南京地铁电客车轮缘综合值qR测量问题初析

1、南京地铁电客车轮缘综合值(qR)测量问题初析吴井冰（1. 南京地铁运营分公司车辆部 南京 210012）摘要：介绍了南京地铁电客车轮对检修规程，重点分析了车轮轮缘外形尺寸对车辆运行性能的影响。对比分析了用于检查车轮爬轨脱轨安全性的两种指标轮缘综合值qR与垂直磨耗。最后对南京地铁在qR测试方面存在的问题进行了初步的探讨。关键词：轮对检修，轮缘磨耗，轮缘综合值qR，垂直磨耗1 概述轮对承担着车辆的全部重量，车辆在钢轨上高速运行时轮对承受着从车体与钢轨两方面传递来的各种静、动作用力，受力复杂，它是影响车辆运用安全的关键部位。南京地铁电客车的正常维修按照技术规程对车辆尤其是走行部分的各类部件及尺寸进行

2、全面检查测量。对轮对各类尺寸，如轮对内侧距（L）、轮径尺寸（D）、轮缘高度（Sh）、轮缘厚度（Sd）、轮缘综合值（qR）、轮径差等测量的技术标准如表1所示：表1 轮对检修技术标准轮对内侧距L1353mm<L<1355mm轮径尺寸DD>770mm轮缘高度Sh26mm<Sh<32mm轮缘厚度Sd22mm<Sd<33mm轮缘综合值qR6.5mm<qR<12.7mm轮径差同轴<2mm，同转向架<4mm，同车<7mm从表1可以看出，对轮缘外形尺寸有严格控制，这是由于轮缘磨耗会提高车辆脱轨风险。在对轮缘外形尺寸的测量参数中南京地铁引入

3、了轮缘综合值qR的测量，而去掉了我国常用的轮缘垂直磨耗测量。南京地铁在运用qR测量标准时出现了测量基准无法确定的问题，并由此带来了重复测量、车轮镟修量大等运营成本的增加。本文从轮缘磨耗与车辆脱轨安全性关系出发，比较轮缘综合值qR测量与轮缘垂直磨耗测量的原理、方法及运用。并通过南京地铁qR值测量实例分析qR值测量中存在的问题，提出可行的建议。2 轮缘磨耗与车辆脱轨安全性2.1 轮缘磨耗形式车辆在正常的工作条件下，轮缘的磨耗并不严重，轮缘只在车辆通过曲线和道岔时，才因承受水平力的作用，与外轨内侧面摩擦而产生磨耗。在直线区段，轮对蛇行前进，轮缘磨耗并不大。如果轮对踏面磨耗严重或转向架组装不正，使轮对

4、与钢轨间的相对位置不正常，则轮对易偏于线路一侧，使轮缘生产偏磨。 轮缘磨耗有以下三种形式：即轮缘厚度减小、轮缘顶部形成锋芒及轮缘垂向磨耗。轮缘磨耗过甚时，会产生如下不良后果： （1）轮缘厚度磨耗变薄后，强度下降，当轮对通过曲线或作蛇行运动时，轮缘在来自钢轨水力的作用下，会导致崩裂缺损，甚至会造成行车事故。同时，车轮与钢轨的安全搭载量是根据轨距和车轮内侧距以及轮缘厚度等因素而定的，如果轮对的一侧车轮轮缘磨损过薄，则会影响一侧车轮与钢轨的安全搭载量。（2）轮缘形成锋芒后，在轮对通过道岔时，可能挤开尖轨而造成脱轨事故，所以轮缘磨损成锋芒时，必须更换轮对。（3）轮缘垂向磨耗超过限度时，其轮缘根部与钢轨

5、内侧面形成平面接触，当车轮通过道岔，由于轮缘与钢轨接触处没有弧形，就会使车轮碰击尖轨或爬上辙叉心，同样会造成脱轨事故；伴随着踏面的凹入使轮缘的相对高度增加，也有可能切断鱼尾板螺栓而造成车辆颠覆。因此，轮缘垂向磨耗过限的轮对也不许继续运用。2.2 车辆脱轨安全性评定准则1评定防止车轮脱轨稳定性的指标用“脱轨系数”，Nadal公式给出了脱轨系数的计算方法，如式（1）所示： （1）式中 、 分别为作用在车轮上的横向力和垂向力， 最大轮缘角， 轮缘与钢轨侧面的摩擦系数。脱轨系数的限界值与车轮的轮缘角和轮缘处的摩擦系数有关，如图1所示。轮缘角越小，摩擦系数越大，越容易出现爬轨。根据我国“铁道车辆动力学性

6、能评定和试验鉴定规范”（GB5599-85）规定，脱轨系数Q/P1.2（容许值），Q/P1.0（安全值）。图1 车轮脱轨系数临界值2.3 轮缘磨耗与车辆脱轨安全性 通过上述有关车辆脱轨安全性的论述可知，当摩擦系数一定时，轮缘角对车辆脱轨影响很大。并且在实际运行中，车轮爬轨并不是一个瞬时的过程，而是在经过某一段时间后发生的，在这一段时间中车轮通过了一段路程，这一过程与车轮轮缘的几何形状有很大关系。3 轮缘综合值qR与轮缘垂直磨耗3.1 轮缘垂直磨耗2我国铁路行业使用“轮对轮缘垂直磨耗是否过限”这一指标来判定轮对的脱轨安全性。当滚动圆踏面基准线向上12mm处的轮缘厚度小于15mm处的轮缘厚度时，即

7、为垂直磨耗过限。使用车轮第四种检查器（如图2所示）测量轮对垂直磨耗是否过限。如图3所示，测量轮缘厚度的同时，如果垂直磨耗测头接触轮缘，说明车轮轮缘垂直磨耗到限，需要镟修。主尺踏面磨耗测尺尺框踏面磨耗测尺轮缘高度测量定位面尺框坚固螺钉轮辋宽度测量止钉轮辋厚度测尺轮缘厚度测尺轮缘厚度测尺尺框踏面磨耗测尺坚固钉主尺背面滚动圆定位线定位角铁踏面磨耗尺框背面滚动圆定位线轮缘厚度测头垂直磨耗测头定位挡块踏面磨耗测头图2 车轮第四种检查器图3 测量轮缘垂直磨耗示意图3.2 轮缘综合值qR3qRShSdL1L3L2滚动圆直径 (Dr)南京地铁电客车采用的是由法国ALSTOM与南京浦镇车辆厂联合生产的A型车辆。

8、在ALSTOM的电客车维修手册中，对南京地铁轮对的轮缘、踏面等各种参数要求中并没有垂直磨耗这一项，而是全新引入了qR这个概念。它的定义为滚动圆踏面基准线向上10mm引垂线与轮缘内侧有一交点，轮缘顶部向下2mm引垂线与轮缘内侧有一交点，这两个交点之间的水平距离即为qR值（如图4所示）。L1=2mm L2=70mm L3=10mm图4 qR定义轮缘综合值qR的测量如图5所示，使用TBD量规可同时测量轮缘高度、轮缘厚度和qR值。若qR值小于6.5 mm，则轮缘垂直磨耗过限，需要镟修；若qR值大于12.7mm，因为踏面凹陷或轮缘厚度增大，出于安全的考虑同样需要镟修。图5 qR测量示意图3.3 测量原理

9、通过以上对轮缘垂直磨耗和轮缘综合值qR测量方法的描述可知，其原理都是间接测量轮缘角。1）轮缘垂直磨耗过限时，轮缘角，车轮有挤岔、脱轨风险；2）轮缘综合值qR<6.5mm的情况同轮缘垂直磨耗；3）qR>12.7mm有两种情况：踏面凹陷造成滚动圆测量基准改变；或轮缘角，提高车轮脱轨风险；4）轮缘综合值qR的测量范围（沿轮缘高度方向）比轮缘垂直磨耗大，能够更加准确的反映车轮轮缘形状。4 南京地铁电客车轮缘综合值qR测量中的问题南京地铁电客车车轮采用ALSTOM公司提供的整体碾钢轮，踏面外形符合TB1967-87标准中的LM型磨耗型踏面，如图6所示4。根据标准，轮缘厚度的测量位置为滚动圆直

10、径测量基准向上12mm处。但ALSTOM电客车维修手册中轮缘综合值qR的测量位置为滚动圆直径测量基准向上10mm处（如图4所示）。从ALSTOM电客车维修手册中提供测量Sh、Sd、qR三位一体的仪器（图5）来看，以及从提高测量的高效率来看，L3应为一个定值（10mm、12mm或其他）。由此带来的问题有：1） 如果将L3值定为12mm，新轮qR值为8.39mm，根据维护手册qR极限值为6.5mm。运营中车轮很快磨耗到限，严重影响车辆使用效率，增加运营成本；2） 如果将L3值定为10mm，轮缘厚度的测量就不能满足TB的规定；图6 南京地铁车轮外形（LM-TB1967-87）南京地铁目前将轮缘厚度的

11、L3数值定为12mm，qR的L3数值定为10mm，两者没有统一，导致测量的工作量大大增加。5 结论与建议车轮轮缘形状与列车脱轨安全性有密切关系，轮缘磨耗影响列车运营安全与效率。我国大铁路使用的轮缘垂直磨耗过限与现在国际通用的轮缘综合值qR标准都反映了轮对检修中对轮缘安全性的限制。轮缘综合值qR更能全面反映轮缘形状，且易于测量，建议推广使用。由于国内几家地铁的轮对踏面外形多种多样，没有统一的标准，而且现有的国家标准、铁道部标准没有对qR测量仪器的具体要求，造成在向专业生产厂家购买时存在问题。尤其在qR值测量位置L3的确定方面研究甚少。建议加快出台相关的地铁行业标准以改变目前一条地铁、一种踏面外形

12、的现状。南京地铁也将在今后的工作中通过积累原始数据及向制造商ALSTOM沟通制定出适合南京地铁电客车车轮踏面外形的L3值，并从中总结经验为制定相关标准提供资料，从而保证轮对踏面参数测量的准确性、提高测量的效率以及保证地铁运用安全。参考文献1 王福天.车辆系统动力学.中国铁道出版社.1994年.2 LLJ-4A车轮第四种检查器. 中国铁路网.3 南京地铁一号线车辆采购合同文件技术规格书.4 TB/T 1967-87 机车车辆用车轮磨耗型轮缘踏面外形. Discussion the qR of Nanjing Metro CarsWu Jingbing1, Liu Xiaofang2(1. Veh

13、icle Division of Nanjing Metro Nanjing 210012;(2. School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University Beijing 100044)Abstract: Wheelset maintenance rules of Nanjing Metro Cars were introduced. The effect of wheel flange profile on vehicle running performance was analyzed. Two index used for evaluating wheel climb derailment safety qR which is representative of the wheel flange angle of slope. and the wheel flange vertical wear were compared. Finall