车辆轮对及其磨耗

轮对是地铁车辆走行部中重要的部件之一，由于其承受较大的静载荷和动载荷，要求各组成部件要有足够的强度和安全系数。随着轮轨技术的迅速发展，加上轮轨硬度的合理匹配，整体辗钢轮已在地铁车辆中普遍使用。整体辗钢轮取消了传统可镶装的轮箍，即轮箍与轮心一体，具有高强度、高硬度和良好的耐磨和耐热性能，但由于没有轮箍，轮径到限，必须整体更换轮心。车辆通过曲线是靠轮对进行导向的，曲线越多半径越小，轮对的轮缘与钢轨接触越多，轮缘磨损就越严重。地铁线路的设计受到城市地形、地质、地下管线，建筑分布以及施工条件、交通便利等因素的制约，因此存在不少小半径曲线。

地铁车辆使用的整体辗钢轮规定，新轮轮径为840mm，到限为770mm。另外，交流传动的动力车对各车轮的轮径差规定严格，同轴的两轮直径之差不超过1mm，同一动车转向架各轮径差不超过2mm，同一节车各轮径差不超过4mm，轮缘厚度为32~26mm，其踏面质量对运行的平稳性、安全性关系重大。如1对轮对的踏面刺离或轮缘到限，就要采用不落轮镟车床加工1节车的轮子，每次单边切削量达25mm。根据此切削量来推算，新轮Z多镟轮加工3次就到限，一旦到限必须分解转向架，轮对送厂更换轮饼。花费了大量人力和费用不用说，对于1个车辆段来说，车辆检修停时保证是正常运营的关键，而超大修程必然造成检修停时延长，车辆利用率降低，车辆使用紧张，同时也造成轮对的备品周转困难，1辆6节编组地铁车辆有24对轮子，更换时需较多的轮对备品。一旦备品供应不上，车辆就处于待修状态，无法正常上线，而且还造成车库股道使用紧张。检修停时与备品周转对于车辆段来说是至关重要的，检修是有时效性的，故障车必须按计划抢修出库，只有这样才能使安全、质量、场地、运用得到有序可控。

现在铁路机务段DF4D、DF11、DF11G机车检修时常碰到因轮径到限造成整体辗钢轮备品跟不上，甚至连厂家都来不及供应。一些地铁运营公司，在曲线半径小的线路上已经碰到轮缘加工的问题。同时轨道和轮子是1对摩擦副，减少轮缘的磨损还要考虑钢轨的磨耗，如果钢轨磨损到限而更换，在经济上也是一次很大的投入。为了解决轮緣和钢轨的磨耗问题，确保轮对1个厂修期(12年左右)的使用寿命，在地铁车辆加装轮缘润滑系统，减少轮缘磨耗是必要的。

轮缘润滑系统的工作原理

轮缘润滑系统分单线、双线两种。图1所示油气混合后直接进入喷嘴，称它为单线。图2所示，每个喷头都要接单独的油管和气管，每个喷嘴前都需要1个连接块，这里称它为双线。

双线润滑系统由控制器、电控阀、油脂罐、喷嘴组成，经电控阀的压缩空气分两路输出，一路经脂罐、喷头进脂口将定量油脂压人喷头；另一路压缩空气进入喷头进气口，将喷头内的油脂雾化从喷嘴喷出。该型润滑系统在铁路机车上广泛使用，如华宝型(HB) 装置，该系统是利用机车风源将储脂罐内的JH型专用石墨润滑脂经喷头间断地喷射到轮缘根部，以达到减少车辆轮缘与钢轨之间有害磨损。电控器是实现该系统自动控制的关键部件，HB-2型可在电控器上设定2次喷油之间走行的距离，每次喷油时间为2s。2000年，铁科院金化所设计开发了一种能够控制轮轨润滑系统实现自动定时喷脂控制装置(新的HB-3型轮轨润滑装置)。该电控器实现系统的定时喷脂模式，利用机车车载地面数据提供的线路断面信息，开发了相应软件，能够与弯道传感器配套使用，更能够实现多种润滑形式，具备弯道智能化加量润滑功能。它可以正确识别线路断面(直线、左、右弯道)，对直线和曲线采用不同的喷脂控制模式，通过上述措施，可以使机车车辆通过曲线时保持更加合理的润滑状态，进一步减少轮缘磨耗，也可减少曲线地段钢轨磨耗。另外，在HB-2型基础上加装了分水过滤器，降低了喷头及电空阀的故障率；设计了新型油脂罐，提高了安装可靠性。

图1所示单线轮缘润滑系统由气动泵、空气电磁阀、油气分配器、喷嘴和控制装置组成。气动柱塞泵通过车辆的压缩空气将润滑剂打人油气混合块，润滑剂和压缩空气在油气混合块中混合，借助压缩空气的作用，经分配器分配供送到喷嘴，直接喷射到轮缘上(图3)。

随着车辆行驶速度的提高，轮缘周边产生的离心力使润滑膜增厚，润滑剂在离心力作用下极易甩出。试验表明当颗粒直径大于0.4mm，离心力会使润滑剂飞溅。如果润滑系统喷射速度高，颗粒直径小，那么润滑剂并不会飞溅开来。避免润滑剂的飞溅，不仅使润滑剂的消耗小，同时又避免了润滑剂对车辆和沿线的污染。在德国联邦铁路局的试验表明，喷射出来的润滑剂的颗粒直径小于0.4 mm车辆行驶速度达到300km/h时，连续喷射40次也没有发现钢轨上有多余的润滑剂。另外车轮和钢轨之间的表面压力极高，润滑剂的耐压性能必须要好，在润滑剂中必须含有较高比例的固体极压添加?，如精细的石墨等。在单线润滑系统中，泵和喷嘴之间的中间管道大约含有10%的润滑剂和90%的压缩空气，这样的比例使压缩空气在喷射过程中能够对润滑剂形成精细油膜层。在压缩空气的作用下，添加高比例耐压固体颗粒的润滑剂，以150~ 200m/s的高速度喷到轮缘上，用以保证车辆在高速行驶的状态下，喷射出的润滑剂能突破车轮周围的空气流和行车风而精细地覆盖在车辆轮缘上。喷到轮缘上的油膜层的厚度达到0.001mm，宽度为10~ 15mm，10~ 30mm³的润滑剂量在数秒钟内以Z精细的颗粒喷在轮缘上。如气动泵采用定量泵，喷射时间越长，颖粒越精细，但压缩空气容量有限，因此喷射不是连续的，而是每隔一段时间喷射1次，每次持续6~ 10s的时间。润滑剂的喷射间隔可以取决于时间，也可取决于行驶距离；车辆处于弯道时可以采用弯道传感器或车载地面数据系统来提供弯道的位置，此时适当加大曲线外侧轮缘的喷射剂量。当车辆时速低于某值时停止工作，确保车辆在靠站或停车时润滑系统不工作。

随着自动化程度提高，润滑系统的控制器已经以微处理器为基础，以距离、速度、曲线或任何的组合为基础将润滑周期Z佳化。通过程序编人可以在喷砂、刹车和低速操作期间避免润滑。当机车在弯道中，曲线感应器能感应到，并增加对弯道外侧的车轮的润滑。

我国铁路系统研制出一种轮轨固体润滑装置，该装置由轮轨固体润滑棒和润滑棒承载固定机构组成，具有运用成本低、减少机车轮缘磨耗、可提高机车动轮踏面的贴合稳定性、安装使用维修保养方便、污染小等特点，能满足铁路机车运用的要求。济南西机务段在NDS机车上使用重力式轮缘干式润滑装置，经过6年的运用情况表明，重力式轮缘固体(干式)润滑装置设计简单可靠、无维修、易管理、成本低，干式润滑剂具有附着力强、易成膜、抗极压、长效性好，减磨效果非常突出，轮缘磨耗率由0.37mm/万km下降到0.18mm/万km。

采用轮缘润滑系统的效果

轮缘润滑系统小巧简单、经济收益大。

(1)轮缘磨损大大减少，极大延长了车轮和轨道的使用寿命。德国联邦铁路局技术中心经过调研发现，在实际应用中，在1条弯道较多的线路上，以往机车车轮在下一次修磨周期到来之前能够行驶的距离仅有1万-2万km，而在安装使用了轮缘润滑设备后，同样的线路条件下，这个距离可以增加到10万~20万km。目前，在使用了性能优良的轮缘润滑设备后，在下一次修磨周期到来之前，机车行驶的距离已经达到40万km甚至更多。

(2) 降低了噪声，特别在弯道和道岔上。车辆行驶时的噪声以往能达到100dB,在弯道和隧道中行驶时甚至更高;而地铁在城市或居民区中穿行，噪声直接影响乘客的舒适度，并打扰沿线居民。采用性能优良的轮缘润滑系统，在减轻车轮及轨道之间磨损的同时还降低了噪声。在匈牙利布达佩斯的测量结果表明，采用性能优良的轮緣润滑系统后，噪声值降低了30dB，减弱了原来车辆运行时吱吱刺耳的噪声，也避免了转弯时在车轮和轨道之间蹭出火花。

(3)减少运行阻力，降低了列车脱轨概率。轮缘、钢轨角摩擦力过大易导致列车车轮出现攀爬出轨。采用轮缘润滑后钢轨角粗糙度降低，摩擦阻力减少。

(4)现在轮缘润滑系统使用的润滑剂一般是生物可降解的合成油，是流动性的脂类，另外在合成油中填加高比例固体颗粒成份，如石墨二硫化钥铝粉等，可显著改善轮缘的抗磨损性能，不会增加环境污染。

（来源：轨道科技网）