北京地铁1号线车轮异常磨耗分析及其解决措施

运用检修　铁道车辆　第５ｌ卷第１期２０１　３年１月　

文章编号：１００２　７６０２（２０１３）０１　００４０—０３　

北京　地铁１号线车轮异常磨耗分析及其解决措施　

邬春晖　

（北京地铁运营有限公司二分公司，北京１０００２５）　

摘　要：介绍了北京地铁１号线车轮异常磨耗情况，分析了车轮异常磨耗的原因，并提出了有效的解决措施。　关键词：地铁电动客车；车轮；踏面磨耗；故障分析；措施　中图分类号：Ｕ２７０．３３１　．１　文献标识码：Ｈ　

北京地铁ｌ号线西起苹果园站，东至四惠东站，　

全长３１．３　ｋｍ，目前运营的地铁列车共７０列，其中　

ＳＦＭ　／ＳＦＭ　编组地铁列车３　９列，ＤＫＺ　编组地铁　

列车３１列。为满足乘客的出行需求，北京地铁１号　

线将高峰时段列车最小运营间隔缩短至１２５　Ｓ，最高　

单日客流量接近１６０万人次。随着运营间隔时间的　

进一步缩短，受车辆及线路等因素的影响，出现了踏　

面异常磨耗、轮缘异常磨耗、踏面擦伤与剥离等直接　

威胁行车安全的故障。对此类故障必须认真检查，及时　

发现，并妥善处理。　

ｌ　故障概况　

１．１　ＳＦＭ。　型地铁电动客车车轮异常磨耗情况　

２００９年１０月，ＳＦＭ　型地铁电动客车车轮的异常　

磨耗使其很快进人旋修状态，且部分车轮旋修后己接　

近半磨耗状态，如４３９号车组４号车２轴旋修后车轮　

直径已降至８１４．６　ｍｉｌｌ。通过对４４０号车组走行里程　

为９８　７４３　ｋｍ时其５号车（动车）与３号车（拖车）车轮　

旋修前的直径和轮缘厚度进行对比（表１），发现５号　车车轮直径大于３号车车轮直径，这说明拖车车轮圆　

周磨耗明显快于动车，且１轴和４轴的导向轮轮缘磨　

耗快。此外，在对ＳＦＭ。　型地铁电动客车车轮进行测　量时发现轮缘磨耗很小，踏面磨耗比较严重，并且在踏　

面上有２处明显的沟槽区域，其中拖车车轮踏面该现　

象更为严重（图１）。　

１．２　ＤＫＺ　型地铁电动客车车轮异常磨耗情况　

ＤＫＺ　型地铁电动客车自２００９年６月起开始出现　

拖车踏面沟槽状磨耗，其动车轮缘出现了厚度过薄、锋　

芒、垂直磨耗的现象。　

收稿｝＿｛期：２ｏｌ２　ｏ５　０３；修订日期：２０１２－ｌＯ　０９　作者简介：邬春晖（１　９８２），男，　程师。　

・４０・　表１　４４０号车组车轮旋修前车轮　直径与轮缘厚度对比　

注：轮位序号，３号、４号、５号、６号车测量时面向头车司机室，左侧　车轮为基数位，右侧车轮为偶数位；１号、２号车位置相反。　

图１　ＳＦＭ。　型地铁电动客车拖车车轮踏面沟槽状磨耗　

２００９年７月　２Ｏ１０年１１月对３１组ＤＫＺ　型地铁　

电动客车的车轮状态进行了跟踪测量，对其动车车轮　

和拖车车轮的数据进行了比较。以４０６号车组６号车　

（动车）和２号车（拖车）距上次旋修后走行３７ｌ　２９７　ｋｍ　

时的情况为例，其动车和拖车的轮缘、踏面均有不同程　

度的异常磨损，且拖车车轮踏面出现了明显的沟槽状　

磨损，个别轮缘出现垂直磨耗、锋芒和偏薄；动车踏面　北京地铁１号线车轮异常磨耗分析及其解决措施邬春晖　

磨耗较理想，但其轮缘也出现了类似拖车轮缘的问题，　特别是每节动车１轴和４轴的导向轮轮缘磨耗比较严　

重。　

２原因分析　

２．１线路情况复杂　

由于北京地铁１号线建成通车较早，线路上多处　

曲线半径低于国家标准，其中最小处曲线半径只有　

１９５　ｍ。此外，道岔多、车辆单向运营时间长等也对车　轮磨耗造成了不利影响。　

车轮与钢轨接触时，二者间的摩擦因数除与轮轨　

的材料、尺寸有关外，还取决于相互接触部分的表面状　

态等因素。钢轨与车轮接触部位表面状况差、润滑不　及时也是造成车轮异常磨耗的原因之一。　

２．２调头周期紊乱　

对北京地铁１号线列车两侧轮缘磨耗情况和轮径　

差值进行了跟踪统计，发现多数车轮轮缘出现异常磨耗　最严重的时期为２００９年１１月一２Ｏ１０年２月。通过调　

查得知，自２００９年１０月起，为了配合北京地铁１号线　

信号系统更新改造，在１号线苹果园站至５３号站区间　内进行了ＣＢＴＣ（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ－Ｂａｓｅｄ　Ｔｒａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏ１）￣ｌＪ　

车控制系统的试验，导致北京地铁１号线所有车辆不能　

利用５３号站前端的“灯泡线”调头。所以，车辆调头周　

期紊乱也是北京地铁１号线车轮轮缘异常磨耗的主要　原因之一。此外，北京地铁１号线客流量上升、高峰时　

段车辆的满载率偏高、列车单日最高运营里程达２５０．４　

ｋｍ等也加剧了北京地铁ｌ号线车轮的磨耗。　

２．３车辆存在的问题　

２．３．１　车辆结构　由于每种车型的结构不同，其轮缘磨损也存在各　

自的特点。　

ＳＦＭ。　型地铁电动客车基础制动采用的是单元制　动机结构，可自动调整闸瓦与踏面之间的间隙，有利于　

保护轮缘和踏面；其牵引梁为ｚ形拉杆结构，可有效　地抑制列车的侧摆与横滚，抵消部分由于动车轮对定　

位刚度较大给轮缘带来的磨损，因此其轮缘磨耗比　

ＤＫＺ　型地铁电动客车动车轮缘磨耗小。但是，轮轨系　统的车辆以任何速度通过曲线时，其第１轮对的外轮　

总是紧靠外轨，而其余轮对位置则视速度而异，因此导　

致ＳＦＭ。　型车１轴和４轴导向轮的冲角较大，轮缘磨　

耗比较大。　

ＤＫＺ　型地铁电动客车的结构与ＳＦＭ。　型地铁电　动客车的结构不同，其拖车与动车轮缘存在不同程度　

的磨损，其中导向轮轮缘磨损更加严重。主要原因是，　ＤＫＺ　型车采用牵引橡胶堆结构和杠杆制动机构（图　２），其制动机构各部件均由半光圆销连接，与构架间存　

在间隙和磨损，造成基础制动装置摆动量大，闸瓦容易　

刮蹭轮缘，需要人工定期调整闸瓦与踏面的间隙，但是　

运行到一定里程后，部分车组调整间隙困难，在制动过　程中闸瓦与踏面分离不彻底，出现带闸走车现象，加剧　

了踏面和轮缘磨损。通过测量和分析，发现ＤＫＺ　型　

地铁电动客车杠杆制动机构中的垂直拉板结构（图３）　存在问题：（１）闸瓦间隙调整装置安装座倾斜且位置靠　

前；（２）垂直拉板上下安装孑Ｌ相对位置偏离过大。　

图２　ＤＫＬ　型地铁电动客车基础制动结构　

１．垂直拉板上安装孔；２．闸瓦间隙调整装置安装座；　３．垂直拉板下安装孔。　图３　ＤＫｚ　型地铁电动客车垂直拉板结构　

２．３．２　制动力分配　地铁电动客车制动系统采用电制动和空气制动，　

电制动力应能单独满足常用制动的要求，当运行速度　低于电制动临界消失速度时，由空气制动力进行补充。　

调查发现，北京地铁１号线车轮踏面异常磨耗多发生　

在拖车上。在１７列运用车的４０８个动车车轮中只有　２４个车轮踏面局部有擦伤和剥离，动车车轮踏面很少　

产生沟槽状磨耗，而１７列运用车的３７６个拖车车轮踏　

面都发生了沟槽状磨耗。　

这种状况的出现主要是因为动车在制动时首先使　

用常用制动，即实施高效再生电制动，电制动力不足时　才由拖车空气制动优先进行补充，当拖车实施空气制　

动后仍不满足制动要求时动车才会在电制动的基础上　

・４　７・

　铁道车辆　第５１卷第１期２０１３年１月　

实施空气制动，此时施加的空气制动力较小，不会造成　

动车踏面过度磨耗。但是，拖车情况就不同了，拖车靠　

空气制动实施停车，由于站间距离短，列车提速和降速　

快，高速制动频繁，必然加大踏面磨耗。另外，由于闸　瓦安装托为中空结构，两侧有１０　ｍｍ～１２　ｍｍ与闸瓦　

发生实体接触，空气制动时压紧闸瓦与踏面，因此在踏　

面上会形成２道沟状磨耗。　

２．４　闸瓦材质与车轮匹配度分析　

北京地铁１号线从２００８年年底开始采用进口高　

摩合成闸瓦，闸瓦与车轮间的摩擦因数为０．３１～　

０．４２，与车轮踏面摩擦后温度高，容易加快车轮踏面磨　

耗，加剧拖车踏面沟状磨损，而同期采用的国产闸瓦与　车轮间的摩擦因数为０．２５～０．３５，对车轮踏面磨耗比　

较正常，但闸瓦磨耗速度快，更换频繁。　

３措施　

３．１　改进现有车辆基础制动结构　

针对北京地铁１号线ＤＫＺ　型地铁电动客车车轮　

出现的轮缘垂直磨耗和轮缘锋芒问题，采取定期调整　

杠杆制动机构间隙、更换销孔间隙配合超过２　ｍｍ的　

半光圆销或衬套并对垂直拉板与构架吊挂磨损的部位　进行及时补焊等方法来减少基础制动装置与轮缘发生　

运动干涉。另外，对杠杆制动机构中的垂直拉板的尺　

寸进行了修正（图４），使闸瓦间隙得以更好的调整，降　低了踏面的磨耗速度。　

ｚ　ｊ　１　ｌ　

￡　■●　

图４修正后的ＤＫ乙型地铁电动客车垂直拉板结构　

３．２选用与车轮踏面材质匹配度高的闸瓦　

选用相对硬度低、对踏面有修复作用的闸瓦。通过　

进一步跟踪监控，发现这类闸瓦对踏面的异常磨耗有明　

显改善（可改变踏面上热裂纹和剥离的金属结构，使其　

聚拢收缩，防止其扩散、恶化，逐渐对其进行修复）。　

３．３对车轮采取经济性的旋修方式　

轮缘厚度是轮对运用过程中的关键控制因素，为　

了保证行车安全，通过车削车轮直径来实现轮缘厚度　的恢复是目前最有效的手段。但是，车轮踏面形状的　

恢复都是以牺牲车轮直径为前提的，决定车轮寿命周　

・　４２　・　期的基本参数是车轮直径，车轮的寿命直接关系到列　

车的运用成本。目前，采用经济性旋修和保护性旋修　

相结合的方法以最大限度地延长车轮的使用寿命，减　

少旋修量，即当轮缘厚度磨耗到２７　ｍｍ～２８　ｍｌＴｌ时就　进行旋修，而且不恢复到原形厚度（３２　ｒａｍ）。　

３．４调整车辆制动力的分配　

提高动车电制动力，降低拖车空气制动力，尽量让　拖车和动车平均负担空气制动。厂修时对制动控制系　

统电子芯片程序进行了更新和调整，制动能量随之降　

低，闸瓦压力减小，明显减少了拖车车轮踏面的磨耗。　

３．５　采用合理的车辆调头周期　

分析了不同时间列车踏面和轮缘磨耗的差别，发　

现每年的７月至８月及１１月至来年２月为车轮轮缘　

磨耗和踏面磨耗较为严重的时间段，因此在这２个时　间段，应尽量增加车辆调头次数，改善车轮与钢轨的匹　

配。另外，还需加强对已加装的钢轨自动涂油器运行　

状态进行检查，保证经常地给油润滑，以改善轮缘与钢　轨接触部位的表面状况，从而降低轮轨磨耗。　

４结论　

（１）改进ＤＫＺ　型地铁电动客车原有车辆基础制　

动结构，可减少车辆轮缘的非正常磨耗。　

（２）选用与踏面材质匹配度高且具有修复作用的　闸瓦，有利于减轻踏面异常磨耗。　

（３）采用经济和保护性旋修的方法，可以减小车　轮旋修的切削量，有助于提高轮缘和踏面异常磨耗的　

修复效率，延长车轮使用寿命。　

（４）对车辆制动力分配进行调整，将综合改善踏　

面受力情况，降低踏面磨耗。　

（５）根据列车车轮运用的情况，及时有效地调整　调头周期，可改善轮缘磨耗。　

（６）加强轮轨润滑装置运行状态的检查，可改善　轮缘与钢轨接触部位的表面状况，从而降低轮轨磨耗。　

参考文献　

［１］严隽耄．车辆工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９２．　［２］宗清泉，吴景冰，沈钢．驾驶模式对轮对异常磨耗的影响［Ｊ］．现　代城市轨道交通，２００６，（４）：４７—５３．　［３］张立民．轮轨接触应力与钢轨波磨分析［Ｊ］．西南交通大学学报，　２００３，３８（１）：３４　３７．　［４］马卫华，罗世辉，王自力．轮轨非对称接触及形面损伤问题分析　［Ｊ］．内燃机车，２００８，（５）：１Ｏ¨．　［５］员　华，肖胜强，汪洋．基于磨耗量统计的轮对等级旋修可行性　分析ＦＪ］．城市轨道交通研究，２００６，９（１）：４４　４８．　

（编辑：李　萍）　

Ｏ　聋