輪緣潤滑裝置在城市軌道車輛中的應(yīng)用

張釗

（北京地鐵運(yùn)營有限公司二分公司，北京100000）

1 引言

城市內(nèi)軌道交通車輛在運(yùn)行過程中，車輪的輪緣會與軌道的側(cè)面產(chǎn)生摩擦與接觸，不僅會形成一定的阻力，還會使軌道與輪緣受到磨耗，特別是軌道車輛在曲線段運(yùn)行時，這一問題更加明顯。為了有效解決這一問題，應(yīng)對軌道車輛的車輪或軌道進(jìn)行潤滑，從而有效減少軌道與車輪之間的摩擦以及車輛運(yùn)行的阻力，還也減少動力的損耗與噪聲，降低輪軌的磨耗速度，全面提高軌道與車輪的使用期限，并進(jìn)一步減少車輛的維護(hù)成本和運(yùn)行成本。

2 研究目的、內(nèi)容與方法

2.1 研究目的

對于地鐵運(yùn)行，鋼軌和輪緣的接觸是確保其穩(wěn)定運(yùn)行的主要保障，即二者配合的狀態(tài)會直接影響車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性。所以，如何使鋼軌和輪緣達(dá)到最佳動態(tài)配合是廣大技術(shù)人員深入研究的主要內(nèi)容和目的。

相比于傳統(tǒng)的錐形踏面車輪，磨耗型車輪在性能的穩(wěn)定性方面有了質(zhì)的飛躍，但是在其實(shí)際運(yùn)行過程中依然會出現(xiàn)多種難以預(yù)測的磨耗。而如何在輪軌車輛的運(yùn)行過程中確保輪緣的穩(wěn)定狀態(tài)成為主要研究問題。另外，有效減少損耗，延長輪緣的使用壽命，并進(jìn)一步提高地鐵車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性，也是地鐵技術(shù)工作人員在多年工作中所追求的目標(biāo)。

2.2 研究內(nèi)容

本文通過對北京地鐵房山線車輪狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，得出輪緣磨損嚴(yán)重的相關(guān)資料，而后對目前常用的3 種主流輪緣潤滑方式進(jìn)行試驗(yàn)和對比[1]，尋找最佳地鐵輪緣潤滑方案，并對其進(jìn)行理論驗(yàn)證，再結(jié)合裝車試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)改造后的具體效果。

2.3 研究方法

具體研究流程為：數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和分析，潤滑裝置的選擇、安全性能的驗(yàn)證分析以及實(shí)際的效果驗(yàn)證。數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)和分析主要指的是結(jié)合先期運(yùn)行情況收集車輪狀態(tài)數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；潤滑裝置的選擇是根據(jù)國際主流潤滑形式進(jìn)行試驗(yàn)，選擇最優(yōu)潤滑方式；安全性能的驗(yàn)證分析指的是驗(yàn)證所選潤滑設(shè)備的抗沖擊性及壽命，同時，驗(yàn)證所選潤滑設(shè)備裝車后車輛安全性；實(shí)驗(yàn)效果的驗(yàn)證是對所選潤滑設(shè)備進(jìn)行裝車試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)，然后對比潤滑前后車輪磨損狀態(tài)得出結(jié)論。

北京地鐵房山線，總體長度約為21.45km，采用高架橋和地下線路混合方式進(jìn)行運(yùn)營，車輛驅(qū)動形式采用四動車兩拖車的編組形式。動車每節(jié)車廂的牽引系統(tǒng)由4 臺交流電動機(jī)組成，設(shè)計(jì)速度從80km/h 提高至100km/h。同時，房山運(yùn)營線路結(jié)合了車輛運(yùn)行速度較快，運(yùn)行線路上設(shè)計(jì)有高速彎道，線路設(shè)計(jì)坡度較大等情況，車輛在運(yùn)行時對輪緣狀態(tài)有較高的要求。

3 輪緣潤滑裝置在城市軌道車輛中的應(yīng)用

3.1 車輛輪緣磨耗分析及潤滑裝置選型規(guī)則制定

為了更加準(zhǔn)確地獲取房山線各個車組輪徑和輪緣的實(shí)際數(shù)據(jù)，需工作人員每月對車輛進(jìn)行檢修時完成數(shù)據(jù)測量，以此獲取有關(guān)房山線車輛輪緣磨耗的真實(shí)情況，對車輛的行駛狀態(tài)進(jìn)行及時調(diào)整。

房山線BJD01 型車與地鐵二分公司其他線路車輛相比輪緣平均磨耗速度是其他車輛的數(shù)倍，且垂直磨耗嚴(yán)重導(dǎo)致恢復(fù)輪緣尺寸時需要消耗的輪徑值偏高。有部分車組輪緣磨耗最快可達(dá)到1.2×10-4mm/km，另有部分車組輪緣磨耗速度超過

5×10-5mm/km。

經(jīng)過分析后，得出3 種方案：（1）潤滑油方式。優(yōu)點(diǎn)為：覆蓋率比較高，且潤滑效果好。缺點(diǎn)為：設(shè)備比較笨重，而且需要通過焊接進(jìn)行構(gòu)架，屬于永久式安裝，后期的容錯率比較低。（2）潤滑脂潤滑方式。優(yōu)點(diǎn)為：覆蓋率高、對后車潤滑效果良好。缺點(diǎn)為：無法準(zhǔn)確控制油膜的面積，制動效果不佳，實(shí)際運(yùn)行時噪聲較大，從而影響司乘人員對故障的判斷。（3）固體潤滑方式。優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)比較簡單、維護(hù)便捷、性能可靠。缺點(diǎn)為：相比于潤滑油和潤滑脂方式，其潤滑效率相對較低。房山線降低輪緣磨耗的方式需要滿足在既有線路上運(yùn)行，同時要明確其安全可靠、效果較明顯、安裝維護(hù)便捷等特性。所以，針對房山線輪緣潤滑設(shè)備的需求，應(yīng)選擇固體潤滑方式。

3.2 潤滑裝置結(jié)構(gòu)性能驗(yàn)證及裝備后車輛安全性分析

3.2.1 潤滑器的性能驗(yàn)證

驗(yàn)證機(jī)械沖擊：確保復(fù)合潤滑器在安裝與使用的過程中，可以承受從車輪位置所傳遞的單一方向的沖擊力，故應(yīng)對沖擊方向做好機(jī)械沖擊方面的驗(yàn)證。

驗(yàn)證耐久性：為了確保復(fù)合潤滑器安裝使用時在橫向、縱向、垂向上不會產(chǎn)生疲勞裂紋，故對其進(jìn)行了疲勞性耐久驗(yàn)證。

3.2.2 支架性能驗(yàn)證

驗(yàn)證機(jī)械沖擊：確保支架安裝使用過程中，可以承受由符合潤滑器所傳遞過來的單一方向的沖擊力，故應(yīng)對沖擊方向進(jìn)行機(jī)械沖擊驗(yàn)證。

驗(yàn)證耐久性：為了確保支架安裝使用時在橫向、縱向、垂向上不會產(chǎn)生疲勞裂紋，故對其進(jìn)行了疲勞性耐久試驗(yàn)。

3.2.3 設(shè)備安裝后車輛安全性驗(yàn)證

房山線的B 型盤式制動（CW6500D 型）地鐵動車加裝了棒式輪緣潤滑裝置，為了確保加裝輪緣潤滑裝置后的車輛能夠安全、平穩(wěn)的運(yùn)行，應(yīng)對該車型進(jìn)行了動力學(xué)性能分析計(jì)算及參數(shù)優(yōu)化。主要驗(yàn)證的內(nèi)容如下：（1）車輛模型的標(biāo)定與軌道激繞的輸入；（2）車輛動力學(xué)性能計(jì)算方法和評定；（3）車輛運(yùn)動穩(wěn)定性（臨界速度）及平穩(wěn)性（平穩(wěn)指標(biāo)）；（4）車輛曲線通過能力；（5）車輛自振頻率及軸重轉(zhuǎn)移驗(yàn)證；（6）車輪磨耗后運(yùn)動穩(wěn)定性（臨界速度）及平穩(wěn)性（平穩(wěn)指標(biāo)）；（7）車輛磨耗后曲線通過能力。

4 輪緣潤滑裝置裝車后效果驗(yàn)證

通過對北京地鐵房山線的B 型盤式制動列車進(jìn)行的安全性能分析得出結(jié)論如下：新造車整體在各式載荷工況下，動車、拖車臨界速度均遠(yuǎn)超線路設(shè)計(jì)值，能夠滿足100～140km/h 速度級別的要求，且有足夠的余量；在140km/h 的速度界限內(nèi)，列車水平方向和垂直方向的穩(wěn)定性指標(biāo)均小于判定值；依據(jù)所驗(yàn)證的速度，通過不同半徑彎道時車輪與車軸的橫向力均小于臨界值，脫軌系數(shù)、輪重減載率和傾覆系數(shù)也都處在安全界限內(nèi)。

驗(yàn)證結(jié)果表明，北京地鐵房山線的B 型盤式制動地鐵動車、拖車在加裝輪緣潤滑裝置后的各項(xiàng)動力學(xué)指標(biāo)均符合GB/T 5599—2019《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》中的規(guī)定，且具有足夠的蛇行穩(wěn)定性，能夠滿足線路正常運(yùn)行速度的要求。

5 輪緣潤滑裝置在城市軌道車輛上應(yīng)用的優(yōu)勢

經(jīng)分析，輪緣潤滑裝置對降低本車組輪緣磨耗以及未安裝潤滑裝置車組的輪緣磨耗都起到了作用，對改善輪軌關(guān)系提高運(yùn)行穩(wěn)定性都有顯著的效果。在安裝輪緣潤滑裝置后加裝潤滑設(shè)備與未加裝潤滑設(shè)備的列車在空載和額定負(fù)載條件下，牽引制動性能及運(yùn)行穩(wěn)定性均無異常，整車牽引制動性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定。同時，安裝后，車輪輪緣的磨耗速度降低了2/3，有效減少了車輛的檢修與維護(hù)費(fèi)用和工作量，確保了車輛運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，通過輪緣潤滑裝置可以有效降低地鐵輪緣磨耗，確保鋼軌和車輪之間可以保持穩(wěn)定的關(guān)系，從而提高輪餅的更換周期，降低檢修和維修成本，充分表明在未來的城市軌道交通行業(yè)中，輪緣潤滑技術(shù)應(yīng)用的重要價(jià)值與重要意義。