鐵道機(jī)車車輛輪軌的摩擦磨損情況及與節(jié)能降耗分析

摘 要：近年來，出行事故時(shí)常發(fā)生，出行安全問題逐漸備受多方關(guān)注，作為出行主要方式的鐵路運(yùn)輸方式的安全運(yùn)行自然顯得尤為重要。由于鐵道機(jī)車運(yùn)行基礎(chǔ)是車輪和軌道，所以在二者相互作用時(shí)極易因不斷摩擦而產(chǎn)生磨損情況，最終引發(fā)相關(guān)事故，對(duì)此，本文進(jìn)行了相關(guān)研究與分析，并提出了相關(guān)節(jié)能減耗措施，望對(duì)相關(guān)機(jī)車運(yùn)行過程提供幫助。

關(guān)鍵詞：鐵道機(jī)車車輛輪軌；摩擦磨損情況；節(jié)能降耗

鐵道運(yùn)輸?shù)靡皂樌M(jìn)行主要依賴于鐵路軌道和車輛車輪之間的黏著制動(dòng)力和黏著牽引力，但是在實(shí)際的運(yùn)行過程中常常因二者之間的相互摩擦而造成兩者損壞現(xiàn)象，一旦輪軌損壞后不僅會(huì)消耗大量的能源和能量，還會(huì)浪費(fèi)很多的維修資金[1]。為了進(jìn)一步降低這種磨損情況，本文針對(duì)性的進(jìn)行了輪軌摩擦現(xiàn)象的分析，并在節(jié)能理念下提出了節(jié)能措施，現(xiàn)將研究分析內(nèi)容論述如下。

1 摩擦與輪軌磨耗之間的關(guān)系

輪軌之間具有一定的摩擦，二者在相互作用時(shí)會(huì)形成一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和接觸壓強(qiáng)。長(zhǎng)期的磨損會(huì)消耗大量的能源，而消耗能源的用量則與輪軌之間的摩擦情況直接相關(guān)。除此之外，磨耗還與運(yùn)動(dòng)率和接觸壓強(qiáng)密切相關(guān)。同運(yùn)動(dòng)率、接觸壓強(qiáng)和摩擦系數(shù)之間呈正相關(guān)。而期間產(chǎn)生的材料消耗情況則是多種因素共同作用的結(jié)果。磨損具有一定的發(fā)展模式，多由輕微摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)重磨損，所以必須在日常加強(qiáng)對(duì)輪軌的檢修和維護(hù)，這樣才能進(jìn)一步延長(zhǎng)輪軌的使用時(shí)間。為了有效的降低磨損，可以選用硬度較高的材料，也可以對(duì)運(yùn)動(dòng)率、接觸壓強(qiáng)等進(jìn)行調(diào)整，既可以在鋼軌側(cè)面和車輪輪緣之間的接觸面上增加潤滑，也可以在鋼軌軌頂和車輪踏面的接觸面上降低摩擦，二者均能減小車輪踏面磨損，實(shí)現(xiàn)降低能量消耗和鋼軌垂磨的目的，同時(shí)軌頂?shù)哪Σ量刂七€可以減緩列車通過曲線時(shí)的彎道作用力。彎道作用力的降低直接導(dǎo)致鋼軌側(cè)面和車輪輪緣接觸面上的壓強(qiáng)減小，進(jìn)而降低輪緣和軌側(cè)的磨損。

2 鐵道機(jī)車車輛輪軌的摩擦磨損情況

1.鐵道機(jī)車車輛車輪的摩擦磨損情況分析

鐵道機(jī)車車輛運(yùn)行過程中，車輪是其主要的走行部件之一。長(zhǎng)時(shí)間的、持久性的車輪滾動(dòng)狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致車輪出現(xiàn)磨損狀況，而經(jīng)磨損后的車輪又會(huì)對(duì)鋼軌上的踏面造成損傷?；瑒?dòng)也會(huì)造成踏面損傷?？偨Y(jié)其車輪磨損形態(tài)，主要包括據(jù)輪輞疲勞裂紋、輪緣磨耗、車輪踏面剝離、熱損傷以及踏面崩裂等。究其原因多為制動(dòng)熱應(yīng)力疲勞、輪軌接觸應(yīng)力、夾雜物應(yīng)力過于集中以及結(jié)構(gòu)存在缺陷等。由于車輪存在上述多種摩擦磨損問題，所以必須時(shí)常更換車輪或者對(duì)車輪進(jìn)行檢修，由此產(chǎn)生了很多檢修費(fèi)用和車輪購置費(fèi)用，其中還包括人工勞務(wù)費(fèi)等，可以說車輪出現(xiàn)磨損問題后會(huì)引發(fā)一系列的多種問題。

2.鐵道軌道的摩擦磨損情況

鐵路鋼軌磨耗現(xiàn)象是目前鐵路磨耗現(xiàn)象中比較常見的問題，目前國內(nèi)的鐵路的路段多存在磨損狀況，其中接近60%的曲線段鋼軌因波磨而出現(xiàn)了嚴(yán)重?fù)p傷狀況，由此引發(fā)的損失極為巨大。目前常見的軌道摩擦磨損分類主要包括波磨、側(cè)磨、壓潰、剝離等，這四種分類幾乎就占據(jù)了軌道磨損總量的80%。近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人們生活水平的不斷提升，鐵路運(yùn)輸承擔(dān)了更多的運(yùn)輸任務(wù)，由此伴生了更多了軌道摩擦磨損現(xiàn)象。由于軌道多由鋼材構(gòu)成，所以一旦經(jīng)受長(zhǎng)期磨損勢(shì)必需要進(jìn)行更換，這樣就會(huì)增加鋼材的使用量。自“十五”之后，國內(nèi)的鐵道鋼材用量就超過了110萬噸/年，這對(duì)于日益緊缺的能源來說是較大的問題。

3 輪軌節(jié)能降耗措施研究

1.潤滑噴涂措施

鐵道機(jī)車的輪軌在進(jìn)行長(zhǎng)期的運(yùn)行中總會(huì)出現(xiàn)一些摩擦和磨損情況，究其原因主要是因?yàn)檐囕v擺角剛度較高或者是曲線半徑較小從而使車輪出現(xiàn)磨損情況，最終降低車輪的使用壽命。對(duì)于這種現(xiàn)象通常情況下會(huì)采取潤滑噴涂措施，潤滑噴涂位置多選為輪緣同軌側(cè)的接觸面，在其上涂抹潤滑劑可以有效的降低摩擦。目前常見的潤滑方式有兩種，一是車載干式固塊潤滑方式，二是車載油脂噴涂方式。下面就其具體的應(yīng)用進(jìn)行分析：①干式固塊潤滑方式。該方式作用機(jī)制主要利用的是干式固塊潤滑系統(tǒng)，這種系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、具有一定的自我調(diào)節(jié)能力?？梢栽谠O(shè)計(jì)的最初進(jìn)行安裝，也可以在后期進(jìn)行改造安裝。該系統(tǒng)值得注意的優(yōu)點(diǎn)之一為不會(huì)因輪軌擠壓轉(zhuǎn)移相關(guān)物質(zhì)到軌頂，有效的降低了污染。由于該種方式使用的是固體潤滑劑，所以必須細(xì)致處理好安裝比例和位置，從而增加潤滑效果。可以對(duì)輪緣進(jìn)行潤滑處理，也可以在軌頂和車輪踏面之間進(jìn)行潤滑處理，其中，對(duì)車輪踏面進(jìn)行潤滑處理時(shí)可以利用車載自調(diào)節(jié)機(jī)械涂覆器進(jìn)行。而市面上常見的水基液體摩擦調(diào)節(jié)劑也是潤滑劑的一種， 可以安裝在地面的道旁涂覆系統(tǒng)上。這種潤滑劑的作用原理主要是經(jīng)由機(jī)車運(yùn)行帶動(dòng)涂覆區(qū)域的潤滑劑，在反復(fù)的攜帶過程中為鋼軌頂進(jìn)行潤滑，同時(shí)，揮發(fā)水分，從而在鋼軌接觸界面和車輪之間建立一種固體薄膜，最終目的是降低輪胎的磨損性，延長(zhǎng)其使用壽命。②油脂噴涂方式。該方式作用的原理主要是通過油脂噴涂系統(tǒng)，這種潤滑方式會(huì)在設(shè)計(jì)的最初就進(jìn)行了合理安裝，由于油脂意流動(dòng)，所以如何有效的進(jìn)行精確控制是主要的問題之一。而且在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中極易導(dǎo)致油脂擴(kuò)散到鋼軌頂面，最終對(duì)機(jī)車的制動(dòng)牽引造成不利影響，出現(xiàn)車輪打滑現(xiàn)象。有相關(guān)研究對(duì)這兩種方式進(jìn)行了對(duì)比研究，最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)[2]，前者比后者更能夠降低輪軌的磨損率，從而提高輪胎的使用時(shí)間。③地面道旁軌側(cè)潤滑系統(tǒng)。減少車輪的踏面的磨損性在一定程度上也可以降低或者說是阻止波磨的增長(zhǎng)。所謂波磨就是一種會(huì)影響出行舒適度的一種磨損情況，其形成原因多種多樣，但是經(jīng)由道旁涂覆設(shè)備涂覆液體摩擦調(diào)節(jié)劑的使用后就會(huì)降低波磨現(xiàn)象。該系統(tǒng)能夠?qū)︿撥壍能壗遣课缓蛙墏?cè)涂抹潤滑脂，然后保證機(jī)車在運(yùn)行途中經(jīng)由涂覆區(qū)域?qū)櫥瑤氲酵廛壍能墏?cè)和軌角上。有效地降低波磨的增長(zhǎng)率降。

2.使用耐磨損的車輪踏面

車輪出現(xiàn)磨損情況主要有兩種可能性，一是踏面出現(xiàn)磨損，二是輪緣出現(xiàn)磨損。所以今后的車輪踏面磨耗深度必須低于7毫米，而到使用輪緣高度為25毫米的磨損面時(shí)要保證其磨耗深度低于10毫米[3]。在鐵路運(yùn)輸過程中采用磨耗型的車輪踏面廓形，有效的降低了輪軌的磨耗，降低了輪軌的接觸應(yīng)力，延長(zhǎng)了輪軌使用時(shí)間。

3. 使用徑向轉(zhuǎn)向架

以往的機(jī)車轉(zhuǎn)向架在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)曲線的設(shè)計(jì)不夠規(guī)范，為了在滿足牽引力的基礎(chǔ)上順利運(yùn)行可以通過曲線設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)置鋼軌和輪胎之間的沖角，在合理范圍之內(nèi)盡量縮小曲線的半徑，降低磨損現(xiàn)象。而這一過程就需要積極采用徑向架。

4.做好日常的檢修和維護(hù)工作

作為一個(gè)使用系統(tǒng)來說，要積極對(duì)輪軌進(jìn)行檢修和維護(hù)工作，設(shè)立專門的維護(hù)小組，及時(shí)排查問題，做好抽樣檢查工作，確保輪軌的順利運(yùn)行。

4 總結(jié)

近年來，鐵路運(yùn)輸發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)為重載化和高速化，隨之也增加了多種鐵路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和事故，就鐵道機(jī)車車輛輪軌摩擦磨損情況來看，不僅降低了車輪和軌道的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致火車脫軌現(xiàn)象，最終危及人員的生命安全。就此，本文進(jìn)行了細(xì)致分析，提出了相關(guān)改善措施，并積極提出了相關(guān)節(jié)能減耗策略，力求在保障鐵路運(yùn)輸效率的同時(shí)提升其節(jié)能性。

參考文獻(xiàn)

[1]周新建， 盧勇， 王成國，等. 大功率機(jī)車輪軌接觸應(yīng)力計(jì)算分析[J]. 鐵道機(jī)車車輛， 2011， 31（1）：22-26.

[2]李亨利， 潘樹平， 王愛民，等. 輪軌潤滑降低重載貨車輪軌磨耗作用的研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛， 2012， 32（2）：39-41.

[3]康海濤. 鐵道機(jī)車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版， 2015（15）：23-35.

作者簡(jiǎn)介

唐凌（1978-），山西太原，現(xiàn)武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)車車輛學(xué)院教師，講師，研究方向：鐵道機(jī)車車輛和計(jì)算機(jī)。