鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗措施分析

王娟，崔晶，楊會玲

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鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗措施分析

王娟，崔晶，楊會玲

（西安鐵路職業(yè)技術學院，陜西 西安 710026）

隨著鐵路工程項目的日漸增多，鐵道運輸安全問題越來越多，提升鐵道運行安全性、穩(wěn)定性成為鐵路事業(yè)新時期發(fā)展的必然訴求。鑒于此，以鐵道機車車輛輪軌摩擦磨損為研究對象，對車輛輪軌摩擦磨損現(xiàn)狀進行了簡要分析，并在此基礎上以“節(jié)能降耗”為目標，提出了幾點優(yōu)化措施，以期改善機車車輛輪軌摩擦磨損問題，促進我國鐵路事業(yè)的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展。

鐵道機車；車輛輪軌；摩擦磨損；節(jié)能降耗

在鐵路運輸過程中，列車的運行與機車車輪與鐵軌之間相互作用下產(chǎn)生的牽引力與制動力存在密切關聯(lián)性。而隨著黏著牽引力與制動力的產(chǎn)生，機車車輪與鐵軌不可避免地存在摩擦磨損，長此以往，不僅縮短了輪軌壽命，增加了列車運行能耗，也將降低車輪與鐵軌之間的牽引力與制動力，影響列車運行的穩(wěn)定與安全，易引發(fā)事故。因此，在高度重視交通運輸安全、提倡節(jié)能降耗發(fā)展的背景下，有必要加強對鐵道機車車輛輪軌摩擦磨損問題的研究。

1 鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損

1.1 運行過程中車輪的摩擦磨損

車輪是鐵道機車車輛的重要組成結構，是保證車輛穩(wěn)定行走的基礎，在車輛結構體系中占據(jù)重要位置。在鐵道機車車輛運行過程中，車輪將與鐵道鋼軌發(fā)生接觸并與之產(chǎn)生一定的摩擦，進而使車輛踏面、車輪輪緣等位置出現(xiàn)磨損。通常情況下，列車運行過程中，輪緣裂紋（表面存在損傷，產(chǎn)生裂紋）、車輪踏面崩裂（踏面制動圓周、輪軌接觸圓周存在裂紋）、車輪踏面剝離（踏面存在龜紋狀或不規(guī)則網(wǎng)狀裂紋，并沿裂紋處剝離掉塊）、車輪熱損傷（踏面制動圓周存在刻度狀裂或崩箍）以及輪輞疲勞裂紋（輪輞內(nèi)部、輪箍內(nèi)部存在裂紋）是較為常見的車輪摩擦磨損類型[1]。

對車輪摩擦磨損問題形成原因進行分析，了解到輪軌接觸應力過于集中、夾雜物應力集中、輪軌接觸應力過大、累計額塑像流動變形、車輪滑行、制動熱應力疲勞、內(nèi)部缺陷應力集中、表面缺陷應力集中等是車輪摩擦磨損問題形成的主要原因[2]。

在交通運輸過程中，因車輪摩擦磨損產(chǎn)生的能耗無疑是巨大的。據(jù)某鐵路機務組針對“關于鐵路機車車輛核心零部件的摩擦磨損”的調(diào)研得知，DF4型鐵道機車在運行過程中，因車輪維修與更換所產(chǎn)生的費用為：每年每臺人工費用約為33 000元；車輪摩擦磨損材料費用約為420 000元，每臺車輪維修過程中的停運損失超過36 000元。與此同時，就DF4型鐵道機車制動閘瓦而言，一般情況下，制動閘瓦單價為50元，其使用壽命為7個月左右，假設1次維修過程中需更換8次閘瓦（每臺機車裝瓦數(shù)為12塊），每臺機車的換瓦費用將達到12 000元[3]。

1.2 鋼軌的摩擦磨損

列車在運行過程中，車輛車輪與鋼軌之間產(chǎn)生的摩擦力除了對車輪產(chǎn)生影響外，也在一定程度上對鋼軌產(chǎn)生影響。據(jù)鐵工工務部門調(diào)查研究顯示，由于我國鐵路事業(yè)起步相對較晚，相比于國外而言鐵路鋼軌摩擦磨損率較高。通常情況下，軌道磨損問題發(fā)生的概率為20%～30%.在曲線路段中，約有60%的概率會因摩擦出現(xiàn)嚴重磨損。由于鐵路軌道與列車之間相互作用的關系復雜，產(chǎn)生的摩擦磨損類型較多，比如鐵軌壓潰、鐵軌剝離、鐵軌側(cè)磨和波磨等。通常情況下，鐵軌的摩擦磨損將嚴重縮短隧道鐵軌的使用壽命，減弱其與從車輪之間的相互作用，導致列車運行不穩(wěn)，甚至脫離軌道，出現(xiàn)嚴重的列車運行事故，對人們的生命財產(chǎn)安全以及社會穩(wěn)定造成威脅。

2 改善摩擦磨損，實現(xiàn)節(jié)能降耗

2.1 加強潤滑養(yǎng)護，降低摩擦磨損

潤滑養(yǎng)護是改善鐵道機車車輛車輪摩擦磨損的重要手段。通常情況下，利用專業(yè)的潤滑劑對車輪、鋼軌進行定期養(yǎng)護處理，能夠有效減少列車運行過程中硬性摩擦的產(chǎn)生，減小硬性摩擦對車輪與鋼軌造成的不利影響，從而延長車輪與鋼軌使用壽命，實現(xiàn)能源與資源的有效節(jié)約。而在應用潤滑劑的過程中，為了增強潤滑劑的效果，促進其功能與作用的最大化發(fā)揮，應遵循規(guī)范和要求，有針對性地選擇潤滑劑的類型，并保證涂抹方式的準確性和科學性。隨著近些年機車車輛潤滑涂抹系統(tǒng)性能的不斷提升，其在機車車輛養(yǎng)護維修中的實用性逐漸增強，潤滑涂抹模式呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展態(tài)勢，比如固塊潤滑、油脂型潤滑、軌道側(cè)邊潤滑等。其中，固塊潤滑具有操作簡便，后期升級、置換便捷等優(yōu)勢；油脂型潤滑需要有效控制潤滑涂抹溫度，避免因溫度過熱而影響機車的穩(wěn)定、安全運行；軌道側(cè)邊潤滑在車輪踏面摩擦磨損與鋼軌側(cè)磨、波磨處理中具有較大的優(yōu)勢。

2.2 創(chuàng)新車輪類型，實現(xiàn)節(jié)能降耗

由上述分析可知，在鐵道機車車輛運行過程中，車輪踏面摩擦磨損與車輪輪緣摩擦磨損是導致車輪失去功效的重要原因。鐵路有關部門在法律法規(guī)層面對此提出硬性要求，比如《DF4型內(nèi)燃機車段修規(guī)程》中明確指出，鐵道機車車輛車輪踏面磨損深度應不超過7 mm；高度為25 mm的鐵道機車車輛車輪輪緣，磨耗型踏面磨損深度應小于10 mm。這在一定程度上對車輪檢修工作人員提出了更高的要求，需要工作人員根據(jù)相關規(guī)定，進行鐵道機車車輛檢查與維修工作，針對不符合規(guī)程的車輪通過更換、維修的形式進行處理，用以保證機車車輛運營的穩(wěn)定與安全。與此同時，為了達到節(jié)能降耗的目的，相關人員應加強車輪創(chuàng)新與研發(fā)的力度，應用性能較強的車輪，延長車輪使用壽命。比如，相比于早期錐型踏面的車輪而言，通過車輪踏面的創(chuàng)新設計形成的磨耗型車輪踏面，其磨損速度得到有效降低，實現(xiàn)了車輪與鋼軌接觸應力的降低。與此同時，基于北京、濟南等鐵路部門所應用的機車車輛車輪實際情況以及列車運營條件，針對運行于小半徑曲線段的車輛車輪踏面進行創(chuàng)新設計，得出JM磨耗型車輪踏面。

實踐證明，經(jīng)過改革后的車輪踏面，其使用壽命大大延長。對于以往的車輪而言，車輪輪緣摩擦磨損降低了30%～70%，因此，鐵路局應根據(jù)鐵路線路實際情況，以創(chuàng)新精神為指導，注重車輪創(chuàng)新設計，研制出適合自身需求的車輪踏面，可有效降低車輪摩擦磨損，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標。

以上海鐵路局為例，根據(jù)所管轄區(qū)域內(nèi)線路實際情況，設計研發(fā)的ST系列磨耗型車輪踏面在實際應用過程中取得了良好的效果，如表1所示，輪緣磨耗率降低了38%，相比于原標準錐型踏面而言，每臺機車1年能夠節(jié)約14 000元以上的費用。

表1 DF11型機車車輪踏面改造前后磨耗

輪位ST系列磨耗型車輪踏面原標準車輪踏面 左輪緣厚度/mm右輪緣厚度/mm左輪緣厚度/mm右輪緣厚度/mm 131.031.028.528.5 230.828.828.525.1 330.630.529.2 27.8 429.228.0 28.8 27.6 530.030.728.827.0 631.227.829.328.5

注：數(shù)據(jù)為小修檢測測得數(shù)據(jù)，機車路程為160 000 km。

2.3 科學選擇鋼軌類型，實現(xiàn)節(jié)能降耗

由上述分析可知，在鐵道機車車輛車輪摩擦磨損中，波磨是鋼軌的主要摩擦磨損類型，對鋼軌使用的穩(wěn)定和安全有較大的影響。針對鋼軌波磨問題，可根據(jù)實際情況，通過改善鋼軌類型進行處理，提升鋼軌檢修的養(yǎng)護質(zhì)量，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標。比如，相比于傳統(tǒng)鋼軌而言，淬火鋼軌性能較好，在實踐應用過程中摩擦損傷得到有效改善。因此，在軌道規(guī)劃過程中，應對易產(chǎn)生硬性摩擦或摩擦磨損發(fā)生概率相對較高的線段應用淬火鋼軌，從而延長鋼軌的使用壽命，達到節(jié)能降耗目的。與此同時，實踐證明采用軌面打磨進行鋼軌處理，也能夠改善鋼軌摩擦磨損，延長50%的波磨軌壽命。

3 結束語

總而言之，鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損是影響鐵路運輸穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟的重要因素。因此，需明確認知鐵道機車車輛輪軌摩擦磨損狀況，注重新材料、新工藝、新技術的研發(fā)與應用，增大維護養(yǎng)修力度，保證節(jié)能降耗措施應用的科學性、合理性，從而延長輪軌壽命，促進鐵道機車車輛輪軌節(jié)能降耗的發(fā)展。

［1］張軍，王雪萍，馬賀.增黏砂對機車車輪踏面剝離影響的試驗研究［J］.機械工程學報，2018，54（08）：68-73.

［2］徐昕.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損情況及與節(jié)能降耗分析［J］.科技經(jīng)濟導刊，2018（02）：33.

［3］張建軍.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗［J］.黑龍江科技信息，2017（02）：241.

2095－6835（2018）20－0083－02

U211.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.083

〔編輯：張思楠〕