货车轮对磨耗分布与运行安全性的关系

刘立平

（北京铁路局 丰台车辆段，北京100070）

货车轮对磨耗分布与运行安全性的关系

刘立平

（北京铁路局 丰台车辆段，北京100070）

通过对TPDS系统监测的运行安全性不良货车轮对数据及其磨耗情况研究，以及与定检到期货车的轮对数据对比，分析了在异常情况下货车轮对磨耗分布规律与运行安全性的关系。依据分析结论，从轮对磨耗的角度给出了防范和处置货车运行安全性下降风险的方法。

铁道车辆；运行安全性；轮对；磨耗

由车辆运行状态轨边监测系统（TPDS）得到的货车运行状态，与车辆运行安全性有着密切关系，TPDS运行状态积分值较高的车辆其运行安全性较差。由于轮对踏面形状为锥形结构，货车转向架在运行中会随着轮对蛇行运行产生横向摆动，在正常条件下，轮对两车轮的磨耗比较对称。如果在实际运行环境和车辆内在因素的共同作用下，轮对在运行中逐渐产生了异常磨耗，那么在轮对踏面异常磨耗到达一定程度时，就会对车辆运行的动力学性能产生显著影响。

对TPDS运行状态积分值较高车辆的轮对磨耗分布进行了统计，在普通车辆进行了对比分析，找出了影响货车运行安全的整车轮对磨耗分布规律和改进方法。

1　轮对磨耗情况

通过TPDS系统对货车轮轨横向力进行联网监测获取的积分值是评价车辆运行安全性的关键指标之一，联网积分值越高，车辆安全性越差，脱轨风险也越大。从中国铁路总公司组织的多次运行状态不良货车的分解检查结果来看，轮对异常磨耗状况出现的频率最高，而影响车辆动力学性能的轮对异常磨耗因素主要包括同轮对轮径差和车轮的轮缘及踏面廓形（以下简称车轮廓形）。

在轮径差方面，通过对38辆TPDS联网积分值较高车辆的152条轮对进行轮径检测发现，同一轮对左右车轮的轮径差ΔD（计算方法为ΔD=D左-D右，下同）绝对值大于4 m m者为46条，比例为30.3%，大于6 m m者为29条，比例为19.1%。

在车轮踏面形状方面，从上述车辆踏面磨耗后的形状分析，部分轮对踏面呈现左右不对称的异常磨耗，踏面形状严重偏离L M型踏面标准形状，车轮踏面的正常锥度被严重破坏。图1和图2分别是从C64K 4948768的2位和3位轮对采集的左右车轮廓形，其中红线代表的是左轮廓形，蓝线代表右轮。

图1　正常磨耗廓形示例（轮径差为1 m m）

图2　异常磨耗廓形示例（轮径差为9.2 m m）

2　整车轮对磨耗分布规律

2.1轮对磨耗分布

为了研究运行安全性不良车辆的整车轮对磨耗分布，在38辆TPDS联网积分值较高车辆中抽取27辆为样本，这些车辆均装用了转K2或转K6型转向架且上拉杆与现车制动系统连接结构一致（即固定杠杆支点均在现车内侧2位端）。通过统计各轴位轮径差ΔD、转向架对角磨耗H值（其中H1=ΔD1-ΔD2，H2=ΔD3-ΔD4）、前后转向架扭转磨耗（定义为T PD值，T PD=H1-H2）等参数，数据如表1所示。

其中，对确定经过临修更换的轮对，ΔD取了其他车辆在该轮位的平均值。分析表1的数据，运行状态不良货车轮对磨耗的分布反映出以下规律：

表1　运行安全性不良车辆轮径差分析表

（1）转向架对角磨耗严重。在54个转向架中H值大于5 m m者有38个，比例70.4%。导致此差值的主要因素是2位、3位轮对右侧车轮轮径相对较小。若把H值小于1 m m者近似为0，H1与H2分布为“负/正”的情况较为普遍，27辆车中有19辆，比例70.4%；“零/正”4辆，比例14.8%；“负/零”3辆，比例11.1%。

（2）前后转向架扭转磨耗严重。参数T PD值均为负值，其平均值为-11.4 m m，且T PD大于7 m m者24辆，比例88.9%。

2.2车轮廓形

对38辆TPDS联网积分值较高车辆中的24辆进行了车轮廓形采集。共有37条轮对存在与图2情况类似的车轮廓形较严重破坏，比例为38.5%；涉及31个转向架，比例为64.6%；涉及22辆车，比例为91.7%（在另两辆车中，其中一辆车的2位、3位轮对在运用中经过临修换轮，无法采集到当时的踏面磨耗情况）。

3　轮对磨耗与车辆运行安全性的关联分析

3.1轮对磨耗分布因素

理想的标准转向架4个车轮直径基本相等，经检修合格的货车转向架每条轮对左右车轮直径基本相同，但两条轮对可以存在规程限度允许范围内的轮径差。而运行安全性不良车辆，H值和T PD值却呈现出较明显不同的分布规律。表1反映的车辆轮径差均值分布情况如图3所示，即呈现转向架对角磨耗及前后转向架扭转磨耗的特点。

图3　车辆的轮径差分布

（1）转向架对角磨耗H值普遍较大反映出：在每条轮对等效纯滚线偏离轨道中心线的距离随ΔD而增大的同时，同转向架两条轮对的偏离方向与轨道中心线相反，引起车辆运行时转向架发生较大偏转，使某一轮对的冲角较大，增大轮轴横向力，并对该轮对的轮重减载率带来不利影响。

（2）前后转向架扭转磨耗T PD值参数反映出：车辆在运行时，两转向架偏转方向相反的情况较普遍，另有少数车辆是单一转向架偏转。这样，借助心盘及常接触式旁承的阻尼传递作用，车辆的横向摆动增大，从而增大了轮轴横向力，车辆运行安全性下降。

为了进一步说明轮径差ΔD对货车运行安全性的影响，随机选取了近两年厂、段修到期的10 521辆敞、棚车（装用转K2、转K6转向架的60 t及70 t级通用货车）进行轮径数据对比分析。数据显示：敞、棚等车型1～4位轮对轮径磨耗规律大体一致，小轮径车轮出现在右侧的概率较大，但在轮对左、右端的分布具有较大的离散性，见表2。在总体上，右侧车轮比左侧磨耗严重，其加权平均值ΔD=0.435 m m。

表2　通用敞、棚车轮对磨耗规律分析表　%

另外，为了对比转向架对角磨耗H值及前后转向架扭转磨耗T PD值在通用货车的分布情况，随机选取了2015年3月份段修到期的648辆敞、棚车（装用转K2、转K6型转向架的60 t及70 t级通用货车）进行轮径数据分析。统计数据显示：H值大于5 m m的转向架156个，比例12.0%；T PD值为负且绝对值大于7 m m者34辆，比例5.2%。

将这些通用车与38辆TPDS联网高值车辆进行均值对比，见表3。

表3　H值及TPD值分析表　%

从表3对比来看：运行安全性不良货车各轴位ΔD分布与运用货车中的统计规律并不一致，但H值及T PD值与之存在弱相关关系。T PD值为负且绝对值高是运用货车中的特殊情况，因此，可以作为评价货车运行安全性的关键指标之一。

3.2车轮廓形因素

理想的标准转向架4个车轮踏面均为L M型踏面原始形状，不存在踏面磨耗，从而保证轮对在线路上具有相对固定的正弦运动轨迹。出现类似图2的车轮异常磨耗时，踏面轮轨接触区相对L M型原始形状呈现较明显的凹陷，单侧甚至双侧车轮的踏面等效斜度（作为轮轨几何接触中的重要参数）被严重破坏。遇有H值及T PD值较高的情况时，轮对等效纯滚线偏离轨道中心线的距离加大，但难以通过正常的蛇行运行来调整，势必增大轮轨横向力。

由于目前尚无被普遍认可的货车车轮廓形评价参数，其影响程度还需要进一步试验和积累数据分析。尽管如此，车轮廓形的严重磨耗却与踏面圆周磨耗有着很强关联关系。以各车辆的最大车轮踏面圆周磨耗计算，22辆存在车轮廓形破坏严重轮对的车辆平均值为6.5 m m，且有4辆达到或超出轮对运用限度即8 m m。若考虑到其中有13辆车共计临修更换过18条轮对，这种关联关系实际上会更加明显。因此，在货车运用过程中及时发现踏面圆周磨耗临修故障，施以科学的分析判定和处置，就可以作为重要防范手段，减缓甚至消除车辆运行安全性恶化的趋势。

4　结束语

综上所述，当车辆在运用中TPD值不断增大时，其动力学性能就将恶化，若该车存在廓形破坏严重的车轮，该轮对轮轨横向力就会大大增加，从而增大TPDS系统评分值。

建议：

（1）在处置车轮踏面圆周磨耗过限的车辆临修故障及TPDS评分高值车辆时，规定同一轮对ΔD、同一转向架H值及车辆T PD值标准，超出标准时更换相应轮对、同转向架轮对或同车轮对。

（2）在处置车轮踏面磨耗的车辆临修故障及TPDS评分高值车辆时，新安装的轮对须经过全面旋修，以保证修复车轮廓形。

轮对异常磨耗与货车运行的安全性互为因果关系，是影响货车运行安全性诸多因素之一。受样本数量的限制，本文的分析只针对了特定主型货车。由于不同转向架和不同制动形式的车型轮对磨耗规律不同，其他车型的相关规律还需要进一步研究。

［1］ 池茂儒，张卫华，曾 京，等.轮径差对行车安全性的影响［J］.交通运输工程学报，2008，8（5）：20-21.

［2］ 刘振明.货车基础制动装置对车轮磨耗的影响［J］.铁道机车车辆，2011，31（6）：23-29.

［3］ 刘吉远，陈 雷.铁路货车轮轴技术概论［M］.北京：中国铁道出版社，2009.

Relationship of Freight Vehicle W heel-set Abrasion Distribution and Operational Safety

LIU Liping
（Fengtai Vehicle Depot，Beijing Railway Bureau，Beijing 100070，China）

A nalyzing the data and abrasion condition of the unsafely running freight vehicle w heel-set fro m TPDS m onitoring system，co m paring with the w heel-set data of regularly checked freight vehicles，the relationship between freight vehicle w heel-set abrasion distribution and running safety is analyzed.Fro m the conclusions，the method to avoid the running risk of the freight vehicle is proposed based on w heel-set abrasion condition.

railway vehicles；operational safety；w heel-set abrasion

U272

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.29

1008-7842（2015）05-0119-04

刘立平（1972—）男，高级工程师（2015-05-10）