基于不同轮缘厚度轮对外形镟修方案研究

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摘 要：地铁列车的轮对磨耗状况关系到列车的运行安全及稳定性，当轮对磨耗超限时应及时镟修。结合不同的LM型轮缘踏面外形、轮对磨耗形式、镟修经验，提出基于不同轮缘厚度的轮对外形镟修方案，对延长轮对使用寿命、提高镟修作业效率具有重要的意义。

关键词：地铁车辆;轮缘厚度;轮对外形;轮缘磨耗;镟修方案

中图分类号：U270

0 概述

地铁列车在正线运行一段时间后，轮对会不可避免地出现磨耗现象，导致列车运行时振动异常、噪声增大、轮轨间的相互作用力变大、轮轨磨耗增加，从而影响列车运行的安全性及平稳性，降低乘车舒适度。地铁行业中常通过在线检测、镟床测量、人工测量等手段来监测轮对磨耗状况。衡量轮对状态的几个重要参数有：轮对径向跳动量、踏面剥离、擦伤长度、轮径、轮缘厚度、轮缘高度、轮缘综合值（QR值）等。当上述参数出现一项或几项超限时，意味着轮对磨耗情况较为严重，为保证车辆安全稳定的运行，应对磨耗的轮对进行及时镟修。轮对镟修的首要问题是选择外形镟修方案，合适的外形镟修方案对减少轮对切削量、缩短镟修时间、实现降本增益具有重要的意义。轮对外形镟修方案主要是依据轮对外形轮廓和轮对磨耗2个因素确定的。

1 轮对外形轮廓

轮对镟修的一个目的是将磨耗后的轮对恢复至标准的磨耗外形。地铁电客车采用LM型踏面外形轮廓，车辆轮对制造一般是按照LM32型外形轮廓尺寸设计生产的，其他LM（如LM30）型外形都是在LM32型的基础上发展而来。LM32型轮对的外形尺寸如图1所示。

2 轮对磨耗

轮对镟修的另一个目的是修复磨耗的轮对。轮对磨耗是轮对与钢轨两者相互作用的结果，其磨耗情况取决于轮对与钢轨的材料性能、线路和车辆状况，根据轮对磨耗的形式可分为轮缘磨耗和踏面磨耗。

2.1 轮缘磨耗

轮缘磨耗是指地铁车辆运行过程中，轮缘在钢轨长期的摩擦作用力下，产生不可避免的磨耗。按磨耗的形式又可分为轮缘厚度变薄、垂直磨耗和轮对轮缘变形3种。当轮缘厚度变薄时，轮对的强度就会下降，列车在通过曲线时钢轨施加的反向作用力可能会使车轮崩裂，造成行车事故。轮缘垂直磨耗过度或轮对轮缘形成锋芒时，车辆若经过道岔，可能会出现轮对撞击、挤开尖轨或爬上叉心，造成车辆脱轨。

2.2 踏面磨耗

车辆的踏面斜度可以有效地保证列车在运行过程中处于轨道中间位置，防止轮缘偏磨。在车辆通过曲线时，轮对偏向曲线外侧，踏面的斜面可以保证轮对平稳地通过曲线。当踏面磨耗超过极限时，踏面的斜度就会被破坏，这将加剧轮对与钢轨之间的磨耗，增加车辆运行时的阻力。再者，由于踏面磨耗，轮缘高度也随之增加，当轮缘高度超过极限值时，轮缘根部可能会碰到钢轨的鱼尾板连接螺栓，从而造成行车事故。

3 轮对镟修方案

3.1 镟修标准

判断轮对是否需要进行镟修是依据轮对参数是否超过镟修技术标准而定。各地铁公司的轮对镟修技术标准大致相同，主要围绕轮对的几个重要参数。以某列车轮对镟修技术标准为例，当轮对对应的尺寸限度有表1中的情况之一时，必须进行镟修。

3.2 传统镟修方案

车辆轮对出厂的直径在840 mm左右，磨耗的轮对经过镟修后，轮对直径会减小，当轮对直径超过限度（小于760 mm） 时，轮对应报废。轮对的使用寿命除与轮对的本身性能、车辆状况、线路状况相关外，还与镟修的次数、切削量相关，故为了保证轮对的使用寿命，可在镟修过程中选择合理的镟修方案以控制切削量。轮对镟修切削量受实测径向跳动值、轮径差、轮缘厚度、轮缘高度、QR值及外形镟修方案等多种因素的综合影响。

某列车1个轮对的主要参数测量值如表2所示。该轮对磨耗超限表现为径向跳动超标，实测轮对外形与LM32型外形轮廓对比如图2所示。

根据表2中被测轮对的轮缘厚度值，一般可选择的传统外形镟修方案有LM32型、LM30型、LM28型共3种，如表3所示。

表2中被测轮对的轮缘厚度值分别为31.02 mm、31.12 mm，按表3的传统外形镟修方案应选择LM32型外形轮廓进行镟修，切削示意图如图3所示。

通过长期大量的轮对镟修经验可知，轮缘厚度的修正值和轮对直径的切削量成正比例关系，轮缘切削量越大，轮对直径的减少量就越大。通过图3的尺寸测绘及不落轮镟修加工计算模式数据，此时轮对的切削量X约为3 m m，镟修后轮径至少减小6 m m。完成整个镟修过程需粗加工→粗加工→精加工共3次切削，加工耗时约2 h，作业效率低。

通过以上分析可知，传统模式下的LM32型外形镟修方案可供选择的余地较少，容易造成轮对的“过度切削”和“低作业效率”现象，这不符合经济镟修的原则，而选择LM30型、LM28型外形镟修方案，更会加大切削量和镟修时间。

3.3 改进镟修方案

轮对镟修的目的是修复轮对的磨耗，并将其恢复至标准轮廓，即为了保证外形镟修后轮对重新获得一个标准轮廓曲线，因此须按标准轮廓外形进行镟修。而轮对的标准轮廓是以不同的轮缘厚度来定义的，故首先要解决的是轮缘厚度处于什么状态，要使其恢复到什么状态，即选择什么样的外形镟修方案。不同的外形镟修方案对应不同轮缘厚度的轮廓曲线，可以考虑尽量减少轮缘厚度方向上的切削，以减少轮对直径方向的切削量。因此，建议选用不同轮缘厚度的外形镟修方案，來解决外形镟修方案过少导致的轮对“过度切削”和“低作业效率”现象。

在车辆运行规范及电客车轮对镟修技术标准中，轮缘厚度必须在26 mm以上，按理论可以选择在26～

32 mm之间做任意轮缘厚度的外形镟修方案，但在实际操作过程中，为保证车辆运行的安全性及稳定性，轮对在镟修时应该保证轮缘厚度≥28 mm，即在轮缘厚度为28～32 mm之间的任一轮对轮廓曲线中进行外形镟修方案选择。

以德国赫根赛特U2000-400M不落轮镟床为例，设备出厂时轮对外形镟修主要有4种程序（LM32、LM30、LM28、LM26），而该程序带有不同外形镟修方案的扩展功能，即除了4种标准的轮对外形外，在轮缘厚度为26～32 mm之间，还可按31.9 mm、31.8 mm、31.7 mm等（即每隔0.1 mm）轮缘厚度生成一个轮廓曲线图，作为轮对外形镟修的可选方案，如表4所示。

表2中轮对实测的轮缘厚度值为31.02 m m、31.12 m m，在扩展外形镟修方案中，轮缘厚度在31～32 mm之间共有11种不同外形镟修方案（31 m m、31.1 m m、31.2 m m、31.3 mm、31.4 mm、31.5 mm、31.6 mm、31.7 mm、31.8 mm、31.9 mm、32 mm）可供选择，而其中大部分外形镟修方案的轮缘厚度修正值是小于LM32型外形镟修方案的，其镟修切削量也会小于LM32型外形镟修方案的切削量。

下面通过轮缘厚度为31.5 mm（即LM31.5型）轮廓曲线作为外形镟修方案，并与LM32型外形镟修方案进行对比，其切削量对比如图4所示。

选择LM31.5型外形方案进行镟修，通过图4的尺寸测绘及不落轮镟修加工计算模式数据，此时轮对的切削量为X1 （在1.5 mm左右），切削量小于LM32型的切削量X。

按LM31.5型外形方案进行镟修前后的参数对比如表5所示。

按LM31.5型外形方案进行镟修后，轮对各项参数完全达到了镟修后的技术标准要求。轮径减少量由预计的6 mm减小至3 mm左右，切削次数由3次降至2次（粗加工→精加工），镟修时间减少至1 h左右。

4 结论

（1）传统的轮对外形镟修方案通常为LM32型、LM30型、LM28型、LM26型4种，可供选择的较少，故经常出现因外形镟修方案不合适，造成“过度切削”和“低作业效率”的现象。

（2）轮对镟修时，应重点考虑如何减少轮径的切削量，操作人员可根据实测的轮对轮缘厚度，以0.1 mm为级差选取相近的轮缘厚度外形镟修方案。在不落轮镟床操作模拟系统中对比不同外形镟修方案的切削量（轮对额定直径），以选择最优的外形镟修方案。

（3）通过选用不同轮缘厚度对应的外形镟修方案代替以往传统的固定轮缘厚度外形镟修方案，实现了轮缘厚度的连续分级镟修管理，减少了轮对切削量、切削次数及镟修时间，大幅提高了镟修作业效率，延长了轮对的使用寿命。

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收稿日期 2018-11-09

责任编辑 党选丽

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