机车轮缘磨耗问题分析及改进措施

机车轮缘磨耗问题分析及改进措施

摘要：公司某成熟车型机车在用户处轮缘磨耗严重，镟轮周期一般只有3～6月，远小于机车正常旋轮周期。为找到磨耗原因，从机车运用环境，线路及钢轨状况，车轮材料等方面进行收集数据并分析。最后根据分析存在的原因提出改进措施。

关键词：车轮磨耗钢轨线路轮缘润滑

机车轮对是机车运行的核心组件，其承受整个机车的重量，机车通过其与钢轨之间的粘着力产生牵引力和制动力。同时机车通过车轮轮缘导向作用控制列车的转向，使列车能够沿着预定的轨道行驶。总之，机车轮对能够保证列车安全、平稳地运行。但公司某成熟车型机车在一用户处轮缘磨耗严重，镟轮周期一般只有3～6月，远小于机车正常旋轮周期。这个问题一方面增加了用户维护保养成本，另一方面也使机车存在安全运行隐患。从线路状况、轮轨硬度匹配、机车悬挂参数、轮缘润滑装置等方面进行收集数据并分析，以找到本机车车轮磨耗原因并制定有效措施。

一、运用数据

（一）运用环境

1.机车作业时的最大牵引吨位：1400t。

2.车辆最大吨位：40t。

3.作业工况时的机车运行速度：≤10km/h。

4.机车完成1个正常作业工况所运行的里程：2.5km～10km。

5.机车完成1个正常的作业工况中曲线占比：30%。

（二）线路状况

1.最小曲线半径：150m。

2.曲线超高：40～50mm。

3.曲线加宽情况。

表1曲线轨距实测值

（三）线路状况

1.钢轨材料：60kg钢轨，材质71Mn或75V，钢轨硬度HB260～320。

2.曲线内侧设护轨，护轨间隙70mm。

3.护轨年磨耗量15mm左右，当轮缘槽宽度≥85mm时，曲线外轨侧磨严重加剧。

4.直线钢轨垂磨，曲线钢轨侧磨。

（四）车轮材料及磨耗情况

轮箍硬度：LG61（HB277～HB 341）。

二、问题分析

影响机车车辆轮缘磨耗的因素，主要分为以下4个方面：线路状况、轮轨硬

度匹配、机车悬挂参数、轮缘润滑装置。

（一）线路状况

根据用户了解检测用户运输线的最小曲线半径为150m，通行频率最高的曲线

半径为200m，均远大于机车能通过的最小曲线半径50m。另外，机车转向架为两

轴转向架，曲线通过能力强，机车最高运行速度仅10km/h，离心力不会导致机车

车轮与外侧钢轨经常性地接磨，因此，曲线半径不是轮缘磨耗严重的主要因素。

同时经了解得知，用户线路上运行的铁水车轴重34t、混铁车轴重40t，因此，超大轴重的车辆在60kg钢轨上长期运行，必然会导致钢轨的严重磨损。通

过现场勘察，用户线路直线钢轨有严重的垂磨现象，曲线钢轨有严重的侧磨现象，并且轮轨接触光亮带布满整个轨顶，说明钢轨被严重磨损。正常的轮轨接触时，

钢轨光亮带约占钢轨宽度50%左右，见图1。武钢铁路钢轨接触光亮带占据了整

个轨顶面，说明随着钢轨的磨耗，轮轨接触区域已发生大幅外移。

图1 车轮横移±10mm与钢轨接触关系图

钢轨磨耗导致了轮轨接触区域位于钢轨外侧，车轮踏面（JM3型踏面）与钢

轨外侧接触区域的截面几乎是一条直线（如图2红圈区域），因此，轮对的自动

对中功能基本丧失。当车轮运行在曲线上时，很小的横向力就将使轮对靠外侧钢

轨运行，且轮对很难自动回到左右钢轨中心，车轮将经常性的靠外侧钢轨运行。

图2JM3车轮轮廓图

车轮贴靠曲线外侧钢轨运行，必然导致车轮轮缘处于两点接触状态（如图3），车轮轮缘与钢轨侧面出现剧烈地滑动摩擦。分析现场轮轨磨屑，说明车轮

轮缘与曲线外侧钢轨的内侧面出现了剧烈的滑动摩擦现象。

图3轮轨两点接触状态图

为了减少曲线外侧钢轨的侧磨现象，用户在线路上设置了间距70～85mm的

护轨。设置护轨能够阻止轮对外移，减少曲线外轨侧面的压力和与轮缘的接触，

但是会导致曲线内侧车轮的轮缘内侧面与护轨的滑动摩擦，使车轮轮缘内侧面磨

出深深的台阶。

综上，钢轨的长期磨损导致轮轨接触区域外移，轮对失去对中功能，车轮轮

缘经常性的贴靠曲线外侧钢轨运行而形成轮缘与钢轨的两点接触，轮缘与曲线外

轨侧面的滑动摩擦现象是导致机车轮缘磨耗严重的主要原因。

（二）轮轨硬度匹配

用户线路铺设的钢轨为60kg钢轨，材质71Mn或75V，我公司机车轮箍材料

为LG61，钢轨和轮箍硬度对比如表2。根据热处理钢轨的轨/轮匹配关系的研究

表明钢轨与车轮的硬度比为1.0左右时，轨、轮试样磨损相当。就减少轮轨材料

的总磨耗而言，最佳硬度匹配区为钢轨与车轮的硬度比为1.0～1.2。从表2可知，轮箍的表面硬度略大于钢轨，钢轨与车轮的硬度比为0.91～0.97。从机车车轮的

磨耗的角度出发，轮箍硬度大于钢轨对减少车轮磨耗有利，因此，钢轨硬度不是

导致轮缘磨耗严重的直接原因。

表2轮轨硬度

（三）机车悬挂参数

机车悬挂参数中影响车轮轮缘磨耗的参数主要有轴重、轴距、定距、轮对定位刚度、二系悬挂刚度、轴箱轴承自由间隙、左右车轮轮径差等。但是经了解用户运用的GK1C、DF12、东方红5等各种机车均存在轮缘磨耗严重的问题，说明该型机车悬挂参数不是影响车轮轮缘磨耗的主要因素。

（四）轮缘润滑装置

用户在该型机车上装用过干式润滑装置和HB-2油脂润滑装置，但是润滑棒磨完或油脂用完后就没有继续补充。因此，未使用轮缘润滑装置加剧了机车的轮缘磨耗。

三、分析结论

1.严重磨耗的钢轨使轮轨接触去外移，轮对对中功能丧失或减弱，导致车轮轮缘在曲线线路上经常性的轮轨2点接触，钢轨与轮缘之间长期处于滑动摩擦状态，是机车轮缘磨耗严重的主要原因。

2.润滑棒磨完或油脂用完后就没有继续补充，使轮缘润滑装置失效，加剧了轮缘的磨耗。

四、改进措施