摘 要：阐述了电客车轮缘磨耗的机理和轮缘润滑装置的必要性，介绍了电客车湿式轮缘润滑装置的结构、工作原理和性能特点，分析了对运营成本的影响。
关键词：轮轨润滑；轮缘润滑装置；轮缘磨耗；润滑剂
【分类号】：TU855
0 引言
地铁等城市轨道交通运输线路普遍存在线路复杂、曲线段多的特点，电客车运行经过曲线区段时，轮缘与钢轨间磨耗加快。为解决车轮轮缘的垂直磨耗问题，本文简要分析曲线轨道线路对电客车轮缘的影响以及电客车设置轮缘润滑装置的必要性。
1 曲线区段线路对电客车轮缘的影响
电客车通过曲线区段线路时， 转向架的运动状态与在直线上时大不相同，其运动是由两种运动复合而成的平面运动， 即转向架绕回转中心平动和绕回转中心转动。在曲线上， 由于轮轨间存在有间隙， 所以前轮对外侧车轮对曲线外轨形成一个冲角，如图1所示。
在通过曲线时由于转向架绕回转中心平动， 导致车轮沿钢轨表面滑动。在电客车通过小半径曲线时，轮对发生摇头角位移，车轮与钢轨之间的接触状态一般为“两点接触”，即车轮踏面和轮缘同时与钢轨顶面和侧面接触，如图2-b所示。
图2 车轮与钢轨之间的接触状态示意图
由于外轨和内轨与车轮接触点的不同， 其受力情况有所不同。“两点接触”发生于外轨与车轮接触处，受力情况如图3所示。
图3 轮对通过曲线时横向蠕滑力和正压力的方向
（横向蠕滑力F、正压力p）
车轮沿钢轨运行时，轮轨接触点不断变化，车轮踏面与钢轨顶面的接触点是车轮转动的瞬时转动中心。由于车轮绕瞬时转动中心转动，造成轮缘与钢轨侧面磨耗。而且轮缘接触点离踏面接触点的垂向距离越大，则摩擦越严重。摩擦使得轮轨系统不稳定，伴随产生曲线尖叫噪声。
青岛地铁M3线电客车所用轮对采用LM型踏面设计，当轮对无摇头角位移时，轮对在不同横移情况下均不致出现轮轨之间的两点接触。但在电客车通过小半径曲线时，轮对发生摇头角位移，随之出现的两点接触增加了轮轨之间的磨耗。因此小半径曲线轨道对车轮轮缘磨耗确存在较大影响。
2 电客车设置轮缘润滑装置的必要性
因青岛地铁M3线暂未正式开通运行，线路轮缘磨耗情况尚无法统计。通过调研、分析其他地铁公司的线路曲线半径、车轮镟修以及轮缘、轮径等数据发现，在原有线路运行基础上开通曲线区段较多的新线路区间之后轮缘磨耗量明显增大，导致车轮镟修数量明显上升，大大降低了车轮使用寿命，甚至影响到电客车高级别修程里程数值设定。另外电客车镟轮停时大大增加，对线路可用车数量造成不利影响。由此可见，电客车设置轮缘润滑装置具有十分重要的意义。
3 轮缘润滑装置技术方案说明
青岛地铁M3线在半数列车前后两端的导向轮对上各安装一套湿式轮缘润滑系统。系统通过一个气动柱塞泵将润滑剂打入油气混合块，同时润滑剂和压缩空气在油气混合块中混合，借助于压缩空气的作用，润滑剂沿着管道内壁输送并经由TURBOLUB分配器分配后供送到喷嘴，润滑剂从喷嘴喷射到轮缘上。
图4 湿式轮缘润滑装置
图5 湿式轮缘润滑装置工作原理
车辆上的压缩空气容量有限，因此喷射并不是连续不断的，而是每隔一段时间喷射一次。每次喷射过程持续6-10秒。在系统中，泵和喷嘴之间的中间管道大约含有10%的润滑剂和90%的压缩空气，这样的比例使压缩空气在喷射过程中能够对润滑剂产生作用并使之形成精细油膜层，越靠近喷嘴油膜层的厚度越小同时也越精细，喷到轮缘上的油膜层的厚度小于0.001mm，其宽度为10-15mm。
由于压缩空气的作用，在管道中输送的添加有高比例耐压固体颗粒的润滑剂加速从喷嘴喷出并以150-200m/s的高速度喷到轮缘上，喷射过程干净利落并且确保车辆在高速行驶的状态下喷射出的润滑剂也能突破车轮周围的空气流和行车风而精细地覆盖在车辆轮缘上。
4 轮缘润滑装置性能特点
润滑剂的使用不对环境构成污染，此外润滑剂的耐压性能也很好，可承受车轮和轨道之间极高的表面压力；润滑剂有很强的粘性，其粘附力大于车轮转动的离心力。
喷射间隔可以取决于时间，也可取决于行驶距离，或是二者兼之；必要的话，车辆处于弯道时，还可以采用弯道传感器或是GPS全球卫星定位系统来检测弯道的位置并在车辆驶入弯道时适当加大喷射剂量。
在减轻车轮及轨道之间磨损的同时还降低了弯道时车辆行驶噪音。在其他线路测量结果表明，采用湿式轮缘润滑系统后噪音值可降低30dB。
5 结论
青岛地铁M3线湿式轮缘润滑装置可减少车轮轮缘磨损，降低由于轮缘磨损而对车轮进行修磨的次数及维修费用；降低车辆弯道运行噪音；节省了运营成本且不对环境造成污染，有明显的社会效益和经济效益。■
参考文献
[1] 严隽耄.车辆工程.中国铁道出版社，2005
作者简介：韩承斐，男，助理工程师，青岛地铁集团有限公司运营分公司车辆部工程师。
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