张三多，李剑华

（广州地铁集团有限公司，广东广州 510330）

0 引言

广州地铁一号线列车轮对踏面型号为UIC S1002，轮对内侧距为1 353 mm。一号线列车轮对镟修的主要原因为轮缘磨耗率大导致轮缘偏小，根据实际镟修经验，补偿1 mm轮缘厚度，需镟修4～5 mm轮径，一条新轮对轮径840 mm，可以镟修3～4次即到限，轮对使用寿命通常为2～3年，使用寿命短，这样一来使得镟轮、换轮作业频繁，大大增加检修分部生产及供车压力。为了调查并解决该问题，研究一号线列车轮对磨耗情况和线路特征，从力学及动力学角度分析磨耗原因及应对措施。

1 列车轮对运用现状

广州地铁一号线A1型车轮对运用情况自2009年起开始变的恶劣，主要表现为轮缘的磨耗，且长期存在偏磨的情况，按曲线方向统计了A1、A2、A3车近几年来轮缘的平均磨耗率如图1所示，可以看出A1车轮缘磨耗率大于A2、A3车轮缘磨耗率，如图2所示，且上行右侧轮缘磨耗率也明显大于上行左侧轮缘磨耗率。

2 磨耗原因分析

2.1 线路情况

图1 轮缘磨耗率

统计一号线上行（上下行规律相同）小曲线转向里程，如图3所示。所有小于600 m的小曲线线路中，逆时针偏转线路里程是顺时针偏转线路里程的78.1%，而小于等于400 m的小曲线半径中，逆时针偏转线路里程是顺时针偏转线路里程的139.8%，300 m和320 m的小曲线半径中，逆时针偏转线路里程是顺时针偏转线路里程的191.8%，这表明，小于等于400 mm特别是300 m和320 m的小曲线里程数决定着一号线轮缘偏磨规律，列车通过400 m以内小曲线能力不足。

图2 轮缘磨耗特征

上行线300 m和320 m逆时针偏转小曲线段总共1 471 m，分布于芳黄、烈东、体体、体广四个区间，要从轨道方面降低轮缘磨耗，需首先从这四个区间的小曲线段入手，建议加强轨旁轮缘润滑或考虑加宽轨距等。

图3 曲线转向里程

2.2 异常磨耗分析

轮对磨耗数据显示，广州地铁一号线上行右侧轮缘磨耗速率普遍大于左侧。根据列车运行性能，转向架在列车运行前进方向的导向轮的轮缘磨耗率要大于同一转向架的非导向轮的轮缘磨耗率，所以可以看出是列车在运行方向转向架导向轮的轮缘磨耗率较大。根据向心力产生机理，如图4所示，上行右侧轮缘磨耗速度较快是由于列车通过逆时针偏转的曲线偏多、小曲线通过能力不足导致，由于向心力作用，通过小半径曲线时，踏面锥度自导向能力不足，使轮缘与钢轨发生了严重的贴靠导致轮缘快速磨耗[1]。

图4 曲线地段的轮轨接触情况

3 轮对踏面换型分析

3.1 S1002与LM型踏面对比分析

广州地铁一号线轮缘磨耗速度快与线路曲线段较多、曲线半径小有关系，要减小轮缘磨耗，需提高车辆曲线通过能力。查阅相关文献，我国大部分地铁车辆轮对、正线运行客、货车轮对采用LM型磨耗踏面[4]，因此对比分析了S1002踏面与LM踏面的曲线通过能力。

图5 LM踏面与CHN60钢轨接触关系

通过图5和图6中CHN60钢轨分别与LM踏面、S1002踏面接触关系可知，LM磨耗型踏面和S1002踏面与我国60 kg/m钢轨匹配时存在明显差异。S1002踏面的等效锥度比LM磨耗型踏面的要小，当轮对横移量为6 mm时，LM型踏面的等效锥度就达到了0.25，而S1002踏面的等效锥度还不到0.2，只是当轮对横移量8.5 mm以后开始轮缘接触，等效锥度才急剧增大，等效锥度过小影响列车曲线通过能力。

图6 S1002踏面与CHN60钢轨接触关系

从图7、图8平稳性指标来看，不同踏面对列车横向平稳性影响较大，LM踏面的横向平稳性相对S1002踏面差，但是在80 km/h速度范围内，都小于2.75，能达到GB5599-85规定的良好水平。

图7 横向平稳性指标

图8 垂向平稳性指标

图9 踏面形状对曲线通过性能的影响

从图9踏面形状对曲线通过性能的影响可以看出，车轮踏面形状对车辆的曲线通过性能影响很大。在同一曲线半径下，采用S1002踏面的车辆曲线通过时，其最大轮轨横向力、脱轨系数及轮轨磨耗指数都比采用LM磨耗型踏面时大，也即其曲线通过性能相对较差[2]。对于S1002踏面，其运行稳定性比较好，但其曲线通过性能相对较差，而LM磨耗型踏面则正好相反。鉴于一号线轮缘磨耗问题突出，有必要优先考虑列车曲线通过性能。

根据欧洲标准UIC S1002磨耗型踏面匹配的轮对内侧距为1 360 mm，广州地铁一号线轮对内侧距是1 353 mm，根据S1002踏面几何形状可知，广州地铁一号线踏面等效锥度偏小，曲线通过能力较差，这也是一号线轮缘磨耗速度较快的另一个原因。除了更换LM型踏面增加曲线通过能力外，由于一号线曲线段多、曲线半径小，要降低轮缘磨耗，需加强轮缘润滑，一号线总共35列车，按照30%比例配置轮缘润滑装置，需配置10.5台（取整为11台），目前只配置9台，需再增加两台，并加强现有轮缘润滑装置的维护，确保其正常工作。

图10 一号线列车轮对磨耗情况

3.2 踏面换型效果

为验证LM型踏面可增加曲线通过能力、降低轮缘磨耗，在2015年8月分别挑选了一列A1和A2、A3车进行实验，将原有S1002踏面镟修为LM磨耗型踏面，统计2列车的轮对磨耗情况，如图10一号线列车轮对磨耗情况所示，发现轮对磨耗有所改善，磨耗率有所下降。

4 结论及措施

从以上分析可得，一号线轮对偏磨的主要原因一号线曲线段多、曲线半径小，通过小半径曲线时，踏面锥度自导向能力不足，使轮缘与钢轨发生了严重的贴靠导致轮缘快速磨耗；曲线通过能力对比表明，LM型踏面曲线通过能力优于S1002踏面，且通过实验列车轮对磨耗情况来看，LM型踏面磨耗率小于S1002踏面[3]。鉴于一号线轮缘磨耗速度较快，建议将轮对踏面更换为LM型，内侧距维持1 353 m，增加车载轮缘润滑装置，并加强小曲线段钢轨的涂油作业，考虑定期对转向架换边作业。