轨道工程车辆车轮踏面擦伤问题分析及预防措施

(宝鸡中车时代工程机械有限公司株洲分公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

轨道工程车辆运行时，当线路钢轨黏着不佳时进行紧急制动，容易出现闸瓦抱死车轮现象，造成车轮相对轨面打滑，从而造成车轮踏面擦伤。车轮踏面擦伤或剥离后，使车轮不能正常的在钢轨上运行，加大车轮振动和冲击；由于擦伤或剥离后使车轮振动加剧，直接会影响轴承内滚子与滚道的正常运行，极易造成轴承故障；车辆踏面擦伤、剥离后都会使踏面局部凹陷，致使车辆在运用中出现周期性的上下振动。

1 车轮踏面擦伤原因分析

1.1 车轮踏面擦伤损伤过程和原理

车辆运行过程中，因突发情况车辆需要进行紧急制动，制动过程中因线路、外部环境条件、制动力及闸瓦摩擦系数影响，车辆容易出现车轮抱死现象，车轮抱死后，车轮踏面与钢轨之间进行打滑，车轮打滑过程中，因车轮未转动，车轮踏面的某个固定点一直与轨道进行摩擦，造成局部温度急剧上升，将车轮踏面局部融化，再进过钢轨的导热，车轮踏面融化点又急剧降温，造成踏面局部产生马氏体组织，马氏体具有硬而淬的特点，在车辆运行过程中，容易从车轮上脱落，造成车轮踏面不平，这就是车轮踏面擦伤后损伤过程和原理。

1.2 DGY470车轮踏面擦伤原因分析

以DGY470内燃轨道车为例，轨道车辆制动过程属非匀速运动，加速度为变量，当速度间隔取得足够小时，加速度趋于常量，制动计算以此为基础，进行Matlab迭代编程计算，具体计算过程如下。

以单车为例在制动计算中，制动距离Sz为制动空走距离Sk和有效制动距离Se之和，即：Sz=Sk+Se；制动时间tz等于制动空走时间tk与有效制动时间te之和，即：tz=tk+te。依据《列车牵引计算规程》对于单车，制动空走时间均按紧急制动tk=2.5 s计算，那么Sk=v0·tk，v0为制动初速度。其他变量的计算如下。

(1)

式(1)中：v1、v2—制动时速度间隔的初速度和终速度，km/h

a为 [v2，v1]速度微区间内的制动减速度，即在微区间内为匀减速运动，m/s2

某时刻速度为v时的实时制动减速度a，由制动力B(kN)和运行阻力Fr(kN)产生，即

(2)

其中，G(t)为车辆整备重量，另两个参数具体如下：

(3)

μZ为制动黏着系数，其计算公式依据《列车牵引计算规程》如下:

(4)

紧急制动时的闸瓦制动力与黏着制动力计算：通过上述计算方法，应用MATLAB计算程序，选定轨道车以初速度v0=80 km/h在平直道运行时实施紧急制动，紧急制动时的闸瓦制动力与黏着制动力，具体结果见图1。

当黏着总制动力大于闸瓦制动力时，车轮不会打滑，不会出现车轮擦伤现象，当黏着总制动力小于闸瓦总制动力时，会出现车轮抱死现象，造成车轮踏面擦伤。根据以上仿真结果，车辆在湿滑轨面运行时，闸瓦总制动力大于黏着制动力，将会有打滑的风险。

图1 紧急制动时的闸瓦制动力与黏着制动力

2 车轮踏面擦伤预防措施

2.1 降低闸瓦制动力

通过计算，合理选配单元制动器的制动倍率及闸瓦的摩擦系数，在满足制动距离要求的前提下，闸瓦的制动力越小越好，可以降低车轮擦伤风险。

2.2 提高钢轨轨面黏着系数

通过定期对钢轨表面进行打磨，消除钢轨表面的损伤，清除钢轨表面油污、铁锈、污迹，来提高钢轨轨面黏着系统，进而提高轨道车黏着制动力。

2.3 增加撒砂装置

通过增加撒砂装置，车辆发生紧急制动时，能进行自动撒砂，可以提高钢轨表面黏着系数。

2.4 增加电子防滑系统

通过增加电子防滑系统，当车辆运行过程中出现车轮抱死时，电子防滑系统可以避免车轮打滑。

3 结语

车轮踏面擦伤会给车辆、轨道带来系列危害，应采取措施规避擦轮风险。擦轮的原理是轮轨黏着总制动力小于闸瓦总制动力，造成车轮抱死擦伤，采取提高线路黏着系数、选择合适的制动减速度等方式可有效规避擦轮风险。