跨座式单轨列车轮胎寿命的影响因素分析

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都市快轨交通 ·第 22卷 第 4期 2009年 8月
定轮则起到缓冲车辆横向振动的作用 。如果转向架在 平衡位置没有位移 ,导向轮和稳定轮将以有效半径向 前滚动 ;当转向架发生横移 、侧滚 、摇头时 ,导向轮和稳 定轮随之产生偏移 ,这时单侧或双侧的水平轮胎会受 到轨道梁侧面的径向压力 ,这种压力将迫使转向架回 到平衡位置 。跨座式单轨车辆的走行特点 ,将使轨道 梁承受较大的扭转荷载 [3 ] 。
此外 ,除道岔和指形板引起的轨道不平顺外 ,轨道 梁水泥面的浇注质量也是决定列车轮胎磨损速度的因 素之一 。经验表明 ,轮胎的磨耗会随着路面的粗糙程度 的增大而增大 [4 ] 。在轨道梁表面质量方面 ,我国与日本 等发达国家还存在着较大差距 ,由此引起的胎面磨损已 成为重庆单轨列车轮胎寿命不理想的重要原因。因此 , 在单轨线路建设中应设法提高轨道梁的浇注质量和架 设精度 ,以降低轮胎磨损速度 ,提高运行的平稳性 。 3. 4 轨道面的清洁
50 (车辆段 )
100 (车辆段 )
3. 3 道岔 、指形板和轨道面质量 当列车通过关节型道岔时 ,关节型道岔侧向不平
顺 ,水平轮在关节型道岔梁上会产生横向的起伏 ,此横 向力传递给转向架 ,导致转向架在轨道梁上产生横向 滑动 ,从而造成列车轮胎的局部异常磨耗 。
由于指形板用以连接两段轨道梁 ,指形板之间、指 形板与轨道梁之间衔接的不平顺会导致轮胎经过时产 生受力突变 ,从而引起列车轮胎面发生异常压伤和磨损。
列车的启动 、制动是不可避免的 ,但是驾驶员在列 车加速和减速过程中规范驾驶 、合理操作 ,无疑可以减 轻轮胎的负担 ,有效地延长轮胎的使用寿命 。 3. 2 线路条件对轮胎寿命的影响
为适应地形 ,方便建设和乘坐 ,跨座式轨道线路难 免会形成一些弯道和坡道 ,而列车在经过这些弯道和 坡道时所发生的轮胎磨损远远超过平直轨道工况 。 3. 2. 1 弯道
望值有一定差距 ,而日本方面的实际运行里程可达 20 万 km ,这说明我国在提高单轨车辆的轮胎寿命方面尚 处于摸索阶段 。由于轮胎价格昂贵 ,因此有效地提高 其使用寿命无疑可降低运营成本 , 并提高经济效益 。 为此 ,本文对影响单轨列车轮胎寿命的相关因素做出 了初步分析 ,并提出可能的解决方案 。
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跨座式单轨列车轮胎寿命的影响因素分析
2 跨座式单轨列车转向架
跨座式单轨车辆转向架结构独特 ,与传统的钢轮 2 钢轨系统完全不同 ,为无摇枕结构的跨座式 2 轴转向 架 。欲研究单轨列车轮胎的走行特点 ,必须从其转向 架的结构着手 。
每辆单轨列车有 2台跨座式转向架 ,在动力转向架 的每根轴上由 1台交流牵引电动机驱动 ,以转向架承载 面为中心设置牵引装置和空气弹簧 。钢板焊接结构具 有足够的强度和良好的动力性能 ,转向架与车体之间的悬 挂装置为空气弹簧型二系悬挂 ,并装有横向减震器 [1]。单 轨列车车体直接坐落在空气弹簧上 ,通过空气弹簧 ,油压 减振器和横向止挡 ,缓和、衰减车体的振动 ;通过中心销、 中心销座、牵引橡胶堆和纵向止挡 ,传递牵引力和制动力 , 并由橡胶轮胎完成稳定、导向、驱动作用 [2] (见图 2) 。
图 4 磨损的单轨列车轮胎
3. 2. 2 坡道和轨道超高 列车在上 下 坡 时 的 牵 引 力 变 化 可 引 起 轮 胎 的 滑
转 ,从而加速轮胎的磨耗 ,此现象在长坡和陡坡行驶时 尤为严重 。以重庆市的轨道交通 2 号线为例 ,其正线 弯道的最小曲率半径为 100 m,最大坡度为 60‰,最长 坡长达到 500 m,据国外有关资料 ,此数据可对轮胎寿 命产生较明显的影响 。
(1) 优化轨道线路 ,尽量增大弯道的曲率半径 ,减 小轨道超高和坡度 。提高轨道梁的表面质量和架设精 度 ,从而改善列车运行条件 。
(2) 对道岔和指形板采取开槽 、加涂层等方式以 增加黏着系数 ,并尽量使用可挠型道岔 。
(3) 合理操作 ,正确驾驶 ,严格遵守坡道和弯道时 的限速要求 。
(4) 定期对走行轮和水平轮的压力进行检测 ,使 其保持合理的气压 。
4 结语
通过以上分析可知 ,单轨列车轮胎的磨损主要是 由线路条件 、驾驶操作情况 、运行情况及轨道面质量等
因素造成的 。采取一定措施可降低轮胎磨耗 ,防止不 正常的磨损和损坏 ,有效地延长轮胎的使用寿命 ,对单 轨交通系统降低运营成本 ,提高经济效益 ,确保行驶安 全具有重要意义 。为此可从以下几点考虑 :
参考文献
[ 1 ] 仲建华. 重庆跨座式单轨交通 [ J ]. 都市快轨交通 , 2004, 17 (5).
[ 2 ] 刘绍勇. 重庆跨座式单轨车辆转向架 [ J ]. 现代城市轨道 交通 , 2006 ( 1).
[ 3 ] 王省茜. 跨座式单轨铁路的特点及其应用前景 [ J ]. 中国 铁道科学 , 2004, 25 ( 1).
路时 ,可因地制宜、优化线路 ,以减少轮胎的不正常磨耗。 表 1为重庆单轨与日本冲绳单轨的线路参数对比情况 。
表 1 重庆单轨与日本冲绳单轨线路参数比较
重庆轻轨 2号线
日本冲绳单轨
轨道梁规格 / (mm ×mm)
1 500 ×850
1 400 ×800
最大坡度 / ‰
60
60
最小曲线半径 /m
100 (正线 ) , 250 (车站 ) 62 (正线 ) , 302 (车站 )
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W a ng W e ijie1 R e n Gua ng she ng1 Zha ng J inghua2
( 1. Chongqing University, Chongqing 400030;
[ 4 ] 王野平. 论轮胎的磨损 [ J ]. 汽车技术 , 1999 (6). [ 5 ] 庄 继 德. 汽 车 轮 胎 学 [M ]. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版
社 , 1996. [ 6 ] 任利惠 ,周劲松 ,沈钢 ,等. 基于特征根的跨坐式独轨车辆
的稳定性分析 [ J ]. 同济大学学报 , 2003, 31 (4) (编辑 :郝京红 )
在列车运行时 ,橡胶轮胎可充分发挥其缓冲效果 及较高黏着力的优势 ,可使车辆具有较高的加速 、减速 性能 ,但同时也不可避免地增大了车辆的运行阻力 。 此外 ,橡胶轮胎与轨道梁接触的变形和受力机理都不 同于钢制轮轨 ,因而单轨列车轮胎的情况比较独特 ,需 要进行深入系统的研究 。
3 影响轮胎寿命的因素
此外 ,为保证单轨列车转弯时的平稳性 ,弯道处的 轨道梁应具有一定的轨道超高 。因此 ,单轨列车在转 弯时可能造成轮胎受力不均匀 ,从而引起轮胎磨耗的 不均匀 ,这将导致胎面的单边磨损 。
我国已建成运营的重庆轻轨 2 号线是随地形而建 的单轨线路 ,弯道和坡道频繁出现 ,复杂的线路状况加 重了单轨列车轮胎的负担。因此 ,在规划跨座式单轨线
(5) 除定期检查轨道状况外 ,应呼吁市民共同爱 护轨道设施 ,以保证单轨列车的安全运行 。
单轨交通系统因其具有诸多优点 ,正在国内外蓬勃 发展。随着单轨交通线路的建设 ,有关单轨列车轮胎磨 损问题的研究也会越发重要。基于此 ,本文通过对重庆 市单轨轮胎磨损情况的研究 ,分析得出影响单轨列车轮 胎寿命的主要因素 ,并提出了可能的解决措施 ,以期对 我国跨座式单轨交通体系的发展起到一定的积极作用 。
基金 项 目 : “十 一 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 重 点 项 目 课 题 ( N o. 2007BAG 06B 05 )
图 2 转向架结构示意图
列车在运行过程中 ,走行轮始终与轨道梁顶面接 触 ,轮胎的弹性主要可缓冲车辆竖向振动 ,导向轮和稳
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在站台或居民区附近 ,由人为或自然原因造成的轨 道面杂物 可 能会 引 起 单 轨列 车 轮 胎 胎面 的 扎 划 损坏 。 单轨列车高速经过时 ,轨道面的锐物极易划破或扎坏列 车轮胎 ,从而造成轮胎的异常损坏 ,严重时可导致列车 停运。据报道 ,重庆轻轨在运营过程中曾出现过类似事 故 ,因此 ,轨道面的清洁问题不容忽视 ,应加强管理 。
1 跨座式单轨系统概述
跨座式单轨交通 ,因其具有爬坡能力强 、占地面积 少 、资源能耗低 、环境污染小 、造价低廉 、运行平稳等优 点 ,在城市交通中用于通勤 、观光 、旅游 、购物等出行目 的 ,适用于近距离 、中距离和中等运量密度 ,可有效地 缓解当地交通状况 ,给市民出行带来方便 (见图 1) 。
图 3 轮胎侧偏示意图 此外 ,由于单轨列车转向架结构的限制 ,导向轮对 在转弯时无法实现差速功能 ,因此轮胎在转弯时会造 成曲线内侧走行轮与轨道梁产生相对滑动 ,此滑动摩 擦可对轮胎造成巨大的伤害 ,因此导致轮胎胎肩处局 部磨损严重 (见图 4) 。有的轮胎边缘产生了形状不规 则的“蛇形磨损 ”(见图 4 ( b) ) 。
都市快轨交通 ·第 22卷 第 4期 2009年 8月
机电工程
跨座式单轨列车轮胎寿命的 影响因素分析
王伟杰 1 任光胜 1 张经华 2
( 1. 重庆大学 重庆 400030; 2. 重庆市轨道交通总公司 重庆 400042)
摘 要 介绍跨座式单轨列车的现状和问题 ,分析其 转向架的结构和工作原理 。结合单轨列车的运行条 件 ,论述影响其轮胎寿命的主要原因 ,包括线路条件 、 驾驶操作情况 、运行情况及轨道面质量等 。 关键词 跨座式单轨 列车 轮胎寿命 影响因素
由于转向架的刚性结构 ,单轨列车在弯道行驶时会 发生侧偏现象 ,从而产生侧偏角。轮胎的侧偏角是指轮 胎的滚动平面与实际前进方向之间的夹角 [5 ] 。侧偏力
是影响胎面磨耗的最不利因素之一 ,此时轮胎会承受较 明显的侧 偏 力 , 表 现为 垂 直于 轮 胎 平 面 的 胎 面 剪 切 力 [1, 6 ] ,此剪切力引起的硬性磋磨可造成轮胎胎肩处单 边的异常磨损。侧偏现象和侧偏角的发生如图 3所示。
图 1 单轨列车构造图
然而 ,在单轨车辆运行过程中 , 轮胎磨损现象严 重 。以现有的重庆市轻轨 2 号线为例 ,设计运行里程 为 12万 km ,但实际运行里程仅为 10万 km 左右 ,与期
收稿日期 : 2008 211 207 修回日期 : 2008 212 216
作者简介 : 王伟杰 ,男 , 硕士 , 主要从事跨座式单轨及其配套设施的 研究与开发工作 , 2008w jw a ng @ 163. c om
在列车启动时 ,对轮胎产生的滑动摩擦会使胎面 胶产生卷曲磨耗 ,从而缩短轮胎的使用寿命 。在制动 时 ,胎面与轨道梁表面的硬性搓磨可使胎面胶瞬时产 生高温 ,从而加剧橡胶老化 ,造成局部严重异常磨损 ; 而一次紧急制动 ,除了会对胎体产生极大的应力而造 成损伤 外 , 对 胎 面 磨 损 也 较 大 (相 当 于 正 常 行 驶 3 000～5 000 km ) 。 [4 ]
在换轮作业中发现 ,单轨列车轮胎的主要失效方 式为轮胎胎肩处的偏磨和胎面中部的不规则磨损 。下 面结合单轨列车的运动机理和工作条件 ,对影响单轨 列车轮胎寿命的各种因素进行深入分析 。
3. 1 频繁的启动 、制动 对于牵引力来说 ,不论是驱动力还是制动力的作
用 ,结果都会导致非常快速的胎面磨损 [1 ] 。单轨列车 工作时要求频繁的启动 、制动和变速 ,这无疑会大大增 加了列车轮胎的负担 。