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    輪緣潤滑裝置在城市軌道車輛中的應用

    2021-03-16

     1、引言

    城市内軌道交通車輛在運行過程中,車輪的輪緣會與軌道的側面産生摩擦與接觸,不僅會形成一定的阻力,還會使軌道與輪緣受到磨耗,特别是軌道車輛在曲線段運行時,這一問題更加明顯。為了有效解決這一問題,應對軌道車輛的車輪或軌道進行的潤滑裝置,從而有效減少軌道與車輪之間的摩擦以及車 輛運行的阻力,還也減少動力的損耗與噪聲,降低輪軌的磨耗速度,全面提高軌道與車輪的使用期限,并進一步減少車輛的 維護成本和運行成本。 

    2 研究目的、内容與方法

    2.1 研究目的

    對于地鐵運行,鋼軌和輪緣的接觸是确保其穩定運行的主要保障,即二者配合的狀态會直接影響車輛運行的穩定性。 所以,如何使鋼軌和輪緣達到最佳動态配合是廣大技術人員 深入研究的主要内容和目的。 相比于傳統的錐形踏面車輪,磨耗型車輪在性能的穩定性方面有了質的飛躍,但是在其實際運行過程中依然會出現多種 難以預測的磨耗。而如何在輪軌車輛的運行過程中确保輪緣的 穩定狀态成為主要研究問題。另外,有效減少損耗,延長輪緣的 使用壽命,并進一步提高地鐵車輛運行的穩定性,也是地鐵技術工作人員在多年工作中所追求的目标。

    2.2 研究内容 本文通過對北京地鐵房山線車輪狀态的數據進行收集和分析,得出輪緣磨損嚴重的相關資料,而後對目前常用的 3 種 主流輪緣潤滑方式進行試驗和對比[1],尋找最佳地鐵輪緣潤滑方案,并對其進行理論驗證,再結合裝車試驗結果,總結改造 後的具體效果。

    2.3 研究方法 具體研究流程為:數據采集、統計和分析,潤滑裝置的選 擇、安全性能的驗證分析以及實際的效果驗證。數據采集,統 計和分析主要指的是結合先期運行情況收集 車輪狀态數據并進行統計分析;潤滑裝置的選擇是根據國際主流潤滑形式進行試驗,選擇最優潤滑方式;安全性能的驗證分析指的是驗證所 選潤滑設備的抗沖擊性及壽命,同時,驗證所選潤滑設備裝車 後車輛安全性;實驗效果的驗證是對所選潤滑設備進行裝車試 驗并采集數據,然後對比潤滑前後車輪磨損狀态得出結論。

           北京地鐵房山線,總體長度約為 21.45km,采用高架橋和地 下線路混合方式進行運營,車輛驅動形式采用四動車兩拖車的 編組形式。動車每節車廂的牽引系統由 4 台交流電動機組成,設計速度從 80km/h 提高至 100km/h。同時,房山運營線路結合了車輛運行速度較快,運行線路上設計有高速彎道,線路設計坡度較大等情況,車輛在運行時對輪緣狀态有較高的要求。 

    3 輪緣潤滑裝置在城市軌道車輛中的應用

    3.1 車輛輪緣磨耗分析及潤滑裝置選型規則制定 為了更加準确地獲取房山線各個車組輪徑和輪緣的實際數據,需工作人員每月對車輛進行檢修時完成數據測量,以此 獲取有關房山線車輛輪緣磨耗的真實情況,對車輛的行駛狀 态進行及時調整。

    房山線 BJD01 型車與地鐵二分公司其他線路車輛相比輪 緣平均磨耗速度是其他車輛的數倍,且垂直磨耗嚴重導緻恢 複輪緣尺寸時需要消耗的輪徑值偏高。有部分車組輪緣磨耗 最快可達到 1.2×10-4mm/km,另有部分車組輪緣磨耗速度超過 5×10-5mm/km。 經過分析後,得出 3 種方案:

    (1)潤滑油方式。優點為:覆 蓋率比較高,且潤滑效果好。缺點為:設備比較笨重,而且需要通過焊接進行構架,屬于永久式安裝,後期的容錯率比較低。 

    (2)潤滑脂潤滑方式。優點為:覆蓋率高、對後車潤滑效果良好。

    缺點為:無法準确控制油膜的面積,制動效果不佳,實際運行時 噪聲較大,從而影響司乘人員對故障的判斷。

    (3)固體潤滑方 式。優點為:結構比較簡單、維護便捷、性能可靠。缺點為:相比 于潤滑油和潤滑脂方式,其潤滑效率相對較低。房山線降低輪 緣磨耗的方式需要滿足在既有線路上運行,同時要明确其安全可靠、效果較明顯、安裝維護便捷等特性。所以,針對房山線 輪緣潤滑設備的需求,應選擇固體潤滑方式。

    3.2 潤滑裝置結構性能驗證及裝備後車輛安全性分析

    3.2.1 潤滑器的性能驗證

    驗證機械沖擊:确保複合潤滑器在安裝與使用的過程中,可以承受從車輪位置所傳遞的單一方向的沖擊力,故應對沖 擊方向做好機械沖擊方面的驗證。 驗證耐久性:為了确保複合潤滑器安裝使用時在橫向、縱 向、垂向上不會産生疲勞裂紋,故對其進行了疲勞性耐久驗證。

    3.2.2 支架性能驗證

    驗證機械沖擊:确保支架安裝使用過程中,可以承受由符 合潤滑器所傳遞過來的單一方向的沖擊力,故應對沖擊方向進行機械沖擊驗證。 驗證耐久性:為了确保支架安裝使用時在橫向、縱向、垂向上不會産生疲勞裂紋,故對其進行了疲勞性耐久試驗。

    3.2.3 設備安裝後車輛安全性驗證

    房山線的 B 型盤式制動(CW6500D 型)地鐵動車加裝了棒 式輪緣潤滑裝置,為了确保加裝輪緣潤滑裝置後的車輛能夠安 全、平穩的運行,應對該車型進行了動力學性能分析計算及參 數優化。主要驗證的内容如下:

    (1)車輛模型的标定與軌道激繞 的輸入;

    (2)車輛動力學性能計算方法和評定;

    (3)車輛運動穩定性(臨界速度)及平穩性(平穩指标);

    (4)車輛曲線通過能力;

    (5) 車輛自振頻率及軸重轉移驗證;

    (6)車輪磨耗後運動穩定性(臨 界速度)及平穩性(平穩指标);

    (7)車輛磨耗後曲線通過能力。 

    4 輪緣潤滑裝置裝車後效果驗證

    通過對北京地鐵房山線的 B 型盤式制動列車進行的安全性能分析得出結論如下:新造車整體在各式載荷工況下,動車、 拖車臨界速度均遠超線路設計值,能夠滿足 100~140km/h 速度 級别的要求,且有足夠的餘量;在 140km/h 的速度界限内,列車水平方向和垂直方向的穩定性指标均小于判定值;依據所驗證 的速度,通過不同半徑彎道時車輪與車軸的橫向力均小于臨界 值,脫軌系數、輪重減載率和傾覆系數也都處在安全界限内。 驗證結果表明,北京地鐵房山線的 B 型盤式制動地鐵動 車、拖車在加裝輪緣潤滑裝置後的各項動力學指标均符合GB/T 5599—2019 《鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規 範》中的規定,且具有足夠的蛇行穩定性,能夠滿足線路正常 運行速度的要求。 

    5 輪緣潤滑裝置在城市軌道車輛上應用的優勢 經分析,輪緣潤滑裝置對降低本車組輪緣磨耗以及未安 裝潤滑裝置車組的輪緣磨耗都起到了作用,對改善輪軌關系 提高運行穩定性都有顯著的效果。在安裝輪緣潤滑裝置後加 裝潤滑設備與未加裝潤滑設備的列車在空載和額定負載條件下,牽引制動性能及運行穩定性均無異常,整車牽引制動 性能良好,運行穩定。同時,安裝後,車輪輪緣的磨耗速度降 低了2/3,有效減少了車輛的檢修與維護費用和工作量,确保了車輛運行的安全性和穩定性。

    6 結語綜上所述,通過輪緣潤滑裝置可以有效降低地鐵輪緣磨 耗,确保鋼軌和車輪之間可以保持穩定的關系,從而提高輪餅的 更換周期,降低檢修和維修成本,充分表明在未來的城市軌道交 通行業中,輪緣潤滑技術應用的重要價值與重要意義。


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