南京地鐵列車車輪踏面非正常磨耗初析論文

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1、南京地鐵列車車輪踏面非正常磨耗初析論文.freelm。據(jù)測量的帶有溝狀磨耗的踏面輪廓線.深度可達2~3mm。為了及時弄清磨耗的成因,分析非正常磨耗對列車運行的安全影響,南京地鐵公司及時組織專家進行會診,成立專題小組,制定了全面而深入的排查方案。1調(diào)研方案一般車輪踏面磨損的主要原因:一是輪軌接觸磨損;二是制動閘瓦與踏面的滑動磨損。輪軌接觸磨損又以在踏面的不同區(qū)域滑動程度不同分為滑動摩擦磨損和滾動疲勞傷損。滑動摩擦磨損發(fā)生在輪緣部位,與車輛的曲線通過性能有關;而滾動疲勞發(fā)生在踏面部位,以橫向裂紋、剝離形式出現(xiàn)。當輪軌接觸應力過大時,還會發(fā)生接觸塑性流動磨損1-2。

2、氣制動引起的磨損往往與氣制動壓力、氣制動的施加程度、氣制動作用時的相對運動速度、閘瓦物理特性和踏面的物理特性等因素有關。根據(jù)動車踏面無類似于拖車踏面的溝狀磨耗這一現(xiàn)象,初步將研究重點放在氣制動對踏面的磨損上,同時也對輪軌接觸進行調(diào)研分析。對于道岔上的溝狀磨損主要以測量和輪軌幾何接觸分析為主。因為沒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,輪軌接觸分析,閘瓦特性試驗,氣制動作用調(diào)研和輪軌表面硬度測試等。首期測試項目有:①輪軌材質(zhì)硬度和成份分析;②閘瓦的成份測試和閘瓦的物理特性試驗;③拖車和

3、動車踏面外形的測量和輪軌幾何匹配模擬;④測量踏面及鋼軌的表面硬度及輪軌接觸應力分析;⑤測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氣電制動的分配比率及制動壓力等。2主要測量結果及分析委托上海材料研究所檢測中心對輪軌材質(zhì)進行檢測,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。圖3和圖4為鋼軌的硬度分布圖,可見鋼軌的硬度分布也正常。對線路上的鋼軌也進行了表面硬度測試,測試結果表明,曲線外軌頂面硬度較高可

4、達300~310HB左右;軌頭圓角處硬度較低,為260HB;軌頭內(nèi)側面較高,為350HB左右。而曲線內(nèi)軌頂面硬度均比外軌頂面高,可達330~350HB左右。圖5和圖6為拖車和動車踏面的表面硬度測試結果。由圖5可見,第1測點在輪緣角附近,平均硬度為378HB;第2測點位于一較扁平的下凹的槽內(nèi),平均硬度為336HB;第3測點在一凸起的表面上,平均硬度為379HB;第4測點在另一下凹的表面上,平均硬度為318HB。可見第二測點和第四測點的硬度低,都處于下凹的磨耗處。由圖6可見,動車踏面上各測點的平均硬度自左到右分別為411HB、370HB、356HB和320HB。輪

5、緣角附近的硬度最大,達411HB,然后呈逐點下降的趨勢。被分析閘瓦由德國BECORIT公司制造,編號802D0C1A/C5391213/K3023604,表面有與踏面外形吻合的槽型磨耗。對比試驗的閘瓦為上海軌道交通1、2號線使用的國產(chǎn)閘瓦。測試了閘瓦的摩擦系數(shù)、沖擊強度、彎曲強度、洛氏硬度和密度,物理機械性能測試表明:BECORIT閘瓦的沖擊強度較低,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。熱失重試驗結果顯示:BECORIT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%?？梢夿E

6、CORIT閘瓦的失重比較大。能譜分析的結果表明:BECORIT閘瓦中氧元素的含量很大,說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為一拖車輪對的左右輪子踏面的外形:輪緣磨耗很小,但踏面上已有可見的凹槽兩條;兩條之間是一個10mm左右寬度的凸起環(huán),位于橫向坐標+20mm處;左右輪踏面外形的磨損規(guī)律一致。圖8為該拖車踏面外形與一動車踏面外形的比較,拖車踏面外形有兩處明顯下凹。圖9為實測的帶凹槽磨耗的拖車輪踏面外形與未磨耗的60kg/m鋼軌的接觸情況,輪對的橫移量的變化范圍為±10mm,計算步長為1mm,顯示標記步長為2mm。

7、可見當輪對的橫移量小于+5mm時,輪軌接觸點位于踏面中部凹槽的左側,軌頭上的接觸點位于軌頭內(nèi)側(左側),凹槽處無接觸可能,當輪對橫移量大于+5~+10mm時,輪軌接觸點位于前面提到的10mm左右寬度的凸起環(huán)處,該凸起環(huán)的外側(右邊)與鋼軌無接觸點。因此一旦產(chǎn)生凹槽磨耗,該處就不會與鋼軌接觸。為了說明起始時凹槽為什么產(chǎn)生在這里,計算了未磨耗的LM型踏面外形與未磨耗的60kg/m鋼軌的接觸情況,如圖10所示,當輪對橫移量為±4mm變化時,踏面上的接觸點的變化范圍僅10~15mm左右,在鋼軌上的對應接觸點的變化范圍僅10mm,且偏向內(nèi)側。當輪對的橫移量為-8mm時,

8、接觸點移至輪緣根部。當輪對的橫移量小于