铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损情况及与节能降耗分析

摘 要：近年来，出行事故时常发生，出行安全问题逐渐备受多方关注，作为出行主要方式的铁路运输方式的安全运行自然显得尤为重要。由于铁道机车运行基础是车轮和轨道，所以在二者相互作用时极易因不断摩擦而产生磨损情况，最终引发相关事故，对此，本文进行了相关研究与分析，并提出了相关节能减耗措施，望对相关机车运行过程提供帮助。

关键词：铁道机车车辆轮轨；摩擦磨损情况；节能降耗

铁道运输得以顺利进行主要依赖于铁路轨道和车辆车轮之间的黏着制动力和黏着牵引力，但是在实际的运行过程中常常因二者之间的相互摩擦而造成两者损坏现象，一旦轮轨损坏后不仅会消耗大量的能源和能量，还会浪费很多的维修资金[1]。为了进一步降低这种磨损情况，本文针对性的进行了轮轨摩擦现象的分析，并在节能理念下提出了节能措施，现将研究分析内容论述如下。

1 摩擦与轮轨磨耗之间的关系

轮轨之间具有一定的摩擦，二者在相互作用时会形成一定的相对运动和接触压强。长期的磨损会消耗大量的能源，而消耗能源的用量则与轮轨之间的摩擦情况直接相关。除此之外，磨耗还与运动率和接触压强密切相关。同运动率、接触压强和摩擦系数之间呈正相关。而期间产生的材料消耗情况则是多种因素共同作用的结果。磨损具有一定的发展模式，多由轻微摩擦转变为严重磨损，所以必须在日常加强对轮轨的检修和维护，这样才能进一步延长轮轨的使用时间。为了有效的降低磨损，可以选用硬度较高的材料，也可以对运动率、接触压强等进行调整，既可以在钢轨侧面和车轮轮缘之间的接触面上增加润滑，也可以在钢轨轨顶和车轮踏面的接触面上降低摩擦，二者均能减小车轮踏面磨损，实现降低能量消耗和钢轨垂磨的目的，同时轨顶的摩擦控制还可以减缓列车通过曲线时的弯道作用力。弯道作用力的降低直接导致钢轨侧面和车轮轮缘接触面上的压强减小，进而降低轮缘和轨侧的磨损。

2 铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损情况

1.铁道机车车辆车轮的摩擦磨损情况分析

铁道机车车辆运行过程中，车轮是其主要的走行部件之一。长时间的、持久性的车轮滚动状态会导致车轮出现磨损状况，而经磨损后的车轮又会对钢轨上的踏面造成损伤。滑动也会造成踏面损伤。总结其车轮磨损形态，主要包括据轮辋疲劳裂纹、轮缘磨耗、车轮踏面剥离、热损伤以及踏面崩裂等。究其原因多为制动热应力疲劳、轮轨接触应力、夹杂物應力过于集中以及结构存在缺陷等。由于车轮存在上述多种摩擦磨损问题，所以必须时常更换车轮或者对车轮进行检修，由此产生了很多检修费用和车轮购置费用，其中还包括人工劳务费等，可以说车轮出现磨损问题后会引发一系列的多种问题。

2.铁道轨道的摩擦磨损情况

铁路钢轨磨耗现象是目前铁路磨耗现象中比较常见的问题，目前国内的铁路的路段多存在磨损状况，其中接近60%的曲线段钢轨因波磨而出现了严重损伤状况，由此引发的损失极为巨大。目前常见的轨道摩擦磨损分类主要包括波磨、侧磨、压溃、剥离等，这四种分类几乎就占据了轨道磨损总量的80%。近些年来，随着经济发展水平和人们生活水平的不断提升，铁路运输承担了更多的运输任务，由此伴生了更多了轨道摩擦磨损现象。由于轨道多由钢材构成，所以一旦经受长期磨损势必需要进行更换，这样就会增加钢材的使用量。自“十五”之后，国内的铁道钢材用量就超过了110万吨/年，这对于日益紧缺的能源来说是较大的问题。

3 轮轨节能降耗措施研究

1.润滑喷涂措施

铁道机车的轮轨在进行长期的运行中总会出现一些摩擦和磨损情况，究其原因主要是因为车辆摆角刚度较高或者是曲线半径较小从而使车轮出现磨损情况，最终降低车轮的使用寿命。对于这种现象通常情况下会采取润滑喷涂措施，润滑喷涂位置多选为轮缘同轨侧的接触面，在其上涂抹润滑剂可以有效的降低摩擦。目前常见的润滑方式有两种，一是车载干式固块润滑方式，二是车载油脂喷涂方式。下面就其具体的应用进行分析：①干式固块润滑方式。该方式作用机制主要利用的是干式固块润滑系统，这种系统安装简单、具有一定的自我调节能力。可以在设计的最初进行安装，也可以在后期进行改造安装。该系统值得注意的优点之一为不会因轮轨挤压转移相关物质到轨顶，有效的降低了污染。由于该种方式使用的是固体润滑剂，所以必须细致处理好安装比例和位置，从而增加润滑效果。可以对轮缘进行润滑处理，也可以在轨顶和车轮踏面之间进行润滑处理，其中，对车轮踏面进行润滑处理时可以利用车载自调节机械涂覆器进行。而市面上常见的水基液体摩擦调节剂也是润滑剂的一种， 可以安装在地面的道旁涂覆系统上。这种润滑剂的作用原理主要是经由机车运行带动涂覆区域的润滑剂，在反复的携带过程中为钢轨顶进行润滑，同时，挥发水分，从而在钢轨接触界面和车轮之间建立一种固体薄膜，最终目的是降低轮胎的磨损性，延长其使用寿命。②油脂喷涂方式。该方式作用的原理主要是通过油脂喷涂系统，这种润滑方式会在设计的最初就进行了合理安装，由于油脂意流动，所以如何有效的进行精确控制是主要的问题之一。而且在该系统运行过程中极易导致油脂扩散到钢轨顶面，最终对机车的制动牵引造成不利影响，出现车轮打滑现象。有相关研究对这两种方式进行了对比研究，最终结果发现[2]，前者比后者更能够降低轮轨的磨损率，从而提高轮胎的使用时间。③地面道旁轨侧润滑系统。减少车轮的踏面的磨损性在一定程度上也可以降低或者说是阻止波磨的增长。所谓波磨就是一种会影响出行舒适度的一种磨损情况，其形成原因多种多样，但是经由道旁涂覆设备涂覆液体摩擦调节剂的使用后就会降低波磨现象。该系统能够对钢轨的轨角部位和轨侧涂抹润滑脂，然后保证机车在运行途中经由涂覆区域将润滑脂带入到外轨的轨侧和轨角上。有效地降低波磨的增长率降。

2.使用耐磨损的车轮踏面

车轮出现磨损情况主要有两种可能性，一是踏面出现磨损，二是轮缘出现磨损。所以今后的车轮踏面磨耗深度必须低于7毫米，而到使用轮缘高度为25毫米的磨损面时要保证其磨耗深度低于10毫米[3]。在铁路运输过程中采用磨耗型的车轮踏面廓形，有效的降低了轮轨的磨耗，降低了轮轨的接触应力，延长了轮轨使用时间。

3. 使用径向转向架

以往的机车转向架在进行设计时对曲线的设计不够规范，为了在满足牵引力的基础上顺利运行可以通过曲线设计进行优化。设置钢轨和轮胎之间的冲角，在合理范围之内尽量缩小曲线的半径，降低磨损现象。而这一过程就需要积极采用径向架。

4.做好日常的检修和维护工作

作为一个使用系统来说，要积极对轮轨进行检修和维护工作，设立专门的维护小组，及时排查问题，做好抽样检查工作，确保轮轨的顺利运行。

4 总结

近年来，铁路运输发展逐渐转为重载化和高速化，随之也增加了多种铁路运输风险和事故，就铁道机车车辆轮轨摩擦磨损情况来看，不仅降低了车轮和轨道的使用寿命，严重时还会导致火车脱轨现象，最终危及人员的生命安全。就此，本文进行了细致分析，提出了相关改善措施，并积极提出了相关节能减耗策略，力求在保障铁路运输效率的同时提升其节能性。

参考文献

[1]周新建， 卢勇， 王成国，等. 大功率机车轮轨接触应力计算分析[J]. 铁道机车车辆， 2011， 31（1）：22-26.

[2]李亨利， 潘树平， 王爱民，等. 轮轨润滑降低重载货车轮轨磨耗作用的研究[J]. 铁道机车车辆， 2012， 32（2）：39-41.

[3]康海涛. 铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗[J]. 城市建设理论研究：电子版， 2015（15）：23-35.

作者简介

唐凌（1978-），山西太原，现武汉铁路职业技术学院机车车辆学院教师，讲师，研究方向：铁道机车车辆和计算机。