1、車(chē)輛輪對及其磨耗

 

輪對是地鐵車(chē)輛走行部中重要的部件之一，由于其承受較大的靜載荷和動(dòng)載荷，要求各組成部件要有足夠的強度和安全系數。隨著(zhù)輪軌技術(shù)的迅速發(fā)展，加上輪軌硬度的合理匹配，整體輾鋼輪已在地鐵車(chē)輛中普遍使用。整體輾鋼輪取消了傳統可鑲裝的輪箍，即輪箍與輪心一體，具有高強度、高硬度和良好的耐磨和耐熱性能，但由于沒(méi)有輪箍，輪徑到限，必須整體更換輪心。車(chē)輛通過(guò)曲線(xiàn)是靠輪對進(jìn)行導向的，曲線(xiàn)越多半徑越小，輪對的輪緣與鋼軌接觸越多，輪緣磨損就越嚴重。地鐵線(xiàn)路的設計受到城市地形、地質(zhì)、地下管線(xiàn)，建筑分布以及施工條件、交通便利等因素的制約，因此存在不少小半徑曲線(xiàn)。

 

地鐵車(chē)輛使用的整體輾鋼輪規定，新輪輪徑為840mm，到限為770mm。另外，交流傳動(dòng)的動(dòng)力車(chē)對各車(chē)輪的輪徑差規定嚴格，同軸的兩輪直徑之差不超過(guò)1mm，同一動(dòng)車(chē)轉向架各輪徑差不超過(guò)2 mm，同一節車(chē)各輪徑差不超過(guò)4mm，輪緣厚度為32~26mm，其踏面質(zhì)量對運行的平穩性、安全性關(guān)系重大。如1對輪對的踏面刺離或輪緣到限，就要采用不落輪鏇車(chē)床加工1節車(chē)的輪子，每次單邊切削量達25 mm。根據此切削量來(lái)推算，新輪最多鏇輪加工3次就到限，一旦到限必須分解轉向架，輪對送廠(chǎng)更換輪餅?；ㄙM了大量人力和費用不用說(shuō)，對于1個(gè)車(chē)輛段來(lái)說(shuō)，車(chē)輛檢修停時(shí)保證是正常運營(yíng)的關(guān)鍵，而超大修程必然造成檢修停時(shí)延長(cháng)，車(chē)輛利用率降低，車(chē)輛使用緊張，同時(shí)也造成輪對的備品周轉困難。

 

1輛6節編組地鐵車(chē)輛有24對輪子，更換時(shí)需較多的輪對備品。一旦備品供應不上，車(chē)輛就處于待修狀態(tài)，無(wú)法正常上線(xiàn)，而且還造成車(chē)庫股道使用緊張。檢修停時(shí)與備品周轉對于車(chē)輛段來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，檢修是有時(shí)效性的，故障車(chē)必須按計劃搶修出庫，只有這樣才能使安全、質(zhì)量、場(chǎng)地、運用得到有序可控。

 

現在鐵路機務(wù)段DF4D、DF11、 DF11G機車(chē)檢修時(shí)常碰到因輪徑到限造成整體輾鋼輪備品跟不上，甚至連廠(chǎng)家都來(lái)不及供應。一些地鐵運營(yíng)公司，在曲線(xiàn)半徑小的線(xiàn)路上已經(jīng)碰到輪緣加工的問(wèn)題。同時(shí)軌道和輪子是1對摩擦副，減少輪緣的磨損還要考慮鋼軌的磨耗，如果鋼軌磨損到限而更換，在經(jīng)濟上也是一次很大的投入。為了解決輪緣和鋼軌的磨耗問(wèn)題，確保輪對1個(gè)廠(chǎng)修期(12年左右)的使用壽命，在地鐵車(chē)輛加裝輪緣潤滑系統，減少輪緣磨耗是必要的。

2、輪緣潤滑系統的工作原理

 

輪緣潤滑系統分單線(xiàn)、雙線(xiàn)兩種。油氣混合后直接進(jìn)入噴嘴，稱(chēng)它為單線(xiàn)。每個(gè)噴頭都要接單獨的油管和氣管，每個(gè)噴嘴前都需要1個(gè)連接塊，這里稱(chēng)它為雙線(xiàn)。

 

雙線(xiàn)潤滑系統由控制器、電控閥、油脂罐、噴嘴組成，經(jīng)電控閥的壓縮空氣分兩路輸出，一路經(jīng)脂罐、噴頭進(jìn)脂口將定量油脂壓人噴頭；另一路壓縮空氣進(jìn)入噴頭進(jìn)氣口，將噴頭內的油脂霧化從噴嘴噴出。該型潤滑系統在鐵路機車(chē)上廣泛使用，如華寶型(HB) 裝置，該系統是利用機車(chē)風(fēng)源將儲脂罐內的JH型專(zhuān)用石墨潤滑脂經(jīng)噴頭間斷地噴射到輪緣根部，以達到減少車(chē)輛輪緣與鋼軌之間有害磨損。電控器是實(shí)現該系統自動(dòng)控制的關(guān)鍵部件，HB-2型可在電控器上設定2次噴油之間走行的距離，每次噴油時(shí)間為2s。另外，在HB-2型基礎上加裝了分水過(guò)濾器，降低了噴頭及電空閥的故障率；設計了新型油脂罐，提高了安裝可靠性。

 

單線(xiàn)輪緣潤滑系統由氣動(dòng)泵、空氣電磁閥、油氣分配器、噴嘴和控制裝置組成。氣動(dòng)柱塞泵通過(guò)車(chē)輛的壓縮空氣將潤滑劑打人油氣混合塊，潤滑劑和壓縮空氣在油氣混合塊中混合，借助壓縮空氣的作用，經(jīng)分配器分配供送到噴嘴，直接噴射到輪緣上。

 

隨著(zhù)車(chē)輛行駛速度的提高，輪緣周邊產(chǎn)生的離心力使潤滑膜增厚，潤滑劑在離心力作用下極易甩出。試驗表明當顆粒直徑大于0.4mm，離心力會(huì )使潤滑劑飛濺。如果潤滑系統噴射速度高，顆粒直徑小，那么潤滑劑并不會(huì )飛濺開(kāi)來(lái)。避免潤滑劑的飛濺，不僅使潤滑劑的消耗小，同時(shí)又避免了潤滑劑對車(chē)輛和沿線(xiàn)的污染。

 

在德國聯(lián)邦鐵路局的試驗表明，噴射出來(lái)的潤滑劑的顆粒直徑小于0.4 mm車(chē)輛行駛速度達到300km/h時(shí)，連續噴射40次也沒(méi)有發(fā)現鋼軌上有多余的潤滑劑。另外車(chē)輪和鋼軌之間的表面壓力極高，潤滑劑的耐壓性能必須要好，在潤滑劑中必須含有較高比例的固體極壓添加劑，如精細的石墨等。在單線(xiàn)潤滑系統中，泵和噴嘴之間的中間管道大約含有10%的潤滑劑和90%的壓縮空氣，這樣的比例使壓縮空氣在噴射過(guò)程中能夠對潤滑劑形成精細油膜層。

 

在壓縮空氣的作用下，添加高比例耐壓固體顆粒的潤滑劑，以150~ 200 m/s的高速度噴到輪緣上，用以保證車(chē)輛在高速行駛的狀態(tài)下，噴射出的潤滑劑能突破車(chē)輪周?chē)目諝饬骱托熊?chē)風(fēng)而精細地覆蓋在車(chē)輛輪緣上。噴到輪緣上的油膜層的厚度達到0.001 mm，寬度為10~ 15mm，10~ 30mm3的潤滑劑量在數秒鐘內以最精細的顆粒噴在輪緣上。如氣動(dòng)泵采用定量泵，噴射時(shí)間越長(cháng)，穎粒越精細，但壓縮空氣容量有限。

 

因此噴射不是連續的，而是每隔一段時(shí)間噴射1次，每次持續6~ 10s的時(shí)間。潤滑劑的噴射間隔可以取決于時(shí)間，也可取決于行駛距離；車(chē)輛處于彎道時(shí)可以采用彎道傳感器或車(chē)載地面數據系統來(lái)提供彎道的位置，此時(shí)適當加大曲線(xiàn)外側輪緣的噴射劑量。當車(chē)輛時(shí)速低于某值時(shí)停止工作，確保車(chē)輛在靠站或停車(chē)時(shí)潤滑系統不工作。

 

隨著(zhù)自動(dòng)化程度提高，潤滑系統的控制器已經(jīng)以微處理器為基礎，以距離、速度、曲線(xiàn)或任何的組合為基礎將潤滑周期最佳化。通過(guò)程序編人可以在噴砂、剎車(chē)和低速操作期間避免潤滑。當機車(chē)在彎道中，曲線(xiàn)感應器能感應到，并增加對彎道外側的車(chē)輪的潤滑。

 

3、采用輪緣潤滑系統的效果

 

輪緣潤滑系統小巧簡(jiǎn)單、經(jīng)濟收益大。

 

(1)輪緣磨損大大減少，極大延長(cháng)了車(chē)輪和軌道的使用壽命。德國聯(lián)邦鐵路局技術(shù)中心經(jīng)過(guò)調研發(fā)現，在實(shí)際應用中，在1條彎道較多的線(xiàn)路上，以往機車(chē)車(chē)輪在下一次修磨周期到來(lái)之前能夠行駛的距離僅有1萬(wàn)-2萬(wàn)km，而在安裝使用了輪緣潤滑設備后，同樣的線(xiàn)路條件下，這個(gè)距離可以增加到10萬(wàn)~20萬(wàn)km。目前，在使用了性能優(yōu)良的輪緣潤滑設備后，在下一次修磨周期到來(lái)之前，機車(chē)行駛的距離已經(jīng)達到40萬(wàn)km甚至更多。

 

(2) 降低了噪聲，特別在彎道和道岔上。車(chē)輛行駛時(shí)的噪聲以往能達到100dB,在彎道和隧道中行駛時(shí)甚至更高;而地鐵在城市或居民區中穿行，噪聲直接影響乘客的舒適度，并打擾沿線(xiàn)居民。采用性能優(yōu)良的輪緣潤滑系統，在減輕車(chē)輪及軌道之間磨損的同時(shí)還降低了噪聲。在匈牙利布達佩斯的測量結果表明，采用性能優(yōu)良的輪緣潤滑系統后，噪聲值降低了30dB，減弱了原來(lái)車(chē)輛運行時(shí)吱吱刺耳的噪聲，也避免了轉彎時(shí)在車(chē)輪和軌道之間蹭出火花。

 

(3)減少運行阻力，降低了列車(chē)脫軌概率。輪緣、鋼軌角摩擦力過(guò)大易導致列車(chē)車(chē)輪出現攀爬出軌。采用輪緣潤滑后鋼軌角粗糙度降低，摩擦阻力減少。

 

(4)現在輪緣潤滑系統使用的潤滑劑一般是生物可降解的合成油，是流動(dòng)性的脂類(lèi)，另外在合成油中填加高比例固體顆粒成份，如石墨二硫化鑰鋁粉等，可顯著(zhù)改善輪緣的抗磨損性能，不會(huì )增加環(huán)境污染。