况。这是因为对于两端操作的机车来说，如果中间轴的自由横动量过大，则上行通过去曲线时，第一轴及中间轴轮缘磨耗，下行通过曲线时，第三轴及中间轴磨耗，这样中间轴轮缘磨耗就比第一轴或第三轴严重。对于这种情况，就应稍减中间轴的自由横动量，使通过小半径曲线时中间轴轮缘不贴靠外轨，中间轴及两端的轮缘磨耗同步。这一中间轴的最佳横动量，与机车线路的曲线状况及运行速度有关，只能通过试验确定。 (5）如果车体与转向架连接装置中采用摩擦旁承，则转向架相对车体回转就要克服摩擦力矩。如果车体与转向架的连接采用橡胶堆旁承或高圆簧支承，则转向架相对车体回转时要克服复原力矩。摩擦力矩和复原力矩对机车的蛇行稳定性有利，但不利于曲线通过。因为这样使第一轴的轮缘力增加，加剧了轮缘磨耗。 (6）机车通过曲线时，后转向架前端比前转向架后端离开轨道中心远，如图3一18所示。如果两端用弹性装置相连，则在后转向架前端连接点c‘与前转向架后端的连接点C之间就会产生一对大小相等而方向相反的横向力K和K‘。K和K‘力分别使前、后两转向架后部向外移动，前转向架由。位移至b位，后转向架由a’位移至b’位，使两转向架的导向轮的冲角减少。K和K‘还分别使前后转向架导向轮的轮缘力减少。轮缘力及冲角减少使轮缘磨耗明显减少。 (7）提高轮箍硬度可以提高轮缘的耐磨性。轮箍硬度由布氏硬度250一275提高至320-340，可以使轮缘磨耗减少一半。 (8）为了减小轮缘与钢轨侧面的摩擦系数，可以采用钢轨侧面润滑或轮缘润滑或者兼施的方法。用这种方法可以使轮缘磨耗减少一半甚至更多。目前我国机车普遍采用轮缘润滑器给轮缘润滑，效果显著。但若保养不当或使用不善会引起踏面枯着恶化。 2．轮缘磨耗的两种特殊类型 轮缘磨耗还有两种特殊类型： a，轮缘偏磨 机车在运用中常发生个别轮对轮缘偏磨现象：往往成为难以解决的难题。轮缘偏磨的主要原因如下： (l）轮对组装位位置不正确。轮对应与转向架构架垂直，转向架内各轮对相互平行。如果某一轮对位搜歪斜，则在走行中会造成一侧轮缘偏磨。
继续教育学院毕业论文 浅淡车轮踏面擦伤的原因及措施建议 姓名：金亮 班级：10铁道车辆 指导教师：罗世民副教授 时间：二0一一年十月
浅淡车轮踏面擦伤的原因及措施建议 摘要 本文对铁路货车车轮踏面擦伤故障原因和危害进行了总结分析，并针对新技术、新设备运用现场及检车员作业的实际，提出了几个方面的建议和应采取的措施、对策。 轮对是转向架的重要部件之一，也是直接影响车辆运行安全的关键部件之一。轮对承受着车辆的全部载荷，且在轨道上高速运行，而轮对踏面局部擦伤后，车辆振动急骤增加，使车辆零部件的损伤加剧、缩短了其使用寿命，同时也增加了对货物的损伤。因此，车轮踏面擦伤将是严重威胁列车提速安全的重要问题之一。为进一步探讨轮对踏面擦伤的原因，在货车检修工作中针对造成擦伤故障的几个原因进行了调查分析，并提出了相关建议。 [关键词]：轮对；踏面；擦伤；分析；措施
目录 摘要 (1) 第一章轮对踏面擦伤故障造成的危害 (2) 1.1给列车运行安全带来害 (2) 1.2缩短轮对的使用寿命 (2) 第二章轮对踏面擦伤故障原因分析 (3) 2.1闸瓦间隙自动调整器故障 (3) 2.2机车乘务员对车辆制动故障应急处理不当或运行中操作不当 (3) 2.3空重车调整装置调整不正确 (3) 2.4车辆空气制动机故障 (4) 2.5列检职工列车作业质量低 (4) 2.6制动波速不一致 (4) 2.7基础制动故障或调整不当 (4) 2.8同一轮对上两个车轮直径差过大时 (4) 第三章预防及减少车轮踏面擦伤的措施建议 (6) 3.1提高轮对对质量，采用新型铸钢，辗钢或弹性车轮 (7) 3.2加快空重车调整装置的改造 (8) 第四章结论 (9) 致谢 (10) 参考文献 (11)
民营科技 2010年第9期208MYKJ 市政与路桥 车轮踏面擦伤原因分析及防范措施 于继传 （黑河铁路集团公司，黑龙江黑河164300） 1问题的提出 目前车轮踏面擦伤已经成为运用车辆中的主要故障，通过对我公司2008年本属运用客车及运用自备货车故障进行调查统计，共查出各类故障495件，其中，轮对踏面擦伤故障123件，占25%。2009年共查出各类故障447件，其中，轮对踏面擦伤故障121件，占27%，呈上升趋势。因此，分析轮对踏面擦伤形成的原因及制定预防措施已经成为现场亟待解决的问题。 2车轮擦伤的原因分析 2.1司机操纵不当 一方面，在长大下坡道时，部分司机为了延长机车车轮使用寿命或减少机车换闸瓦的次数，不用机车电阻制动，往往将小闸推向缓解位，使机车制动机缓解，这种操作方法使车轮踏面擦伤的概率明显增加。另一方面，由于长大货物列车的增加，列车在进入列检所停车时均采用了二次停车。现场多次发生列车在制动位刚刚停车时，司机进行了缓解，但未等列车缓解完毕便马上启动，此时，由于部分车辆没有缓解，车轮产生滑行，造成擦伤。 2.2温度条件变化原因 严寒季节钢轨面上有冰雪、霜冻、油污，使轮对与钢轨的粘着系数降低，制动力大于粘着力，造成车轮擦伤。 2.3车站调车作业时使用单侧铁鞋 当车辆从驼峰上溜放下来受到单侧铁鞋的阻力后，有铁鞋一侧的轮对被垫起，而另一侧的轮对由于停止转动与钢轨产生剧烈摩擦，造成轮对踏面擦伤。通过实地调查，发现在使用单侧铁鞋作业的车辆中，轮对踏面擦伤率达到100%，其擦伤程度大小不一，擦伤范围在0.5至1.6毫米之间。由此可见，调车作业使用单侧铁鞋是造成轮对踏面擦伤的一个重要原因。 2.4车辆制动机故障、部分配件作用不良 如三通阀发生故障，制动机不缓解，或者安全阀、高速减压阀性能不良。冬季气温下降，三通阀油脂凝固或风道凝结水进入风管内，造成三通阀滑动部分因摩擦阻力增大，在列车紧急制动时作用缓慢不良或不起作用，列车制动快慢不一致，制动压力高低不均，而造成车辆车轮擦伤。2.5闸瓦自动间隙调整器故障或调整不当 车辆进行定期检修时，对闸调器实行的换件修，使用期限达5年的一律拆下做大修，使用期限不足5年的且作用性能良好的，在车辆检修过程中只做制动实验。带有闸调器的车辆，除对制动机做正常的制动性能实验外，还须对闸调器做减小间隙、增大间隙实验。现场车辆在做定期检修时，该项实验常常被简化，造成制动缸活塞行程过长或过短，如果行程过短时，致使制动力增大，出现闸瓦紧抱车轮，甚至抱死车轮现象，造成车轮严重擦伤。 2.6制动波速不一致 由于我国客、货车的种类比较多，列车中各辆车的作用时间（制动时间），自然会有前后差异，尤其在长大列车中差别更大，这种不同时性，使得列车在制动时发生冲动和延长制动距离。制动机的前后作用时间差别的大小，与三通阀或分配阀的制动波速有关，而制动波速的高低，又与三通阀或分配阀的构造和作用性能有关。我国制造的120阀与103型分配阀比K型三通阀常用制动波速提高近两倍，而客车中104型分配阀比L型三通阀常用制动波速提高近一倍。如果车辆在运行中，将120阀和103型分配阀与GK三通阀混编在一起，或将104型分配阀GL型三通阀混编在一起，在运用中实行制动与缓解时，由于制动波速不同，致使车轮擦伤。如我公司在1992年开通从黑河至龙镇客、货混合列车（现已停运）681\682次列车，由于客、货混编，阀型非常杂，有120阀、103型分配阀、104型分配阀及GL、L、GK、三通阀。因此经常出现车轮擦伤现象。2.7防滑器性能低 由于列车速度加快，动能增大，为确保列车能在规定的距离内停车，不少新型客车安装了防滑器。防滑器的防滑依据主要是根据速度差、减速度等的变化相应地控制制动力的变化，以避免车轮滑行。在防滑系统控制下，制动机减压、保压、再减压、再保压、（或增压、保压、再增压）的交替过程完全是靠防滑系统中的微处理器控制的。列车在高速运行时该系统有较高的敏感度；而列车处在中低速时，该处理系统对速度差的敏感程度则较差，有滞后现象。因此，中低速运行的列车，尤其是低速列车，是防滑器控制处理器敏感度较差的速度段，在这个速度段动作滞后，车轮瞬间被抱死而出现短时间滑行是情理中的事，随着时间的推移和走行距离的延长，势必造成车轮踏面擦伤。 2.8始发列车作业质量低 列检所或库列检对列车始发作业时，未严格执行标准化作业，如处理制动故障车时，对车辆实行关门时未排制动缸内的压缩空气；或作业不到位，如手闸未松/制动缸杠杆系统发生故障未检查到位，使车辆抱闸运行，造成车轮擦伤。 3建议与措施 3.1应对列车制动系统的可靠性进行全面调查及检测 运用时所反映的情况表明，因制动操作不当、制动系统故障而导致的车轮擦伤故障率最高，且后果也最为严重，所以应对列车制动系统的可靠性进行全面调查检测。严格控制三通阀、分配阀、120阀定期检修质量，杜绝有质量隐患的装车使用，还须统一车辆阀型，加快对不适应车辆运用阀型的淘汰速度，在目前情况下，列车实行紧急制动后，一定要掌握缓解时间，确保全列车辆缓解到位；车辆定期检修时，对自动间隙调整器的实验，必须按规定执行，不得简化或减少实验次数，压缩实验时间。列检（库检）职工调整行程或对制动系统实行作业时，严禁改动拉杆和各杠杆的销孔位置。若发现闸调器故障，要对其实行换件检修。 3.2加强协作，提高职工素质 要求机车乘务员掌握车辆（货车）突发性故障的正确处理方法，尤其是对制动故障车辆在运行途中关门时必须排掉制动缸内的压力空气；列车制动时，机车应加入全列车制动系统，司机要正确使用制动机，电气化区段电阻制动和闸瓦制动要配合使用，建立车、机、辆联控体系，制定统一考试指标，达到减小车辆故障的目的；采取有效措施，加强职工业务知识学习，在较短的时间内，使职工素质有明显的提高，以提高作业质量，加强作业控制力度。 3.3研制高性能的防滑器 目前国内外采用的防滑器，其允许车轮滑行率多数都在20%以内，滑行范围相对较大，这样会使高速滑行的车轮踏面产生热龟裂，条形擦伤等故障。要提高防滑器的性能，就应当适当控制其滑行范围，即提高其防滑性能。日本研制的一种根据滑行率控制的防滑装置，滑行率已控制在5%以下，其防滑效果相当理想。当然，这种控制法要求防滑器运算速度快，滑行检测精度和灵敏度都比现有的防滑器有较大幅度的提高，在生产制造上有一定的难度。但为了大幅度减少车轮踏面热龟裂和条形擦伤，希望科研部门尽快研制一种高性能防滑器，以满足旅客列车提速的需要。 3.4改进转向架性能，提高曲线径向通过能力 径向转向架在改善曲线通过性能，减少轮轨滑动减少轮轨磨耗及车轮擦伤、剥离等方面均有明显效果，在提速及高速转向架的研制开发中，应尽量使之能实现径向（或准径向）的曲线通过能力，这是转向架改进与发展的一个重要趋势。 以上诸方面均可在不同程度上减少车轮的擦伤、剥离。 结束语 综上所述，尽管车轮擦伤、剥离问题解决起来难度较大，但有铁路部门的高度重视和大力支持，有一批对车轮擦伤、剥离故障进行攻关的科研人员的努力，有理由相信这一难题必将早日得以解决，以更好地为我国铁路运输的发展服务。 摘要：车轮踏面擦伤是车辆在运行之中发生的主要故障之一，危害性极大。因此，针对车轮擦伤具体情况，并对故障进行了原因分析，并制定了措施。 关键词：车轮；擦伤；分析；措施