货车车轮踏面擦伤问题的分析_张桂华

文章编号:100227602(2010)0520032203

货车车轮踏面擦伤问题的分析

张桂华1,舒同太2

(1.上海工会管理职业学院,上海201415;2.上海铁路局车辆处,上海200071)

摘　要:从空车位制动缸压力高、空重车位误调、错装高摩擦因数合成闸瓦及空重车自动调整装置故障等方面对货车车轮踏面擦伤的原因进行了分析,提出了防范措施和建议。

关键词:货车;车轮;踏面;擦伤;分析

中图分类号:U270.331+.1 文献标识码:B

1　问题的提出

由于货物列车运营速度越来越高,货车车轮的状态将直接关系到货车的使用效率和安全,对经济效益有着重大影响。从近年来上海铁路局货车车辆段检修车间轮对检修情况(表1)来看,因踏面擦伤旋修的轮对占总检修轮对的50%左右。因此,如果能有效地防止车轮踏面擦伤,对提高车轮的使用寿命有着非常重要的意义。

表1　2009年上海局轮对旋修统计表

时间2009年1季度2009年2季度2009年3季度2009年4季度合计

总检修数量/条36896

39343

31989

35129

143357

需旋轮数量/条2564226084214652392397114

因擦伤而旋轮数量/条1549619239163461693268013

旋轮量占总检修量百分比/%69.566.367.168.167.7

因擦伤旋轮占总检修量百分比/%

42.048.951.148.247.4

2　理论分析

2.1　车轮不产生滑行的条件

在制动状态下车轮的主要受力情况如图1所示。

收稿日期:2010202226

作者简介:张桂华(19652),女,高级讲师

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图1　制动时车轮受力状况

当闸瓦以压力K 作用于车轮踏面上时,产生摩擦力K

K <″m 。K <′m 与作用于闸瓦的反作用力T 通过闸瓦托

吊(制动梁端轴)、侧架、轴箱而平衡,同时产生附加力矩使车轮减载或增载。根据力学理论,任何力偶都可以用具有同一旋转方向和同一力矩值的其他力偶来代替,因此,可将力偶K

样,力B 就从力偶(B 、B ′

)中分离出来,并为黏着力P 所平衡,剩下作用于车轮中心O 的力B ′的方向与列车运行方向相反,就成为阻止列车运行的制动力,使列车减速或停车。

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23・　问题讨论

铁道车辆　第48卷第5期2010年5月　

从上述分析可以看出,提高闸瓦压力K或提高闸瓦摩擦因数

力),而是等于轮轨的滑动摩擦力Qψ

V 了(ψ

V

是轮轨间

的滑动摩擦因数)。而ψ

V

比静摩擦因数小得多,闸瓦摩擦力是不能无限制地增大的,在正常制动情况下,为保证车轮不发生滑行现象,闸瓦摩擦力必须小于轮轨的最大黏着力,即:K

也就是说,车辆在运行状态下,轮轨间的黏着力使车轮在钢轨上产生滚动,制动时闸瓦与车轮间的摩擦力则阻止车轮滚动。当闸瓦与车轮间的摩擦力小于轮轨间的黏着力时,车轮处于滚动状态;当闸瓦与车轮间的摩擦力等于或大于轮轨间的黏着力时,车轮将被抱死而不能滚动,从而导致车轮在钢轨上滑行。车辆在运行中施行制动时,车轮不发生滑行的条件是轮轨间的黏着力P必须大于或等于闸瓦与车轮间的摩擦力K

2.2　闸瓦与车轮间的摩擦力、轮轨间的黏着力计算2.2.1　闸瓦压力的计算公式

K=P z・S・β・η/(n×106)

式中:K———闸瓦压力,kN;

P z———制动缸压力,kPa;

S———制动缸活塞面积,mm2;

n———闸瓦块数;

η———制动传动效率;

β———制动倍率。

2.2.2　闸瓦摩擦因数计算公式

闸瓦与车轮间的摩擦因数的大小与闸瓦压力、车辆运行速度、制动初速度以及闸瓦材质等因素有关。中磷铸铁闸瓦的实算摩擦因数采用的计算公式为: <=0164×[(K+100)/(5K+100)]×[(316v+ 100)/(14v+100)]+010007(110-v0)

式中:K———闸瓦压力,kN;

v———运行速度,km/h;

v0———制动初速度,km/h。

2.2.3　黏着系数计算公式

轮轨间的黏着系数ψ与车辆的运行速度v以及钢轨表面环境条件有关。如:轨面干燥而清洁时,黏着系数比较高;轨面稍有潮湿或有霜、雪、油污时,黏着系数将大大降低,但如果连续下雨,轨面被冲刷得很干净,则钢轨虽然很湿,黏着系数也不降低;如果在轨面上适当地撒砂,则可以提高黏着系数。

在正常条件下(以ND5型内燃机车为例))黏着系数计算公式为:

ψ=01242+72/(800+11v)

若v=60km/h时,机车的黏着系数ψ=01291。由于黏着系数随车辆的运行速度v和钢轨表面环境条件变化而不同,一般而言,车辆的黏着系数的取值要比机车低得多,本文取ψ=01124,闸瓦摩擦因数

3　根据理论计算结果分析几种车轮滑行的原因

3.1　空车位时车轮可能发生滑行

《铁路技术管理规程》规定,装空重车手动调整装置的车辆,车辆总重达40t时,按重车位调整,运行速度为60km/h。当车辆总重在22t～40t之间时,综合考虑制动时车轮减载因素,其支撑力N应在22kN～40kN之间。根据P=N・ψ(ψ=01124)可得,黏着力P应在217kN～5kN之间。根据前面计算,空车位时闸瓦与车轮的摩擦力KP的情况,所以车轮有发生滑行的条件。理论上讲,当黏着力小于或等于313kN时,车轮就要产生滑行。

根据前面的分析可知,若要车轮不发生滑行则必须满足:

K

则:K

由此可得P z<161kPa。而目前《铁路货车段修规程》中规定GK型制动机的安全阀风压达190kPa 时排气,当风压降至160kPa时停止排气。在风压由190kPa降至160kPa的过程中车轮就要产生滑行。所以,在纯空车位或小载重工况下,制动缸压力高是造成车轮滑行的原因之一。

3.2　空重车误调时车轮可能发生滑行

车辆总重在40t以下而空重车调整装置在重车

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