宁波市轨道交通3号线车辆采购项目轮轨匹配分析

宁波市轨道交通3号线车辆采购项目轮轨匹配分析

发表时间：2018-05-23T17:20:32.917Z 来源：《基层建设》2018年第5期作者：金焰[导读] 摘要：轮轨关系匹配将决定轮轨磨耗量，从而影响今后地铁车辆运营费用及可观的轮轨维护成本。

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州 510000 摘要：轮轨关系匹配将决定轮轨磨耗量，从而影响今后地铁车辆运营费用及可观的轮轨维护成本。轮轨硬度不匹配会导致车轮或轨道磨耗严重，需要镟轮、修轨来维护车辆正常运营，既增加了运营维护成本，也给检修工作带来巨大的工作量。但单方面的增加轮或轨的硬度，则轮硬伤轨、轨硬伤轮，都会造成轮轨关系恶化，不利于车辆运行安全和轮轨的全寿命周期成本。因此，选择合理的轮轨硬度匹配会

降低轮轨总磨耗量，减少轮轨的修磨。

关键词：硬度匹配；轨道；车轮；轮轨关系 1、概述

轮轨关系匹配将决定轮轨磨耗量，从而影响今后地铁车辆运营费用及可观的轮轨维护成本。轮轨硬度不匹配会导致车轮或轨道磨耗严重，需要镟轮、修轨来维护车辆正常运营，既增加了运营维护成本，也给检修工作带来巨大的工作量。但单方面的增加轮或轨的硬度，则轮硬伤轨、轨硬伤轮，都会造成轮轨关系恶化，不利于车辆运行安全和轮轨的全寿命周期成本。因此，选择合理的轮轨硬度匹配会降低轮轨总磨耗量，减少轮轨的修磨。

2、宁波市轨道交通轨道情况

宁波市轨道交通目前已开通运行两条线路，既有线路的正线及辅助线、出入场线、试车线采用60kg/m，U75V材质的普通热轧钢轨（非淬火轨），轨头硬度280HB～320HB；在车场线采用50kg/m，U71Mn材质的普通热轧钢轨（非淬火轨），轨头硬度260HB～300HB。宁波轨道交通3号线项目采用的轨道与既有线保持一致。因此，主要根据U75V材质60kg/m钢轨的硬度情况来进行轮轨硬度匹配进而选择合适的车轮材质。

3、地铁车轮应用

目前国内地铁车轮材质有R9T、ER9、R8T、R7T、ER7、CL60等6种，其中R9T、R8T、R7T采用UIC 812-3-1984《非合金钢整体车轮技术规范》；ER9、ER7采用EN 13262-2004《欧洲车轮铁路应用轮对和转向架车轮产品要求》；CL60采用TB/T 2817-1997《铁路车辆用辗钢整体车轮订货技术条件》。由于R8T、R7T、ER7硬度明显偏低，磨损很快，与现有钢轨硬度匹配不够理想，因此以R9T、ER9、CL60运用最多。

R9T和ER9的化学成分及力学性能要求区别不大，ER9的S、P含量限制得更低，而实际上车轮厂家生产的R9T材质也是按照ER9的成分要求来控制的，从某种意义上来说R9T就是ER9，并且国际铁路联盟UIC也在其官方网站发布了标准替代的申明：UIC 812-3-1984从2006年7月1日起被EN 13262-2004标准代替。可能由于国内外地铁项目的延续性，目前R9T仍在继续使用，因此下文中的R9T等同于ER9。

4、轮轨硬度匹配分析

图1 磨损率与轨/轮硬度比的关系为了保证车轮、钢轨系统总的磨耗量处于一个比较低的水平，需对车轮与钢轨硬度匹配进行分析。

图1通过一组硬度接近真实轮轨（轨道为非淬火轨）的磨耗试验研究了轨轮之间的匹配关系。HR/HW（即H轨/H轮）在0.96～1.25范围内时，轨磨耗稳定在较低水平；而HR/HW＞1.25时，轨磨损开始下降；HR/HW＜0.96时，轨磨损明显上升。车轮磨损情况与轨磨耗情况相反，HR/HW匹配值在0.96～1.13之间，系统处在钢轨磨耗、车轮磨耗和总磨耗都呈低值平缓特征的合理低耗期。当HR/HW在0.96左右时，轮、轨磨耗情况相当，且轨、轮总磨耗处于较低水平。

因此，在非淬火钢轨与车轮匹配的系统中，HR/HW合理的匹配区间为0.96～1.13；系统稳定状态的临界比值为HR/HW＝1.13，H轨/H 轮＞1.13时系统失稳。

5、车轮材质选择

考虑轮轨硬度匹配需注意：（1）由于轮和轨的出厂硬度是在允许的范围中波动的，同样的轮和轨其实际硬度比值会反映出差异很大的匹配性，因此需引入硬度标称比值的概念：即轨、轮硬度在各自产品标准范围内按生产厂家通常控制区间取值所获得的比值，它宏观上确定了轮轨系统的匹配特性。（2）新车轮上线与到终极尺寸下线时的踏面硬度是不同的，随着踏面直径的丧失，踏面硬度也逐渐降低，导致轮轨后期与初期的系统磨耗量变得不同。因此在此还引入了初始硬度比值和终极硬度比值的概念：即车轮新上线时和到终极尺寸下线时与轨道的硬度比值。

图2 轮轨匹配特性

从图2中可以看出，U75V钢轨与常用车轮匹配，其特性表现为在轮轨对等磨损的中值向两侧展开，含碳量低的车轮向磨轮方向发展，含碳量高的车轮向磨轨方向发展。R8T轮轨系统为磨轮型，CL60轮轨系统为磨轨型，而R9T轮轨系统呈等量对磨状态，R7T则超出1.13的临界点而处于失衡状态。可见，对于同时具有U71Mn、U75V钢轨的地铁城市，R8T车轮是硬度匹配最佳的选择；对于普遍采用U75V钢轨的宁波轨道交通，选择强度和硬度都较高的R9T车轮是较好的选择。ER9（R9T）车轮与U75V材质60 kg/m钢轨匹配的轨轮硬度标称比值HR/HW=0.96～1.06可使车轮在全寿命周期内处在一个较完整的轮轨系统合理低磨耗状态。因此，建议宁波轨道交通3号线车辆转向架的车轮采用EN 13262-2004标准中的ER9材质车轮。

参考文献：

[1]谢振国，李海川．城市轨道交通轮轨匹配及钢轨材质选择［J］．现代城市轨道交通，2004，（3）：35-37.

[2]周清跃，刘丰收，朱梅．轮轨关系中的硬度匹配研究［J］．中国铁道科学，2006，（5）：37-43.