维普资讯 http://www.cqvip.com 问题讨论 文章编号：１００２－７６０２（２００７）０６—００３２—０３ 铁道车辆 第４５卷第６期２００７年６月 ｋ活沾钦４号谈 轮轮锯异常磨耗 原围分衍殷留 旖旎 王生华 （上海地铁运营有限公司车辆分公司，上海２００２３３） 摘要：介绍了上海地铁４号线车轮的材料、机械性能、轮缘异常磨耗等情况，研究了轮轨系统不稳定、环行线路、车 轮及轨道硬度匹配以及一系定位刚度等对车轮异常磨耗的影响，并提出了提高车轮硬度、列车定期换端运营以及安装轮 缘润滑装置等解决措施。 关键词：地铁车辆；车轮；轮缘磨耗；故障分析 中图分类号：Ｕ２７０．３３１ ．１ 文献标识码：Ｂ 上海地铁４号线是一条全长３３．７７ ｋｍ的环行 线，由上海地铁明珠线二期２２ ｋｍ线路（１７座地下站 台）和３号线１１．７７ ｋｍ共线段（１座地面站台、８座高 架站台）组成。２００５年１２月３１日，上海地铁４号线 通车。列车投入运营不久，即出现了严重的车轮轮缘 异常磨耗现象，国产车轮尤其突出。 直径为８４０ ｍｍ的新轮经过２次旋轮，轮缘再次磨耗 超标即报废。 ２车轮异常磨耗调查 上海地铁４号线车轮材料为ＥＲ７。其中，前８列 列车采用的是进口车轮，后续列车采用的是国产车轮。 针对日益严重的车轮异常磨耗现象，笔者对４号线车 轮的化学成分、机械性能、轨道条件等进行了调查研 究。 ２．１车轮化学成分 １轮缘磨耗情况 上海地铁４号线开通不到１个月，即出现了多个 车轮轮缘严重磨耗的现象。其中，环线外侧方向的国 产车轮轮缘磨耗尤为严重，最大轮缘磨耗量达到了 ８．９４ ｒａｍ／万ｋｍ。为此，对３号线、４号线列车进行了 跟踪调查，发现３号线轮缘磨耗量约为０．２１１ ｍｍ／万 ｋｍ；４号线进口车轮平均磨耗量为１．１３ ｒａｍ／万ｋｍ， 国产车轮平均磨耗量为３．５２ ｍｍ／万ｋｍ。与部分共 线运营的３号线车轮相比，４号 线车轮轮缘异常磨耗非常严重。 车轮轮缘磨耗超标后，需要 对车轮旋轮。根据旋轮经验，车 轮每恢复１ ｍｍ轮缘厚度，踏面 直径将减小４．５ ｍｍ。为了把轮缘厚度从２６ ｍｍ恢复 到３２ ｍＥ，１次旋轮后车轮直径将减小约２７ ｍｍ。一个 收稿日期：２００６—１２－０８ 作者简介：王生华（１９６９一），男，工程师。 进口车轮国产车轮Ｃ Ｓｉ 对进口车轮和国产车轮材料进行了取样分析，化 学成分见表１。对照ＥＮ １３２６２：２００４（（铁路应用轮对 和转向架车轮产品要求》可以看出，进口车轮和国产 车轮材料分别符合ＥＲ９和ＥＲ７的标准。 表１车轮化学成分分析 Ｍｎ Ｐ Ｓ Ｃｒ Ｎｉ Ｍｏ Ｃｕ Ｖ ％ ０．５７４ ０．３００ ０．７２１ ０．０１０ ０．００７ ０．２０４ ０．１３３ ０．０４６ ０．０６３＜Ｏ．０００ ３ ０．５０１ ０．２５２ ０．７０６ ０．０１４ ０．００５ ０．２５２ ０．０４０ ０．００７ ０．０４７ ０．０１９ ２．２机械性能 ２．２．１轮辋硬度 按照ＥＮ １３２６２：２００４分别对进口车轮和国产车轮 进行了硬度测试，测试结果见图１。从图１可以看出， ［Ｒ］．２００５． 参考文献： ［１］严隽耄，成建民．车辆工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９９． ［３］ 西南交通大学３０ ｔ轴重铸钢转向架动力学计算报告［Ｒ］．２００５． ．［４］西南交通大学・３Ｏ 轴重铸钢转向架强度计算报告［Ｒ］－２００５． ［２］西南交通大学．３ｏ ｔ轴重铸钢转向架摇枕、侧架强度试验报告 ・（编辑：郭Ｈ军） ３２・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 上海地铁４号线车轮轮缘异常磨耗原因分析及解决措施 王生华 进口车轮的硬度（ＨＢ）为２７２￣２８３（轮辋下３５ ｍｍ处）， 国产车轮的硬度（ＨＢ）为２４６￣２５５（轮辋下３５ ｍｍ处）。 虽然２种车轮的硬度都符合ＥＮ １３２６２：２００４，但靠近轮 缘处的硬度低于踏面处的硬度（ＨＢ）约２０￣３０。 进Ｉ一 ｌ／ ２．３车轮踏面形状及轮对内侧距 车轮踏面为引进的ＤＩＮ踏面外形，轮对内侧距为 １ ３５６ ２ ｍｍ。 ２．４轨道情况 上海地铁４号线铺设国产６０ ｋｇ／ｍ钢轨（未进行 淬火处理），线路最小曲线半径为３００ ｍ，轨道材料（包 括４号线共线段）为ＰＤ３，硬度（ＨＢ）为３００±２Ｏ，轨距 口车轮 ／Ｊ ＋ ＋ ＋ 上 ＋ 为１ ４３５ ｍｍ，执行的轨道维护、检修标准与其他线路 ２９５ ３Ｄ６ ２９８ ２９２ ２８５ ２７５ Ｉ ＋ ＋ ＋ ＋ 十 ＋ ２９５ ２８５ ２７８ ２７８ （２７５）２６９ －４－ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ （２８３） ２８２ （２７２） ２７５ ２６９ ２６３ 上 【．．．一７０ ＋ ＋ ＋ ＋ ２Ｂ２ ２７５ ２６３ ２５７ ２Ｓ２ ｌ２５ （６２５） ２５３ ／ ， 括号内数据为ＥＮ标准确定的位置 图ｌ车轮硬度比较 ２．２．２机Ｔ械性能试验 进口、国产车轮机械性能（包括拉伸强度、冲击功、 延伸率等）测试结果见表２。由表２可以看出，进口车 轮机械性能符合ＥＲ９的要求，国产车轮机械性能符合 ＥＲ７的要求。 表２车轮机械性能测试与比较 相同。经过实地检查，发现直线段钢轨侧面粗糙，磨损 仅限于轨顶部分，曲线段钢轨内侧面磨损明显。与其 他线路轨道情况相比，４号线轨道磨损正常。 ３轮缘异常磨耗原因 车轮磨耗包括踏面磨耗和轮缘磨耗，磨耗原因主 要取决于轮轨匹配及线路和车辆的匹配关系。 ３．１轮轨系统不稳定 列车投入运用前非共线段的钢轨没有进行磨轨， 新轨内表面粗糙。新车车轮在新旧轨道上运营，磨耗 量一般比经过磨合的轮轨要大。所以，新轮、新轨系统 不够稳定是造成车轮轮缘磨耗严重的原因之一。 ３．２环行线路 ４号线是上海目前唯一的一条环行线路，并由高 架、地面、地下线路组成。该线路多穿行于老城区，为 了躲避建筑物，设置了许多小半径的曲线。列车在环 线上运行时，由于离心力的作用，外侧车轮轮缘受到的 横向力远大于内侧车轮轮缘，特别是经过小曲线时，横 向轮轨磨耗尤为突出。因此，外侧车轮轮缘磨耗更为 严重，这一点在实际运用中也得到了很好的验证。 ３．３车轮、轨道硬度匹配问题 上海地铁４号线的轨道硬度（ＨＢ）为３００。而根 据上述试验数据，进口车轮硬度（ＨＢ）为２７２～２８３，其 轮轨系统硬度匹配值Ｈ轨／Ｈ轮一１．Ｏ８：１。国产车轮 硬度（ＨＢ）为２４６～２５５，其轮轨系统硬度匹配值Ｈ轨／ Ｈ轮一１．２：１。对于非淬火轨ＰＤ３来说，当Ｈ轨／Ｈ轮 ＞１．１３时，车轮磨耗会迅速上升口］。由此可见，国产 车轮硬度偏低、与轨道硬度不匹配是造成车轮严重磨 耗的又一重要原因。 ＥＲ７是一种在国外普遍应用于速度高于２００ ｋｍ／ｈ 的列车的车轮材料口］。该材料是否适用于速度低于 ８０ ｋｍ／ｈ、小曲线多的城市轨道线路还有待于进一步 分析和研究。 ３．４一系定位刚度 根据４号线列车的参数进行了动力学计算。在列 ・３３’ 维普资讯 http://www.cqvip.com 铁道车辆 第４５卷第６期２００７年６月 车其他参数不变的情况下，改变一系定位刚度，计算列 车通过小半径曲线时的磨耗功，比较一系刚度对车轮 磨耗的影响。由于３号线列车状态与４号线列车相 近，又有部分共线运营，有一定的可比性，所以采用２ 新线开通时，在列车上安装轮缘润滑装置能降低轮轨 间的摩擦因数，从而有效降低轮缘磨耗。根据上海地 铁１号线运营经验，安装轮缘润滑装置前后，轮缘磨耗 量分别为０．２４ ｍｍ／万ｋｍ和０．１４ ｍｍ／万ｋｍ，轮缘 磨耗量平均降低４２ 。 ４．２列车定期换端运营 组一系刚度值，一组是该车设计值，另一组是３号线列 车一系刚度值，见表３。 表３车辆一系刚度（Ｂ车、Ｃ车） ＭＮ／ｍ 由于环线的原因，在车轮出现轮缘异常磨耗４个 月后，采取了列车每２周换端运营的措施。列车定期 如果采用轮轨磨损指数来评价轮轨磨耗程度，满 载工况下列车通过Ｒ３００ ｍ曲线时的磨耗功计算结果 见表４。 表４车辆磨耗功（Ｂ车、Ｃ车） Ｎ・ｍ／ｍ 由表４可以看出，列车通过小半径曲线线路时，一 系纵向刚度会减小，对改善列车轮缘磨耗有一定的作 用。为了不影响列车的临界速度，转向架一系纵向刚 度的取值要综合考虑各种因素，最终选取一组优化的 数值。 ３．５其他原因 对于这次４号线车轮异常磨耗来说，除了上述提 到的原因，其他如踏面形状、轮对内侧距、转向架回转 刚度等对轮缘异常磨耗的直接影响较小。这是因为无 论是同类型的列车在其他线路上运行，还是其他类型 列车在４号线共线段运行，都没有发生突出的轮缘异 常磨耗问题。 ４措施 ４．１安装轮缘润滑装置 对于轮轨系统来说，由于横向力的作用，轮缘磨耗 是不可避免的。而新轨／新轮、新轨／旧轮、旧轨／新轮 系统轮缘磨耗更为突出。为了降低轮缘磨耗，特别是 ・３４ ・ 换端运营后，轮缘磨耗量明显降低，轮轨关系趋于稳 定，国产车轮轮缘平均磨耗量降为１．３６ ｍｍ／万ｋｍ， 车轮旋轮周期明显延长。 ４．３改变车轮材质及硬度 在对车轮材料、硬度等方面进行研究后，参考既有 线路列车车轮运用情况，车辆供货商重新订购了材料 为Ｒ９Ｔ的车轮，并细化了车轮技术标准，严格控制硫、 磷含量，并将硬度（ＨＢ）控制在２６５～３ｌ１范围内。部 分列车经过５个月的运营考核，其轮缘平均磨耗量降 为０．６７ ｍｍ／万ｋｍ，虽然未达到正常状态，但轮缘磨 耗现象有明显改善。 ４．４优化车轮踏面 应尽快研究出一种适合国内轨道条件的车轮踏 面，以有效减低车轮磨耗量。 ５结论 综上所述，可以得出如下结论： （１）国产车轮材料ＥＲ７硬度偏低是出现车轮轮 缘异常磨耗的主要原因，因此提高车轮硬度对改善轮 缘磨耗有明显效果； （２）环行线路对于外侧车轮轮缘磨耗有较大影 响，列车定期换端运营能在一定程度上改善车轮偏磨 现象； （３）列车安装轮缘润滑装置能有效提高车轮寿 命，特别是新线开通且未进行磨轨时，效果更明显； （４）优化转向架悬挂参数对改善轮轨关系、降低 车轮磨耗有较明显的作用。 参考文献： Ｅ１］ 贺万泉．我国地铁车轮的选型及应用［ｚ］．２００６． ［２］水恒勇，等．高速列车辗钢车轮材料的发展［Ｊ］．钢铁研究学报， ２００３．（６）：６６—６９． ［３］ＥＮ １３２６２：２００４，铁路应用轮对和转向架车轮产品要求ＩＳ］． （编辑：李 萍）
