輪對(duì)偏磨過(guò)程中磨損行為的研究

[摘 要]本文就常用機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中輪對(duì)的輪緣偏磨現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)研究，并通過(guò)模擬磨損工況實(shí)驗(yàn)探討了輪緣偏磨機(jī)制，通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)定了相對(duì)磨損量和時(shí)間的關(guān)系，并測(cè)定了摩擦系數(shù)。同時(shí)針對(duì)機(jī)車輪對(duì)情況，本文提出了有效控制輪緣偏磨問(wèn)題相應(yīng)的解決措施。

[關(guān)鍵詞]輪緣偏磨 輪對(duì) 磨損量

隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，機(jī)車牽引噸位的提高，輪對(duì)磨耗速率日益為人們所關(guān)注，尤其是輪對(duì)偏磨現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致機(jī)車頻繁地退箍、旋輪，浪費(fèi)了大量的人力、物力，嚴(yán)重影響機(jī)車的正常運(yùn)用，更是為機(jī)務(wù)工作部門所重視。人們采用多種方法進(jìn)行改善輪對(duì)的工作條件，降低磨損量，保證機(jī)車走行公里數(shù)的穩(wěn)定。但是對(duì)于機(jī)車行駛過(guò)程中輪對(duì)的工況、受力情況以及輪對(duì)的磨損機(jī)制、磨損行為等相關(guān)研究并沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文就常用機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中輪對(duì)的輪緣偏磨現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)研究，同時(shí)針對(duì)機(jī)車輪對(duì)情況，提出了有效控制輪緣偏磨問(wèn)題相應(yīng)的解決措施。

一、原因分析

1.軸重不均的影響

機(jī)車行駛過(guò)程中機(jī)車輪轂往往由于踏面的斜度等原因，使鋼軌作用于踏面的法向反力也不相等，從而導(dǎo)致輪對(duì)兩側(cè)承受的載荷不等，具體受力分析情況如圖1所示。

其中，ON₁與ON₂的數(shù)值并不相等，其原因在于輪對(duì)工作踏面斜度的差異，引起的機(jī)車輪轂兩側(cè)載荷OP₁和OP₂不等的結(jié)果。利用進(jìn)一步受力分析，可知該輪對(duì)的水平分力存在OH₁與OH₂不等。若OP₁大于OP₂，必然導(dǎo)致OH₁大于OH₂，存在△（△=OH₁-OH₂）力的作用，從而使輪對(duì)向載荷較重的一側(cè)橫移，該側(cè)輪緣貼靠鋼軌，導(dǎo)致輪緣偏磨現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.牽引裝置的影響

由于生產(chǎn)加工、組裝、運(yùn)輸?shù)仍?，?shí)際應(yīng)用的機(jī)車車體與其構(gòu)架往往存在距離超差，車體中心與構(gòu)架中心偏移，機(jī)車牽引力在傳遞過(guò)程中產(chǎn)生橫向分力，在運(yùn)行中使機(jī)車輪對(duì)橫移，輪緣貼靠鋼軌，形成輪緣偏磨。又由于我國(guó)生產(chǎn)的牽引銷、拐臂銷及銷套使用的材質(zhì)大多以45#鋼為主，碳含量較低，硬度和耐磨性較差，當(dāng)機(jī)車運(yùn)用一段時(shí)間后，牽引銷及銷套等部位即使通過(guò)油嘴加油潤(rùn)滑，也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重偏磨，個(gè)別部件在實(shí)際工況下的磨耗量高達(dá)4mm，導(dǎo)致牽引銷、拐臂銷轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或固死，繼續(xù)加大輪緣偏磨影響，使機(jī)車使用壽命降低。

3.輪徑差的影響

輪對(duì)半徑差對(duì)輪軌的橫向作用力有顯著影響，當(dāng)一組輪對(duì)的左右輪徑有偏差時(shí)，機(jī)車運(yùn)行中輪對(duì)通過(guò)踏面的斜度來(lái)調(diào)整輪徑，輪對(duì)將向輪徑較小的一邊偏移，形成輪緣偏磨，輪對(duì)同軸左右輪徑偏差越大，輪對(duì)中大孔徑引起的偏磨磨耗越嚴(yán)重。事實(shí)上，機(jī)車運(yùn)行線路長(zhǎng)短，途中的坡道大小、機(jī)車空轉(zhuǎn)頻率等因素也都會(huì)造成輪對(duì)的偏磨現(xiàn)象。

二、實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

1.模擬磨損實(shí)驗(yàn)

結(jié)合機(jī)車實(shí)際工作情況，利用MMS-2B環(huán)-環(huán)式磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行模擬磨損實(shí)驗(yàn)。該機(jī)為計(jì)算機(jī)控制的摩擦磨損工況操作模擬系統(tǒng)，主要由主機(jī)、電控柜、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢測(cè)及采集系統(tǒng)、摩擦磨損系統(tǒng)等幾部分組成。根據(jù)該設(shè)備的功能，可以將其分為3個(gè)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、速度控制系統(tǒng)以及力學(xué)控制系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)閉環(huán)控制。其中，速度控制系統(tǒng)可以針對(duì)所設(shè)定的具體參數(shù)模擬機(jī)車輪對(duì)運(yùn)行情況；力學(xué)控制系統(tǒng)可以針對(duì)機(jī)車在踏面的斜度上所承受的反作用力，以及水平分力進(jìn)行設(shè)定。

試樣采用45#鋼材，加工成近似輪對(duì)的形狀，尺寸控制在40-41mm之間，實(shí)際過(guò)程中的輪徑偏差由試樣與標(biāo)準(zhǔn)試樣的接觸距離調(diào)整。利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如摩擦系數(shù)，并通過(guò)測(cè)定磨損實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量來(lái)計(jì)算相對(duì)磨損量，繪制不同條件下的相對(duì)磨損量曲線。

2.磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在各因素影響較大時(shí)，試樣摩擦系數(shù)較大，磨損嚴(yán)重。對(duì)引起機(jī)車輪對(duì)偏磨現(xiàn)象的影響因素進(jìn)行分級(jí)控制，可以使摩擦系數(shù)有所下降，磨損量減少，其中整體調(diào)整的效果最為明顯。

三、結(jié)論

1.機(jī)車在運(yùn)行過(guò)程中，輪徑不等或軸重不均等原因會(huì)導(dǎo)致輪緣偏磨現(xiàn)象發(fā)生。

2.隨著摩擦條件的改善，模擬輪對(duì)的摩擦系數(shù)下降，相對(duì)磨損量減少。

3.一般工況條件下的機(jī)車輪對(duì)磨損機(jī)制相對(duì)復(fù)雜，整體調(diào)整后的磨損機(jī)制大體屬于疲勞磨損。

4.可以通過(guò)改善輪對(duì)摩擦條件，減少輪對(duì)磨損損耗，提高機(jī)車使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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