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鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損情況及與節能降耗分析
2024-01-04
唐凌
摘 要：近年來，出行事故時常發生，出行安全問題逐漸備受多方關注，作為出行主要方式的鐵路運輸方式的安全運行自然顯得尤為重要。由于鐵道機車運行基礎是車輪和軌道，所以在二者相互作用時極易因不斷摩擦而產生磨損情況，引發相關事故，對此，本文進行了相關研究與分析，并提出了相關節能減耗措施，望對相關機車運行過程提供幫助。
關鍵詞：鐵道機車車輛輪軌；摩擦磨損情況；節能降耗
鐵道運輸得以順利進行主要依賴于鐵路軌道和車輛車輪之間的黏著制動力和黏著牽引力，但是在實際的運行過程中常常因二者之間的相互摩擦而造成兩者損壞現象，一旦輪軌損壞后不僅會消耗大量的能源和能量，還會浪費很多的維修資金[1]。為了進一步降低這種磨損情況，本文針對性的進行了輪軌摩擦現象的分析，并在節能理念下提出了節能措施，現將研究分析內容論述如下。
1 摩擦與輪軌磨耗之間的關系
輪軌之間具有一定的摩擦，二者在相互作用時會形成一定的相對運動和接觸壓強。長期的磨損會消耗大量的能源，而消耗能源的用量則與輪軌之間的摩擦情況直接相關。除此之外，磨耗還與運動率和接觸壓強密切相關。同運動率、接觸壓強和摩擦系數之間呈正相關。而期間產生的材料消耗情況則是多種因素共同作用的結果。磨損具有一定的發展模式，多由輕微摩擦轉變為嚴重磨損，所以必須在日常加強對輪軌的檢修和維護，這樣才能進一步延長輪軌的使用時間。為了有效的降低磨損，可以選用硬度較高的材料，也可以對運動率、接觸壓強等進行調整，既可以在鋼軌側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，實現降低能量消耗和鋼軌垂磨的目的，同時軌頂的摩擦控制還可以減緩列車通過曲線時的彎道作用力。彎道作用力的降低直接導致鋼軌側面和車輪輪緣接觸面上的壓強減小，進而降低輪緣和軌側的磨損。
2 鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損情況
1.鐵道機車車輛車輪的摩擦磨損情況分析
鐵道機車車輛運行過程中，車輪是其主要的走行部件之一。長時間的、持久性的車輪滾動狀態會導致車輪出現磨損狀況，而經磨損后的車輪又會對鋼軌上的踏面造成損傷?；瑒右矔斐商っ鎿p傷。總結其車輪磨損形態，主要包括據輪輞疲勞裂紋、輪緣磨耗、車輪踏面剝離、熱損傷以及踏面崩裂等。究其原因多為制動熱應力疲勞、輪軌接觸應力、夾雜物應力過于集中以及結構存在缺陷等。由于車輪存在上述多種摩擦磨損問題，所以必須時常更換車輪或者對車輪進行檢修，由此產生了很多檢修費用和車輪購置費用，其中還包括人工勞務費等，可以說車輪出現磨損問題后會引發一系列的多種問題。
2.鐵道軌道的摩擦磨損情況
鐵路鋼軌磨耗現象是目前鐵路磨耗現象中比較常見的問題，目前國內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了嚴重損傷狀況，由此引發的損失極為巨大。目前常見的軌道摩擦磨損分類主要包括波磨、側磨、壓潰、剝離等，這四種分類幾乎就占據了軌道磨損總量的80%。近些年來，隨著經濟發展水平和人們生活水平的不斷提升，鐵路運輸承擔了更多的運輸任務，由此伴生了更多了軌道摩擦磨損現象。由于軌道多由鋼材構成，所以一旦經受長期磨損勢必需要進行更換，這樣就會增加鋼材的使用量。自“十五”之后，國內的鐵道鋼材用量就超過了110萬噸/年，這對于日益緊缺的能源來說是較大的問題。
3 輪軌節能降耗措施研究
1.潤滑噴涂措施
鐵道機車的輪軌在進行長期的運行中總會出現一些摩擦和磨損情況，究其原因主要是因為車輛擺角剛度較高或者是曲線半徑較小從而使車輪出現磨損情況，降低車輪的使用壽命。對于這種現象通常情況下會采取潤滑噴涂措施，潤滑噴涂位置多選為輪緣同軌側的接觸面，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。下面就其具體的應用進行分析：①干式固塊潤滑方式。該方式作用機制主要利用的是干式固塊潤滑系統，這種系統安裝簡單、具有一定的自我調節能力。可以在設計的起初進行安裝，也可以在后期進行改造安裝。該系統值得注意的優點之一為不會因輪軌擠壓轉移相關物質到軌頂，有效的降低了污染。由于該種方式使用的是固體潤滑劑，所以必須細致處理好安裝比例和位置，從而增加潤滑效果?？梢詫喚夁M行潤滑處理，也可以在軌頂和車輪踏面之間進行潤滑處理，其中，對車輪踏面進行潤滑處理時可以利用車載自調節機械涂覆器進行。而市面上常見的水基液體摩擦調節劑也是潤滑劑的一種， 可以安裝在地面的道旁涂覆系統上。這種潤滑劑的作用原理主要是經由機車運行帶動涂覆區域的潤滑劑，在反復的攜帶過程中為鋼軌頂進行潤滑，同時，揮發水分，從而在鋼軌接觸界面和車輪之間建立一種固體薄膜，目的是降低輪胎的磨損性，延長其使用壽命。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，這種潤滑方式會在設計的起初就進行了合理安裝，由于油脂意流動，所以如何有效的進行精確控制是主要的問題之一。而且在該系統運行過程中極易導致油脂擴散到鋼軌頂面，對機車的制動牽引造成不利影響，出現車輪打滑現象。有相關研究對這兩種方式進行了對比研究，結果發現[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間。③地面道旁軌側潤滑系統。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。所謂波磨就是一種會影響出行舒適度的一種磨損情況，其形成原因多種多樣，但是經由道旁涂覆設備涂覆液體摩擦調節劑的使用后就會降低波磨現象。該系統能夠對鋼軌的軌角部位和軌側涂抹潤滑脂，然后保證機車在運行途中經由涂覆區域將潤滑脂帶入到外軌的軌側和軌角上。有效地降低波磨的增長率降。
2.使用耐磨損的車輪踏面
車輪出現磨損情況主要有兩種可能性，一是踏面出現磨損，二是輪緣出現磨損。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毫米的磨損面時要保證其磨耗深度低于10毫米[3]。在鐵路運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力，延長了輪軌使用時間。
3.使用徑向轉向架
以往的機車轉向架在進行設計時對曲線的設計不夠規范，為了在滿足牽引力的基礎上順利運行可以通過曲線設計進行優化。設置鋼軌和輪胎之間的沖角，在合理范圍之內盡量縮小曲線的半徑，降低磨損現象。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工作
作為一個使用系統來說，要積極對輪軌進行檢修和維護工作，設立專門的維護小組，及時排查問題，做好抽樣檢查工作，確保輪軌的順利運行。
4 總結
近年來，鐵路運輸發展逐漸轉為重載化和高速化，隨之也增加了多種鐵路運輸風險和事故，就鐵道機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，嚴重時還會導致火車脫軌現象，危及人員的生命安全。就此，本文進行了細致分析，提出了相關改善措施，并積極提出了相關節能減耗策略，力求在保障鐵路運輸效率的同時提升其節能性。
參考文獻
[1]周新建， 盧勇， 王成國，等. 大功率機車輪軌接觸應力計算分析[J]. 鐵道機車車輛， 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]. 鐵道機車車輛， 2012， 32（2）：39-41.
[3]康海濤. 鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節能降耗[J]. 城市建設理論研究：電子版， 2015（15）：23-35.
作者簡介
唐凌（1978-），山西太原，現武漢鐵路職業技術學院機車車輛學院教師，講師，研究方向：鐵道機車車輛和計算機。
來源：《卷宗》
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