CDC—16道岔?yè)v固車輪對(duì)踏面形狀的探討

摘 要：大型養(yǎng)路機(jī)械輪對(duì)踏面形狀有一定的錐度，導(dǎo)致輪對(duì)在鋼軌上運(yùn)行是蛇形運(yùn)動(dòng)，劇烈的蛇形運(yùn)動(dòng)會(huì)造成很多不良影響。通過(guò)對(duì)1臺(tái)CDC-16道岔?yè)v固車附屬車晃車情況的分析，了解踏面形狀對(duì)車輛蛇形運(yùn)動(dòng)的影響，并采取具體措施進(jìn)行處理。

關(guān)鍵詞：大型養(yǎng)路機(jī)械；輪對(duì)；踏面；道岔?yè)v固車；蛇形運(yùn)動(dòng)

引言

大型養(yǎng)路機(jī)械在鐵路建設(shè)和維護(hù)中起著越來(lái)越重要的作用，在鐵路行業(yè)有著不可替代的地位，因此解決大型養(yǎng)路機(jī)械的許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有著重大的意義。大型養(yǎng)路機(jī)械晃車是行車安全的問(wèn)題之一，輪對(duì)作為大型養(yǎng)路機(jī)械重要的走行部件，對(duì)大型養(yǎng)路機(jī)械走行是否平穩(wěn)起著很大的作用。輪對(duì)踏面形狀有一定的錐度，導(dǎo)致輪對(duì)在鋼軌上運(yùn)行是蛇形運(yùn)動(dòng)。蛇形運(yùn)動(dòng)是機(jī)車車輛特有的運(yùn)動(dòng)[1]。劇烈的蛇形運(yùn)動(dòng)會(huì)造成車輛運(yùn)行不平穩(wěn)，并會(huì)損壞車輛設(shè)備與線路，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成車輛脫軌。

我段1臺(tái)CDC-16道岔?yè)v固車在使用6年后，在速度為70km/h以上時(shí)，經(jīng)過(guò)線路狀態(tài)不良地段，材料小車蛇形運(yùn)動(dòng)較為嚴(yán)重，在不減速的情況下，會(huì)一直劇烈的晃動(dòng)。因此需要尋找一種具體措施減輕蛇形運(yùn)動(dòng)，保證車輛運(yùn)行的平穩(wěn)性。

1 CDC-16道岔?yè)v固車車體結(jié)構(gòu)

CDC-16道岔?yè)v固車是一種設(shè)計(jì)用來(lái)?yè)v固線路道岔設(shè)備的搗固車。其車體由主車和附屬車組成。主車主要有前司機(jī)室、作業(yè)司機(jī)室、作業(yè)裝置，附屬車主要有材料小車與后司機(jī)室。主車有兩套轉(zhuǎn)向架，每套轉(zhuǎn)向架上有兩條輪對(duì)，附屬小車沒(méi)有轉(zhuǎn)向架，只有兩條獨(dú)立的輪對(duì)和相應(yīng)的減震裝置。輪對(duì)踏面形狀采用的是錐形。

2 踏面形狀的分類

大型養(yǎng)路機(jī)械輪對(duì)踏面形狀與車輛踏面形狀基本一致，分為錐形和磨耗形。

2.1 錐形車輪踏面

車輛上以TB型車輪踏面又稱錐形踏面作為標(biāo)準(zhǔn)型踏面沿用多年，其外形如圖1。它的基本特點(diǎn)是輪緣根部以一段圓弧連接斜度分別為1：20和1：10的兩段斜線。這種輪型踏面使車輪能夠順利地通過(guò)曲線和道岔。

2.2 磨耗形踏面

原鐵道部四方車輛研究所從1972年開始設(shè)計(jì)LM型踏面，先后研制有SY、33GL、10SY、30SY、50SY等多種型號(hào)并進(jìn)行了試驗(yàn)，1984年對(duì)30SY型進(jìn)行了部級(jí)鑒定，取名為L(zhǎng)M型，其中L代表“輛”字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母，M表示“磨”字的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母意思，其含義是磨耗形車輛車輪踏面。1985年開始推廣，1987年上升為標(biāo)準(zhǔn)TB1967-1987《機(jī)車車輛用車輪磨耗型輪緣踏面外形》[2]。其外形如圖2。它的基本特點(diǎn)是踏面采用R100、R500和R220為半徑的三段曲線，圓滑連接成的一條曲線和錐度為1：8的一段直線所組成的幾何圖形。

3 踏面形狀對(duì)磨耗的影響

錐形踏面在使用中特別是使用初期，踏面與輪軌接觸點(diǎn)不連續(xù)，當(dāng)輪對(duì)通過(guò)曲線產(chǎn)生較大偏移量時(shí)，踏面與輪軌處于兩點(diǎn)接觸狀態(tài)，一個(gè)接觸點(diǎn)處于滾動(dòng)狀態(tài)，另一個(gè)接觸點(diǎn)必須產(chǎn)生滑動(dòng)，從而使磨耗加劇。車輪受側(cè)向力時(shí)，輪緣與鋼軌發(fā)生剛性沖擊，在輪對(duì)中心橫向偏移過(guò)程中，輪軌接觸點(diǎn)在踏面上的變化范圍小，使局部接觸應(yīng)力大，造成局部磨耗。

磨耗形踏面是在錐形踏面磨耗穩(wěn)定后的形狀基礎(chǔ)上，加以改進(jìn)而設(shè)計(jì)的。磨耗形踏面相對(duì)錐形踏面的優(yōu)點(diǎn)是：能減少輪緣與踏面圓周的磨耗、改善鋼軌的磨耗和工作狀態(tài)；磨耗形踏面在滾動(dòng)圓處的等效斜率較小，而在輪緣根部等效斜率較大，因此它既能保證車輛直線運(yùn)行的橫向穩(wěn)定，又有利于曲線的通過(guò)，具有非線性等效斜度和重力復(fù)原性。

4 輪對(duì)踏面形狀對(duì)車輛蛇形運(yùn)動(dòng)的影響

蛇形運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)頻率方程

式中：n-踏面錐度；s-左右兩滾動(dòng)圓之間距離的一半；r-輪對(duì)中心與輪軌中心一致時(shí)的滾動(dòng)圓半徑；v-輪對(duì)速度。

從式中可以看出，蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率與輪對(duì)踏面錐度的大小有關(guān)，輪對(duì)踏面錐度越大，蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率越大。

5 減輕CDC-16道岔?yè)v固車蛇形運(yùn)動(dòng)的措施

我段1臺(tái)011301#CDC-16道岔?yè)v固車在直線行駛時(shí)，該車運(yùn)行較為平穩(wěn)。而以70km/h左右的速度經(jīng)過(guò)道岔或線路狀態(tài)不良地段時(shí)，附屬車蛇形運(yùn)動(dòng)較為嚴(yán)重。而一旦晃動(dòng)起來(lái)，就不能停下來(lái)，只有減速到60km/h左右時(shí)，才能逐漸趨于平穩(wěn)。

由于CDC-16道岔?yè)v固車車輪原形是錐形輪，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間磨耗后，輪形接近磨耗形，滾動(dòng)圓處錐度減小，而輪緣根部處的等效錐度增大。根據(jù)公式得知，蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率ω變大，當(dāng)蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率接近車輛的自有頻率時(shí)，附屬車蛇形運(yùn)動(dòng)發(fā)生共振，導(dǎo)致振動(dòng)加劇。當(dāng)車輪速度V減低時(shí)，蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率ω變小。因此當(dāng)蛇形運(yùn)動(dòng)加劇時(shí)，適當(dāng)降低車輛的運(yùn)行速度，使蛇形運(yùn)動(dòng)的頻率偏離車輛的自有頻率，附屬車會(huì)逐漸趨向平穩(wěn)。主車的質(zhì)量較大，附屬車質(zhì)量較小，自有頻率不同，所以主車的自有頻率遠(yuǎn)大于蛇形運(yùn)動(dòng)頻率，不會(huì)發(fā)成共振。

根據(jù)以上所述，我段對(duì)該車進(jìn)行鏇輪，附屬車輪形按照錐形踏面進(jìn)行鏇削。附屬車重量輕，踏面與輪軌接觸應(yīng)力小，這樣既保證有較小的磨耗，又保證了踏面較小的錐度，蛇形運(yùn)動(dòng)頻率相對(duì)較小。而主車輪形按照磨耗形踏面進(jìn)行鏇削，保證主車較重的情況下，通過(guò)磨耗形踏面減少踏面與輪軌的接觸應(yīng)力，同時(shí)保證了主車自有頻率較高，蛇形運(yùn)動(dòng)頻率達(dá)不到主車自由頻率，從而達(dá)不到共振。鏇輪后經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行，反饋效果較好，運(yùn)行中不再出現(xiàn)附屬車劇烈晃動(dòng)的情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)CDC-16道岔?yè)v固車輪對(duì)踏面形狀的探索，摸索出既能減輕輪對(duì)磨損，又能避免蛇形運(yùn)動(dòng)共振的措施。給其他車型的大型養(yǎng)路機(jī)械提供相應(yīng)的參考。