轮缘磨耗和踏面磨耗

一、轮缘磨耗

机车通过曲线时，轮缘与轨侧发生磨耗。我国铁路曲线所占比重较大，轮缘磨耗一直是个重大问题。影响轮缘磨耗的因素为：通过曲线时前导车轮的轮缘力及对钢轨冲角，轮缘与轨侧的摩擦系数，轮缘的耐磨性。下面具体分析。

1．减少轮缘磨耗的方法

(1）踏面等效斜率**越大，曲线导向性能越好。**足够大时，转向架前导轴内外车轮踏面上的纵向蠕滑力形成的力偶能帮助转向架沿曲线运行，这就是所谓通过曲线蠕滑力导向，在大半径曲线上有可能避免轮缘接触，即使轮缘与钢轨接触，较大的**总能使轮缘力有所减小；但是，较大的**不利于转向架的蛇行稳定性，这就是通常所说的机车蛇行稳定性与曲线通过性能相矛盾的一个方面。

磨耗形踏面的等效斜率**较大，使轮缘力减小；另外，磨耗形踏面避免了与钢轨的两点接触，使轮缘磨耗显著减少。

(2）机车通过曲线时，径向转向架内各轴能自动向径向位置偏转，车轮与钢轨的冲角大为减小（如果转向架完全占径向位置，则冲角为零），使轮缘磨耗大幅度减少。

(3）转向架固定轴距越长，通过曲线就比较困难，其冲角及轮缘力均较大，轮缘磨耗当然也较大；相反，转向架固定轴距越短，通过曲线就比较容易。两轴转向架与三轴转向架相比，前者通过曲线时轮缘力小得多，冲角也小，轮缘磨耗明显改善，这就是两轴转向架的机车特别适用于多曲线的山区铁路的原因。

(4）三轴转向架C0一C0机车因轮缘磨耗严重而不适宜于多曲线的山区铁路。用B0一B0一B0式机车代替C0一C0式六轴机车，可以显著改善机车的曲线通过性能。给三轴转向架中间轴以适当大的自由横动量，可以在不影响转向架在直线上的蛇行稳定性的条件下，改善转向架的曲线通过性能。中间轮对的自由横动量增大后，使它在半径不大的曲线上能贴靠外轨，参与导向，如图3一17所示，结果有可能使第一轴外轮轮缘力减少20％一30％。

一般而言，间轴贴靠外轨，给中间轴以10一15mm自由横动量，就能在机车通过30om半径曲线时使中间轴贴靠外轨，而不贴靠构架。

必须指出，中间轴的自由横动量不应过大，否则会出现中间轴轮缘磨耗比两端严重的情况。这是因为对于两端操作的机车来说，如果中间轴的自由横动量过大，则上行通过去曲线时，第一轴及中间轴轮缘磨耗，下行通过曲线时，第三轴及中间轴磨耗，这样中间轴轮缘磨耗就比第一轴或第三轴严重。对于这种情况，就应稍减中间轴的自由横动量，使通过小半径曲线时中间轴轮缘不贴靠外轨，中间轴及两端的轮缘磨耗同步。这一中间轴的最佳横动量，与机车线路的曲线状况及运行速度有关，只能通过试验确定。

(5）如果车体与转向架连接装置中采用摩擦旁承，则转向架相对车体回转就要克服摩擦力矩。如果车体与转向架的连接采用橡胶堆旁承或高圆簧支承，则转向架相对车体回转时要克服复原力矩。摩擦力矩和复原力矩对机车的蛇行稳定性有利，但不利于曲线通过。因为这样使第一轴的轮缘力增加，加剧了轮缘磨耗。

(6）机车通过曲线时，后转向架前端比前转向架后端离开轨道中心远，如图3一18所示。如果两端用弹性装置相连，则在后转向架前端连接点c‘与前转向架后端的连接点C之间就会产生一对大小相等而方向相反的横向力K和K‘。K和K‘力分别使前、后两转向架后部向外移动，前转向架由。位移至b位，后转向架由a’位移至b’位，使两转向架的导向轮的冲角减少。K和K‘还分别使前后转向架导向轮的轮缘力减少。轮缘力及冲角减少使轮缘磨耗明显减少。

(7）提高轮箍硬度可以提高轮缘的耐磨性。轮箍硬度由布氏硬度250一275提高至320-340，可以使轮缘磨耗减少一半。

(8）为了减小轮缘与钢轨侧面的摩擦系数，可以采用钢轨侧面润滑或轮缘润滑或者兼施的方法。用这种方法可以使轮缘磨耗减少一半甚至更多。目前我国机车普遍采用轮缘润滑器给轮缘润滑，效果显著。但若保养不当或使用不善会引起踏面枯着恶化。

2．轮缘磨耗的两种特殊类型

轮缘磨耗还有两种特殊类型：

a，轮缘偏磨

机车在运用中常发生个别轮对轮缘偏磨现象：往往成为难以解决的难题。轮缘偏磨的主要原因如下：

(l）轮对组装位位置不正确。轮对应与转向架构架垂直，转向架内各轮对相互平行。如果某一轮对位搜歪斜，则在走行中会造成一侧轮缘偏磨。

(2）轮对两侧车轮载荷不等。如图3一19所示，如果轮对两侧车轮载荷不等，*****，则由于踏面的斜度，轮、轨作用于踏面的法向反力*******不等。法向反力的垂直分量与车轮载荷平衡，横向水平分量********在△H=*******的作用下，轮对有向轮荷重较轻一侧横移的趋势。轮对静置于钢轨上时，轮轨间的摩擦力很大，横向力△H较小，不足以使轮对横移；但在轮对滚动前进时，较小的△H却能使轮对横移，直至轮荷重较轻的车轮轮缘贴靠钢轨。这样，该轮缘在直道上与钢轨接触，形成轮缘偏磨。

造成轮对两侧车轮载荷不等的原因是两侧轴箱弹簧刚度不等，刚度较大的轴箱弹簧，其车轮载荷就较大。因此，在装配轴箱弹簧时，应尽量做到轮对两侧的轴箱弹簧刚度相等或接近。

b．轮缘顶部磨耗

如果轮对冲角过大，导致轮缘顶部与钢轨磨耗，严重时能把轮缘顶部磨成尖形，影响行车安全。轮对冲角过大，通常不是由于转向架通过曲线时的冲角造成的，即使通过小半径的曲线上，冲角也不是很大，不会引起轮缘顶部与钢轨磨耗；但是，当转向架蛇行运动较剧烈时，会引起轮对冲角过大，形成轮缘顶部的磨耗。

二、踏面磨耗

车轮与轨面滚动接触的踏面磨耗有时也会成为突出的问题：轮缘磨耗不严重，踏面磨耗反而严重。影响踏面磨耗的因素如下：

(l）轮轨接触应力。踏面的接触应力越大，磨耗就越快。接触应力过人时，踏面会发生片状剥离，磨耗更快。接触应力与轴重及轮径有关还与轮轨接触面的形状有关。大、轮径小均能使接触应力增加，使踏面磨耗加剧。轮轨接触面的形状影响接触面积。磨耗形踏面与钢轨的接触面积就比锥形踏面大，因而接触应力较小，踏面磨耗慢。磨耗性踏面磨耗较慢的另一个原因是轮对相对钢轨横向移动时，踏面的接触区宽度大，踏面沿宽度磨耗较均匀。

(2）牵引力。轮周牵引力若大于粘着牵引力，则发生空转，踏面迅速磨耗，这是要极力持续牵引力所对应的粘着系数通常为0.2左右。在运用中，机车的牵引质量越大，则牵引力亦越大，踏面磨耗亦较快。

(3）轮径差。一个轮对左、右轮径差大，则踏面与轨面之间的纵向蠕滑增大，踏面磨耗增加。一个转向架内轮径差大，则影响牵引电动机间的电流分配及各轴牵引力的发挥，也使轮轨间的纵向蠕滑增大，踏面磨耗加剧。因此，轮径差应控制在规定的限度内。必须指出，凡使轮轨蠕滑量增大的情况，都能使踏面磨耗增加。例如，机车运用于多弯道区段，不仅机车轮缘磨耗严重，而且踏面磨耗也较明显，因为轮轨之间的纵向及横向蠕滑量，曲线上也明显高于直线。又如，机车通过曲线时，如果利用蠕滑力导向来减少轮缘的磨耗，则轮轨间的纵向蠕滑增大，踏面磨耗增加。

(4）车轮空转及踏面制动。车轮空转会产生剧烈的踏面磨耗，故司机应竭力避免车轮空转。机车制动时闸瓦与车轮踏面产生摩擦，加快了机车车轮踏面的磨耗。因此，列车制动时，司机通常利用小闸使机车制动缓解，避免机车踏面及闸瓦的磨耗，延长车轮踏面的使用寿命。但是，对于调车机车，调车时车辆一般不发生制动，完全靠机车的制动来调节速度，因此，调车机车的车轮踏面磨耗比之干线机车要增加许多倍。