干式轮缘润滑器对地铁车辆车轮保护效果的研究

臧 磊

(天津市地下铁道运营有限公司，300222，天津//工程师)

轮对是地铁车辆构架上的重要部件之一，其踏面和轮缘的磨耗对地铁车辆的安全行驶、乘坐舒适性及钢轨的使用寿命都有重要影响[1-3]。目前，天津地铁3号线使用进口干式轮缘润滑器对车轮轮缘进行保护，通过对比试验反映其保护效果，利用测量数据对三种不同轮缘厚度的磨耗速率进行比较。

1 天津地铁3号线车轮型面普查

本次试验采用 Miniprof 踏面外形测量装置对车轮踏面磨耗进行测量。为了便于分析，车轮编号按左、右轮的方式命名。命名方式为：从6车往1车方向看，左侧车轮为左轮，右侧车轮为右轮。例如，车轮编号“1-1L”表示1车1轴左轮，车轮编号“2-3R”表示2车3轴右轮。其中1、4、6车为拖车，2、3、5车为动车。1车轮缘润滑器安装在1轴，5车安装在2轴，6车安装在4轴，2～4车安装在3轴，如图1所示。

天津地铁 3号线27列车均为标准B型车，由于前期闸瓦问题导致踏面产生沟槽，使用LM32和LM30的模板对车轮进行过镟修，LM32与LM30的模板踏面形状基本相同，只是在轮缘厚度上有所差别(如图2所示)。故目前天津地铁3号线车轮踏面形式分为LM32踏面的动车、LM32踏面的拖车及LM30踏面的拖车三种。

图3为实测整列6节车车轮型面外形及磨耗量分布情况。其横坐标为型面横向位置，左侧纵坐标为型面垂向位置，坐标原点位于标准型面的名义滚动圆处，右侧纵坐标为磨耗量分布。每一个图中包含9条实线，其中粗黑实线为LM-32或LM-30标准型面，其它线为1节车8个车轮实测型面。另外，每个图还包含8条磨耗分布线。磨耗量分布是通过计算实测廓形与标准廓形的法向距离得到。图4为整列6节车踏面磨耗量和轮缘磨耗量。踏面磨耗量定义为实测廓形与标准廓形在名义滚动圆处的高度差，而轮缘磨耗量则定义为轮缘顶点往下15 mm处实测型面与标准型面的横向距离差。图5为车轮轮缘高度和轮缘厚度，轮缘高度定义为轮缘顶点和名义滚动圆处的高度差，轮缘厚度则定义为名义滚动圆往上12 mm处轮缘的厚度。

图1 车辆轮缘润滑安装位置示意图

通过对27列车车轮踏面磨耗测试结果进行分析，发现车轮磨耗主要分布在横向位置-40～60 mm范围内，其中-40～-30 mm范围主要表现为轮缘磨耗，-30～60 mm范围主要表现为踏面磨耗。部分运行里程较大的车辆在踏面尾部出现局部沟槽磨耗，系由踏面制动所造成。多数列车的1、4、6车(已镟修)踏面磨耗量和轮缘磨耗量相当，而2、3、5车(未镟修)踏面磨耗明显大于轮缘磨耗。

注：对LM32，a=32；对LM30，a=30;r代表踏面半径;单位mm

a) 1车车轮

b) 2车车轮

c) 3车车轮

d) 4车车轮

e) 5车车轮

f) 6车车轮

图3 整列6节车车轮型面外形及磨耗量分布情况

a) 车轮已镟修

b) 车轮未镟修

图4 整列6节车车轮踏面磨耗量和轮缘磨耗量分布情况

a) 车轮已镟修

b) 车轮未镟修

图5 整列6节车车轮轮缘高度和轮缘厚度分布情况

2 轮缘高度及轮缘厚度与运行里程的关系

由图6～8中踏面为LM32的动车、踏面为LM32的拖车及踏面为LM30的拖车三种磨耗情况统计结果可知：

(1) 三种情况的轮缘高度都是随运行里程的增大而增大。

(2) 踏面为LM32的动车和拖车的轮缘厚度随运行里程增加都有所下降，而踏面为LM30的拖车轮缘厚度随运行里程增加几乎不变。

a) 轮缘高度

图6 踏面为 LM32 的动车(2、3、5车)车轮轮缘高度及厚度与运行里程的关系

a) 轮缘高度

图7 踏面为LM30的拖车(1、4、6车)车轮轮缘高度及厚度与运行里程的关系

a) 轮缘高度

b) 轮缘厚度

图8 踏面为LM32的拖车(1、4、6车)车轮轮缘高度及厚度与运行里程的关系

3 拆除轮缘润滑器对车轮磨耗的影响

3.1 拆除轮缘润滑器对车轮轮缘磨耗面积速率的影响

对地铁车辆每节车8个车轮轮缘磨耗面积速率求平均值，并对踏面为LM32的动车、踏面为LM32的拖车及踏面为LM30的拖车三种情况统计轮缘磨耗面积速率。由图9～11的统计结果可知：

图9 踏面为LM32的动车轮缘磨耗面积速率

图10 踏面为LM32的拖车轮缘磨耗面积速率

图11 踏面为LM30的拖车轮缘磨耗面积速率

(1)踏面为LM32的动车车轮轮缘磨耗面积速率明显大于踏面为 LM32及LM30 的拖车。

(2)拆除轮缘润滑器后，踏面为LM32的动车轮缘磨耗面积速率都有所增加。拆除拖车轮缘润滑器比未拆除的轮缘磨耗面积速率大31%；拆除整车轮缘润滑器比未拆除的轮缘磨耗面积速率大55%；拆除整车轮缘润滑器时的轮缘磨耗面积速率比只拆除拖车情况大18%。

(3)对于踏面为LM32的拖车，拆除整车轮缘润滑器时的轮缘磨耗面积速率比只拆除拖车情况大65%。

(4)踏面为LM30的拖车轮缘润滑器拆除与否对轮缘磨耗的影响非常小。

3.2 拆除轮缘润滑器对车轮踏面磨耗速率的影响

对地铁车辆每节车8个车轮踏面磨耗速率求平均值，并对踏面为LM32的动车、踏面为LM32的拖车及踏面为LM30的拖车三种情况统计踏面磨耗速率。图12～14为踏面磨耗速率和运行里程的关系。由统计结果可知，拆除轮缘润滑器与否对踏面磨耗速率的影响非常小。

图12 踏面为LM32的动车(2、3、5车)踏面磨耗速率

图13 踏面为LM32的拖车(1、4、6车)踏面磨耗速率

图14 踏面为LM30的拖车(1、4、6车)踏面磨耗平均速率

4 结论

通过对天津地铁3号线列车车轮磨耗进行测试，并对测试结果进行统计分析后得到以下结论：

(1)车轮磨耗主要分布在横向位置-40～60 mm范围内，其中-40～-30 mm 范围主要表现为轮缘磨耗， -30～60 mm范围主要表现为踏面磨耗。多数车的1、4、6 车(镟修)踏面磨耗量和轮缘磨耗量相当，而2、3、5 车(未镟修)踏面磨耗明显大于轮缘磨耗。车轮轮缘高度随运行里程的增加呈线性增大，而踏面为 LM32 的动车和拖车的轮缘厚度随运行里程的增加略有下降，踏面为LM30的拖车的轮缘厚度随运行里程的增加几乎不变。

(2)拆除拖车轮缘润滑器(包括踏面为LM32和LM30)或拆除整车轮缘润滑器均会使踏面为LM32的动车车轮轮缘磨耗面积速率增加。拆除拖车轮缘润滑器比未拆除的轮缘磨耗面积速率大31%；拆除整车轮缘润滑器比未拆除的轮缘磨耗面积速率大55%；拆除整车轮缘润滑器时的轮缘磨耗面积速率比仅拆除拖车的轮缘磨耗面积速率大18%。

(3)对于踏面为LM32的拖车，拆除整车轮缘润滑器时的轮缘磨耗面积速率比仅拆除拖车情况大65%。

(4)踏面为 LM30 的拖车轮缘润滑器拆除与否对拖车踏面为LM30的车轮轮缘磨耗面积速率的影响非常小。

(5)拆除轮缘润滑器与否对踏面磨耗速率的影响非常小。

由上述结果可知：虽然拆除轮缘润滑器后对踏面为LM30的拖车轮缘磨耗影响不大，但是对踏面为LM32的动车轮缘磨耗影响大(拆除与否磨耗相差31%)，建议保留LM30拖车的轮缘润滑器；而拆除拖车轮缘润滑器和整车轮缘润滑器后，踏面为 LM32的动车和拖车的轮缘磨耗面积速率都有大幅度的增长，建议保留踏面为LM32车辆的轮缘润滑器。