地铁轮对踏面镟修经济性分析

地铁轮对踏面镟修经济性分析

崔宁

青岛地铁集团有限公司运营分公司，山东 青岛 260000

摘要：随着轨道交通的快速发展，对车辆相关设备的维保管理愈显重要。轮对作为车辆易耗件，其维修或更换的资金是地铁维保的重要支出项。因为车轮与轨道之间一直存在相互作用，所以在地铁运营中轮缘和踏面被不断磨损。踏面的磨耗直接影响列车运行平稳性和轮轨的使用寿命，需要及时对其进行镟修或者更换作业。对于轮对踏面的维修，目前都是车削加工，以恢复其几何形状。但是，通过对检修数据的分析发现，加工轮对踏面时切削掉的有用金属要比车辆运行中磨损消耗的金属量大得多，这必然造成了极大的浪费。因此，本文对轮对镟修的经济性进行重点分析，以期对节约成本做出指导。

关键词：铁；轮对踏面；镟修；

随着城市轨道交通的快速发展，对列车和铁轨等相关设备的维修保养和寿命管理提出了更高的要求。轮对作为地铁车辆的关键部件之一，对行车安全和运行稳定性起着至关重要的作用。由于地铁车辆在运行过程中导致轮对不断的磨损，应及时对其进行镟修或更换等维修保养工作，所带来的相关费用是地铁系统维修开销的重要组成部分之一。因此，对地铁车辆轮对磨耗故障预报方法和镟修策略进行研究，制定合理的镟修策略，不仅有利于及时发现轮对存在的隐患，还对延长轮对使用寿命和降低轮对维修费用具有重要的意义。

一、轮对磨耗和镟修特点

轮对是保证机车车辆在轨道上正常行驶和转向的关键部件，对车辆安全行驶和稳定运行有着十分重要的作用。轮对型面的尺寸参数包括轮缘厚度、轮缘高度和轮缘角度，以及踏面直径。车辆行驶过程中与轮轨接触所引起的轮缘和踏面的磨耗是轮对的主要失效形式。此外，闸瓦制动也是影响车轮磨耗的因素之一，尤其是对于地铁车辆这种停车时间短、停车要求准确的轨道交通车辆。当列车运行线路曲率较小时，轮对轮缘对轮轨的压力更大，从而导致轮缘发生较大磨损。通常状况下，轮缘和踏面都是逐渐磨损的，在正常轮轨匹配和轮对磨损状态下，地铁车轮的轮缘厚度磨损速率大于轮径磨损速率，且两者理论上都是递减的，但不排除由于轮径异常磨耗等原因造成轮径磨损速率大于轮缘厚度磨损速率的情况，为了确保铁道和地铁车辆的行车安全和乘坐舒适性，有关部门对轮对的型面参数、故障状况和轮径差都有严格的规定。由实际经验可知，轮对的踏面直径和轮缘厚度是维修人员利用特定的尺子不定期测量的。轮对磨耗受到速度、载荷、环境、润滑和轨道状况等诸多因素的影响，轮对镟修策略须保持轮缘厚度恢复和踏面直径损失的平衡。通过镟修恢复的轮缘厚度越多，踏面直径损失的也越多，从而使车轮由于最小踏面直径的要求必须更早更换。另一方面，镟修恢复的轮缘厚度越少，进行下次镟修的时间就越早，镟修的次数和费用将会随之增大。因此，找到最佳的策略使镟修费用最小化或车轮寿命最大化是很有必要的。

二、对磨耗形式

目前常见的车轮损伤形式主要有车轮踏面和裂纹、剥离等。这些损伤会产生振动和噪声，降低乘客乘坐的舒适度，尤其是踏面的损伤，更容易引起振动以导致车辆配件装配松动，大大降低轴承等配件的使用寿命，严重影响车辆运行速度的提高以及列车运行的安全性。

1、车轮踏面的磨损。车辆的全部载重都是经过车轮传递给钢轨，车辆运行时，轮对不断地在钢轨上滚动，车轮踏面与钢轨形成一定的摩擦副。所谓踏面的磨损，是指踏面在工作过程中，沿车轮半径方向尺寸的减小。若踏面磨损过甚，其斜度必然遭到损坏，引起车辆蛇形运动的加剧，使车辆运行平稳性特别是横向平稳性下降。

2、车轮踏面剥离和损伤。在车辆在运行过程中，车轮踏面承受着钢轨的冲击力和纵向、横向蠕滑力，在这些力的作用下，踏面表层金属即产生塑性变形，形成显微裂纹。这些裂纹经过一定速度扩展，当遇到轨缝冲击或制动时，在受闸瓦力的作用下，踏面会剥落掉离。车轮踏面的损伤和剥离都有可能造成踏面局部的凹陷或堆积，造成运行过程中轮对出现周期性跳动，不但对钢轨和车辆造成损伤，更严重影响了车辆运行的平稳性。

三、镟修经济性分析

1、车轮镟修。地铁列车镟轮时大都采用下沉式不落轮镟床，其安装在地面轨道下。在测量或镟修作业时，可省去分解轮对的工序，直接把整列车牵引到不落轮镟床工作台上。利用轴箱和轮分别进行径向和横向定位，能够明显减少辅助时间，提高工作效率。

（1）踏面剥离镟修。踏面剥离区域的材料硬度高，当圆周切向力达到一定值，鱼鳞状片就会脱落变成小凹坑。若切削深度没超过剥离底部，镟修时在受车刀圆周切向力的作用下，有可能导致整个剥离块脱落，另外高频率的刀具和剥离区材料接触摩擦，容易使刀具损坏。因此镟轮时，不但要选择主轴速度慢、进给量小、切削深度尽可能超过剥离底部等参数，还要选择高硬度和冲击韧性的刀片。镟轮时，一定要将剥离区域完全修复，否则在运行中轮对踏面会继续剥离，扩大轮对损伤，进而降低使用寿命。

（2）踏面磨损镟修。踏面受到磨损后，考虑到辗变和踏面中部存在的凹陷，轮外侧倒角和靠近外侧的踏面圆周面会有较大的余量，导致踏面磨损区随轮缘高度而扩大，因此在进行镟修时，必须考虑切削深度是否可能偏大。若在加工时，机床或刀具无法承受，则要以当前轮径的负切削深度为准，除去踏面与车轮外侧面的轮缘底部和辗变量，接着利用车轮外形模板确认切削深度。这样的处理，不但恢复了车轮外廓，同时不浪费轮径值。

2、镟修经济性分析

目前，我国地铁车辆在检修过程中，为了保证轮的使用寿命，要求将车辆恢复到新车标准，即以LM32 磨耗型轮对踏面作为标准进行镟修[1]。 地铁车辆的新车轮轮径是 840 mm，磨损下限是770 mm。对比其他检修方式，结合经济性等进行分析，最终选用等级镟修方式。以某地铁车辆镟修为例，其地铁轮径镟修的数据统计表，见表。

在正常磨耗修复的情况下，由表原有数据可知，轮缘每修复1mm，踏面直径方向将对应减少约3～4mm。据统计，轮缘的磨耗平均为0.263 mm/万 km，踏面磨耗平均为0.173mm/万km。由此可见，踏面磨耗程度明显低于轮缘磨耗，因此在镟轮时，可以选取恢复轮缘磨耗所需的切削量，用作镟轮的最终值。镟轮时，严格高标准要求其轮廓外观。地铁现有轮对基本都是以 LM32 磨耗型踏面为标准，进行镟修。若每次镟轮都要恢复 32 mm 的轮缘厚度标准，则无法兼顾经济性。如果轮缘厚度为 28 mm 的轮对以LM32 为标准进行镟修，轮径值将减少 16 mm 以上，明显不行。某地铁现有规定的磨耗型踏面为标准，采取等级修的方式进行镟轮恢复，即当轮缘厚度＜29mm时，以LM28为标准镟修；29≤轮缘厚度≤30mm时，以LM30为标准镟修，轮缘厚度≥30mm时，以LM32为标准镟修。等级修复标准的确定，很大程度上降低了踏面镟修导致的损失，原轮径值829mm，轮缘厚28mm的车轮，选用原有LM32踏面镟修，轮径减少11mm；选用等级修方式，即选用LM28踏面镟修，轮径将减少2mm左右。经统计分析，每磨耗1mm轮径将花费153.5元，相比节约近2400元，经济性有着明显的优势。

车轮踏面镟修是地铁车辆在检修过程中遇到的一个比较普遍的问题，其磨耗磨损程度直接影响着行车安全性和轮轨使用寿命。因此及时科学地选用适当的踏面镟修工艺，可以使得轮对磨耗始终处于安全限度范围内，延长使用寿命，保证列车运行安全和舒适性，同时为后续开展其他相关的工艺分析提供了借鉴经验。

参考文献：

[1]温邦.地铁车轮踏面滚动接触疲劳形成机理及对策研究[D].成都：西南交通大学，2017.

[2]周光富.地铁不落轮镟床 LM 型踏面镟修工艺的改进[J].山东工业技术，2018（3）：19.

[3]李小文.对不同磨耗的地铁车辆车轮镟修工艺分析[J].轨道交通装备与技术，2019（1）：18-20.