轮对偏磨过程中磨损行为的研究

轮对偏磨过程中磨损行为的研究
[摘要]本文就常用机车在运行过程中轮对的轮缘偏磨现象进行系统研究，并通过模拟磨损工况实验探讨了轮缘偏磨机制，通过运转时间测定了相对磨损量和时间的关系，并测定了摩擦系数。

同时针对机车轮对情况，本文提出了有效控制轮缘偏磨问题相应的解决措施。

[关键词]轮缘偏磨轮对磨损量
随着铁路运输事业的发展，机车牵引吨位的提高，轮对磨耗速率日益为人们所关注，尤其是轮对偏磨现象会导致机车频繁地退箍、旋轮，浪费了大量的人力、物力，严重影响机车的正常运用，更是为机务工作部门所重视。

人们采用多种方法进行改善轮对的工作条件，降低磨损量，保证机车走行公里数的稳定。

但是对于机车行驶过程中轮对的工况、受力情况以及轮对的磨损机制、磨损行为等相关研究并没有进行系统的研究。

本文就常用机车在运行过程中轮对的轮缘偏磨现象进行系统研究，同时针对机车轮对情况，提出了有效控制轮缘偏磨问题相应的解决措施。

一、原因分析
1.轴重不均的影响
机车行驶过程中机车轮毂往往由于踏面的斜度等原因，使钢轨作用于踏面的法向反力也不相等，从而导致轮对两侧承受的载荷不等，具体受力分析情况如图1所示。

其中，ON1与ON2的数值并不相等，其原因在于轮对工作踏面斜度的差异，引起的机车轮毂两侧载荷OP1和OP2不等的结果。

利用进一步受力分析，可知该轮对的水平分力存在OH1与OH2不等。

若OP1大于OP2，必然导致OH1大于OH2，存在△（△=OH1-OH2）力的作用，从而使轮对向载荷较重的一侧横移，该侧轮缘贴靠钢轨，导致轮缘偏磨现象的产生。

2.牵引装置的影响
由于生产加工、组装、运输等原因，实际应用的机车车体与其构架往往存在
距离超差，车体中心与构架中心偏移，机车牵引力在传递过程中产生横向分力，在运行中使机车轮对横移，轮缘贴靠钢轨，形成轮缘偏磨。

又由于我国生产的牵引销、拐臂销及销套使用的材质大多以45#钢为主，碳含量较低，硬度和耐磨性较差，当机车运用一段时间后，牵引销及销套等部位即使通过油嘴加油润滑，也会发生严重偏磨，个别部件在实际工况下的磨耗量高达4mm，导致牵引销、拐臂销转动不灵活或固死，继续加大轮缘偏磨影响，使机车使用寿命降低。

3.轮径差的影响
轮对半径差对轮轨的横向作用力有显著影响，当一组轮对的左右轮径有偏差时，机车运行中轮对通过踏面的斜度来调整轮径，轮对将向轮径较小的一边偏移，形成轮缘偏磨，轮对同轴左右轮径偏差越大，轮对中大孔径引起的偏磨磨耗越严重。

事实上，机车运行线路长短，途中的坡道大小、机车空转频率等因素也都会造成轮对的偏磨现象。

二、实验及结果
1.模拟磨损实验
结合机车实际工作情况，利用MMS-2B环-环式磨损实验机进行模拟磨损实验。

该机为计算机控制的摩擦磨损工况操作模拟系统，主要由主机、电控柜、计算机系统、数据检测及采集系统、摩擦磨损系统等几部分组成。

根据该设备的功能，可以将其分为3个系统：计算机控制系统、速度控制系统以及力学控制系统，用计算机可实现两个闭环控制。

其中，速度控制系统可以针对所设定的具体参数模拟机车轮对运行情况；力学控制系统可以针对机车在踏面的斜度上所承受的反作用力，以及水平分力进行设定。

试样采用45#钢材，加工成近似轮对的形状，尺寸控制在40-41mm之间，实际过程中的轮径偏差由试样与标准试样的接触距离调整。

利用计算机控制系统采集实验数据，如摩擦系数，并通过测定磨损实验前后的质量来计算相对磨损量，绘制不同条件下的相对磨损量曲线。

2.磨损实验结果
在各因素影响较大时，试样摩擦系数较大，磨损严重。

对引起机车轮对偏磨现象的影响因素进行分级控制，可以使摩擦系数有所下降，磨损量减少，其中整体调整的效果最为明显。

三、结论
1.机车在运行过程中，轮径不等或轴重不均等原因会导致轮缘偏磨现象发生。

2.随着摩擦条件的改善，模拟轮对的摩擦系数下降，相对磨损量减少。

3.一般工况条件下的机车轮对磨损机制相对复杂，整体调整后的磨损机制大体属于疲劳磨损。

4.可以通过改善轮对摩擦条件，减少轮对磨损损耗，提高机车使用寿命。

参考文献
[1]潘朝辉.SS7型电力机车轮缘偏磨原因分析及改进措施[J].铁道机车车辆，2005(4)：43-44.
[2]张军，仲政.机车车辆轮轨接触问题的数值模拟[J].同济大学学报，2006(9)：14-17.。