南京地鐵列車(chē)車(chē)輪踏面非正常磨耗初析

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1、南京地鐵列車(chē)車(chē)輪踏面非正常磨耗初析摘　要　研究了南京地鐵列車(chē)車(chē)輪踏面非正常溝狀磨耗的成因。對(duì)車(chē)輪、鋼軌的外形、材質(zhì)和硬度等進(jìn)行了測(cè)試,分析了輪軌接觸和制動(dòng)磨損的影響,提出了溝狀磨耗的原因。測(cè)試結(jié)果分析表明,該地鐵車(chē)輛拖車(chē)輪踏面上的凹槽磨耗主要是由于在制動(dòng)施加頻度過(guò)高、輪軌接觸又不均勻的內(nèi)因作用下產(chǎn)生的。關(guān)鍵詞　地鐵車(chē)輛,輪軌磨耗,踏面磨耗,制動(dòng)0引言南京地鐵自2005年9月開(kāi)通運(yùn)行以來(lái),發(fā)現(xiàn)輪軌磨耗嚴(yán)重,如:拖車(chē)車(chē)輪踏面上出現(xiàn)有規(guī)律的溝狀磨耗,道岔叉心上出現(xiàn)溝狀磨損,輪緣和曲線鋼軌側(cè)磨等。根據(jù)初步觀察認(rèn)為,踏面上的溝狀磨耗和道岔叉心上出現(xiàn)溝狀磨損與其它地鐵系統(tǒng)相比有明顯的獨(dú)

2、特性。因此重點(diǎn)對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行研究分析。踏面上的溝狀磨耗照片如圖1所示。踏面上較深色的部位是溝狀磨耗區(qū)域,可見(jiàn)一條位于滾動(dòng)圓附近,另一條位于踏面外側(cè)。道岔叉心溝狀磨耗的照片如圖2所示,位于左側(cè)軌頂上,長(zhǎng)度約70~80mm。據(jù)測(cè)量的帶有溝狀磨耗的踏面輪廓線.深度可達(dá)2~3mm。為了及時(shí)弄清磨耗的成因,分析非正常磨耗對(duì)列車(chē)運(yùn)行的安全影響,南京地鐵公司及時(shí)組織專(zhuān)家進(jìn)行會(huì)診,成立專(zhuān)題小組,制定了全面而深入的排查方案。1調(diào)研方案一般車(chē)輪踏面磨損的主要原因:一是輪軌接觸磨損;二是制動(dòng)閘瓦與踏面的滑動(dòng)磨損。輪軌接觸磨損又以在踏面的不同區(qū)域滑動(dòng)程度不同分為滑動(dòng)摩擦磨損和滾動(dòng)疲勞傷損。滑動(dòng)摩

3、擦磨損發(fā)生在輪緣部位,與車(chē)輛的曲線通過(guò)性能有關(guān);而滾動(dòng)疲勞發(fā)生在踏面部位,以橫向裂紋、剝離形式出現(xiàn)。當(dāng)輪軌接觸應(yīng)力過(guò)大時(shí),還會(huì)發(fā)生接觸塑性流動(dòng)磨損[1-2]。氣制動(dòng)引起的磨損往往與氣制動(dòng)壓力、氣制動(dòng)的施加程度、氣制動(dòng)作用時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、閘瓦物理特性和踏面的物理特性等因素有關(guān)。根據(jù)動(dòng)車(chē)踏面無(wú)類(lèi)似于拖車(chē)踏面的溝狀磨耗這一現(xiàn)象,初步將研究重點(diǎn)放在氣制動(dòng)對(duì)踏面的磨損上,同時(shí)也對(duì)輪軌接觸進(jìn)行調(diào)研分析。對(duì)于道岔上的溝狀磨損主要以測(cè)量和輪軌幾何接觸分析為主。因?yàn)闆](méi)有其它物體與道岔頂面接觸的可能性,唯一的可能性就是輪軌的接觸引起。根據(jù)以上分析,制定了初步調(diào)研范圍為:輪軌材質(zhì)分析,輪軌接觸

4、分析,閘瓦特性試驗(yàn),氣制動(dòng)作用調(diào)研和輪軌表面硬度測(cè)試等。首期測(cè)試項(xiàng)目有:①輪軌材質(zhì)硬度和成份分析;②閘瓦的成份測(cè)試和閘瓦的物理特性試驗(yàn);③拖車(chē)和動(dòng)車(chē)踏面外形的測(cè)量和輪軌幾何匹配模擬;④測(cè)量踏面及鋼軌的表面硬度及輪軌接觸應(yīng)力分析;⑤測(cè)量不同踏面及鋼軌的磨損外形及與道岔的幾何匹配分析;⑥氣電制動(dòng)的分配比率及制動(dòng)壓力等。2主要測(cè)量結(jié)果及分析委托上海材料研究所檢測(cè)中心對(duì)輪軌材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè),50kg/m和60kg/m鋼軌樣本的材質(zhì)元素成分含量符合表稱值范圍;輪子樣本(CL60)材質(zhì)的元素也基本符合表稱要求,僅鉻(Cr)元素的含量為0.090%(表稱值為0.13%~0.23%),略低了些

5、。圖3和圖4為鋼軌的硬度分布圖,可見(jiàn)鋼軌的硬度分布也正常。對(duì)線路上的鋼軌也進(jìn)行了表面硬度測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,曲線外軌頂面硬度較高可達(dá)300~310HB左右;軌頭圓角處硬度較低,為260HB;軌頭內(nèi)側(cè)面較高,為350HB左右。而曲線內(nèi)軌頂面硬度均比外軌頂面高,可達(dá)330~350HB左右。圖5和圖6為拖車(chē)和動(dòng)車(chē)踏面的表面硬度測(cè)試結(jié)果。由圖5可見(jiàn),第1測(cè)點(diǎn)在輪緣角附近,平均硬度為378HB;第2測(cè)點(diǎn)位于一較扁平的下凹的槽內(nèi),平均硬度為336HB;第3測(cè)點(diǎn)在一凸起的表面上,平均硬度為379HB;第4測(cè)點(diǎn)在另一下凹的表面上,平均硬度為318HB?？梢?jiàn)第二測(cè)點(diǎn)和第四測(cè)點(diǎn)的硬度低,都處于

6、下凹的磨耗處。由圖6可見(jiàn),動(dòng)車(chē)踏面上各測(cè)點(diǎn)的平均硬度自左到右分別為411HB、370HB、356HB和320HB。輪緣角附近的硬度最大,達(dá)411HB,然后呈逐點(diǎn)下降的趨勢(shì)。被分析閘瓦由德國(guó)BECORIT公司制造,編號(hào)802D0C1A/C5391213/K3023604,表面有與踏面外形吻合的槽型磨耗。對(duì)比試驗(yàn)的閘瓦為上海軌道交通1、2號(hào)線使用的國(guó)產(chǎn)閘瓦。測(cè)試了閘瓦的摩擦系數(shù)、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、洛氏硬度和密度,物理機(jī)械性能測(cè)試表明:BECORIT閘瓦的沖擊強(qiáng)度較低,摩擦系數(shù)變化范圍略大,硬度與密度略低一些。微觀分析包括熱失重、能譜分析和電鏡掃描。熱失重試驗(yàn)結(jié)果顯示:BECO

7、RIT閘瓦高溫分解后的失重比為63.26%,而MS-510閘瓦高溫分解后的失重比為21.8%。可見(jiàn)BECORIT閘瓦的失重比較大。能譜分析的結(jié)果表明:BECORIT閘瓦中氧元素的含量很大,說(shuō)明材料中有大量的金屬氧化物,可能是氧化鎂;而MS-510閘瓦含氧少,且不含鎂。圖7為一拖車(chē)輪對(duì)的左右輪子踏面的外形:輪緣磨耗很小,但踏面上已有可見(jiàn)的凹槽兩條;兩條之間是一個(gè)10mm左右寬度的凸起環(huán),位于橫向坐標(biāo)+20mm處;左右輪踏面外形的磨損規(guī)律一致。圖8為該拖車(chē)踏面外形與一動(dòng)車(chē)踏面外形的比較,拖車(chē)踏面外形有兩處明顯下凹?！　?/p>