铁道机车车辆轮轨摩擦磨损节降耗
摘阐述铁道机车车辆轮轨摩擦磨损现状研究燃机车车轮闸瓦钢轨消耗数
量相应维修费指出采适新技术节降耗方面会产生显著济效益
关键词车轮轮缘钢轨摩擦磨损铁道机车车辆节降耗
众周知铁路运输基轮轨相互作产生黏着牵引力黏着制动力实现列车运行轮轨间摩擦磨损铁路运输中消耗量源耗资
着铁路运输高速重载发展摩擦磨损致事风险增加轮轨接触面形成种损伤缩短轮轨寿命严重磨损会导致轮钢轨失效危行车安全方面高速铁路成功应国家付出惨重代价例1998年轮轴疲劳断裂导致德国ICE高速列车脱轨造成101死亡84重伤直接济损失约2亿马克时合理利资源实行节降耗国项基战略决策节约源降低铁路运输成机车车辆制造修理费机车车辆轮轨摩擦磨损状况需引起高度重视应采取相应技术措施努力种磨损造成损失降低程度达降耗增效目
1 铁路钢轨磨耗
铁路工务部门统计国铁路20~30路段钢轨磨损率国外严重磨损率指标60曲线段钢轨波磨造成严重损伤摩擦磨损带损失
11 钢轨损伤形态
铁路轮轨作关系复杂钢轨磨耗损伤形态钢轨压溃侧磨波磨剥离等占钢轨总损伤量80着铁路机车车辆重载高速化轮轨间摩擦磨损日趋严重钢
轨压溃波磨迅速增长发生较普遍
12 钢轨年消耗量
资料记载十五期间国铁路钢轨材年基维持110万t左右新线建设外中线路修维修消耗钢材约70~80万t年铁道部安检司调查2003年钢轨损伤更
换需材料工费约50亿元中钢轨压溃侧磨波磨等导致损伤占钢轨总损伤量8040亿元左右
2 机车车辆车轮磨损
车轮铁路机车车辆重走行部件列车运行中车轮滚动会车轮踏面轮缘发生磨耗车轮钢轨滑动会造成踏面损伤21 车轮损伤形态失效分析统计铁道机车车辆车轮损伤类型轮缘磨耗轮辋疲劳裂纹热损伤车轮踏面剥离崩裂等(参见表1图2)磨耗造成车轮部件失效原轮轨接触应力集中制动热应力疲劳累积塑性流动变形夹杂物应力集中部缺陷应力集中等
22 车轮消耗
目前国铁路机车客车货车约500万车轮运营中里讲车轮消耗指磨损车轮维修更换2006年例全路机车客车货车消耗新轮63·1万均0·5万元计算需费约31·55亿元
完成中国工程院达摩擦磨损工程应咨询项目时笔者2006年11月赴北京铁路局**机务段进行铁路机车车辆关键零部件摩擦磨损现场调研**机务段调查解DF4型机车例车轮维修全部更换该段均台机车年需工费材料费分3·3万元42·4万元尚包括修理更换时机车停运损失关该段DF4型机车旋轮换轮费参见表2表32005年全路机车保量17 500台推算仅机车车轮维修费5
·8亿元
23 制动闸瓦消耗
机车车辆制动系统摩擦制动中踏面闸瓦制动盘形制动国目前新造提速客车厂修改造25型客车采盘形制动外机车车辆采踏面制动车轮磨耗较严重铸铁闸瓦相合成闸瓦获较高黏着系数摩擦系数稳定磨耗快成较高**机务段DF4DF4D型机车例1修期台DF4型机车需更换闸瓦8次DF4D型机车需更换闸瓦10次台机车换瓦费分1·2万元1·5万元该段现DF4型机车35台DF4D型机车23台计算机车1修期换瓦总费76·5万
3 降低轮轨磨耗技术措施
国铁路节技术政策第11·1条指出应注意抗磨减阻材料推广全世界生产量中约30~40量消耗摩擦关场合国摩擦关源消耗约占13 ~
12减轻摩擦降低磨损措施会直接间接节约源针目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重修理费高现象果进步推广应淬火钢轨轨面磨磨耗型车轮径转架安装轮轨润滑装置等现成熟技术明显改善轮轨摩擦磨损现状节约源原材料降低消耗取显著济效益
31 采淬火钢轨维护
钢轨波磨问题轮轨相互作程中极复杂系统问题根线路区段合理选择钢轨助预防钢轨波磨例淬火钢轨少发生波磨较高强度硬度建议轨道波磨区段采屈服强度较高钢轨外轨面磨防护手段轨面磨减车体振动车轮钢轨击力造成磨损实践表明延长波磨轨寿命50
调查知采淬火钢轨侧面涂油适时钢轨磨等技术仅钢轨材料项年节约费20亿元左右减磨节约耗费
32 采磨耗型车轮踏面
车轮磨损失效形式踏面磨耗限轮缘磨耗限铁道部机车车辆车轮踏面维修相应标准DF4型燃机车段修规程第3·11·6·8条中规定踏面磨耗深度7 mm采轮缘高度25 mm磨耗型踏面时踏面磨耗深度10 mm磨耗达超标准会危行车安全
早期车轮踏面锥型踏面锥型踏面初期磨损快磨损定程度磨损速率开始减缓踏面形状趋稳定通长期观察试验发现果车轮踏面设计时采磨耗型车轮踏面廓形效减轻轮轨接触应力迅速降低轮轨磨耗效延长轮轨寿命四方车辆研究北京****等铁路局机车车轮外形轮廓实测基础设计半径曲线区段JM磨耗型车轮踏面长期运结果表明应该外形设计原锥型踏面车轮相轮缘减磨达30~70铁路局根辖线路特点分研制种形式车轮踏面海铁路局研
发ST系列磨耗型踏面取减磨效果海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数表5知采ST2型踏面机车万公里轮缘磨耗率0·304 mm降0·190 mm降低
38车轮踏面剥离障明显减少关资料分析机车车辆采磨耗型车轮踏面台机车年节约费1·5万元
33 采径转架
传统机车转架传递牵引力保证直线走行性需轴基约束成相互行通曲线时种刚性定位轮钢轨间会形成明显角轮轨产生严重磨耗曲线半径越磨耗越严重降低轮轨磨耗年国外开展机车径转架研究取效果两种转架通曲线时运行
举例子说明装径转架轮缘磨耗情况
戚**机车限公司生产首台装径转架DF8B型7001号机车海铁路局进行线路运考核结果表明轴重装传统转架带轮轨润滑装置DF8B型机车相前者轮缘磨耗仅16
**机车限公司径转架机车传统转架机车曲线角进行测试测试结果表明仅径转架角减少程度言轮缘磨耗少降低45**机车车辆限公司生产DF4D型径转架机车****区段客货运牵引数表明装传统转架相机车车轮轮缘磨耗降74关资料分析采径转架技术台机车年节约费5·8万元
34 安装轮轨润滑装置
润滑减磨起着十分重作国铁路节技术政策第3·6条强调指出燃机车电力机车加装新型轮轨动润滑装置减少磨耗阻力降低机车耗
**机务段例安装轮轨动润滑装置取较效果该段118台机车安装铁道科学研究院研制华宝2号轮轨润滑装置台机车旋轮公里数10万km延长18万km车轮寿命30万km延长80万km机车车轮寿命延长产生巨社会效益济效益外台机车年节省旋轮(换
轮)费1万元**机务段118台机车年直接节省旋轮(换轮)费118万元全路17 500台机车推算年直接节省旋轮(换轮)费1·75亿元投入产出1∶20事实说
明通安装轮轨动润滑装置轮轨进行润滑减缓轮缘磨耗济效益十分观
4 结语
综述铁路运输中机车车辆轮轨摩擦磨损已成相严重问题量钢轨车轮磨损增加材料消耗提高修理成降低运输效率增加源消耗提出建议
(1)设计制造运输修理相关员机车车辆轮轨摩擦磨损状况应高度重视采取相应策
(2)目前已证实具良减磨效果措施应进步加推广应力度例钢轨进行适热处理磨开发新型闸瓦扩磨耗型踏面车轮径转架轮轨润滑装置装车应等(3)技术引进产品创新研发中应更加重视产品摩擦副磨损件标准研究时应寻求开发更适应轮轨摩擦副新材料新技术新工艺延长关键摩擦磨损件寿命进达节降耗增效目
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摘阐述铁道机车车辆轮轨摩擦磨损现状研究燃机车车轮闸瓦钢轨消耗数
量相应维修费指出采适新技术节降耗方面会产生显著济效益
关键词车轮轮缘钢轨摩擦磨损铁道机车车辆节降耗
众周知铁路运输基轮轨相互作产生黏着牵引力黏着制动力实现列车运行轮轨间摩擦磨损铁路运输中消耗量源耗资
着铁路运输高速重载发展摩擦磨损致事风险增加轮轨接触面形成种损伤缩短轮轨寿命严重磨损会导致轮钢轨失效危行车安全方面高速铁路成功应国家付出惨重代价例1998年轮轴疲劳断裂导致德国ICE高速列车脱轨造成101死亡84重伤直接济损失约2亿马克时合理利资源实行节降耗国项基战略决策节约源降低铁路运输成机车车辆制造修理费机车车辆轮轨摩擦磨损状况需引起高度重视应采取相应技术措施努力种磨损造成损失降低程度达降耗增效目
1 铁路钢轨磨耗
铁路工务部门统计国铁路20~30路段钢轨磨损率国外严重磨损率指标60曲线段钢轨波磨造成严重损伤摩擦磨损带损失
11 钢轨损伤形态
铁路轮轨作关系复杂钢轨磨耗损伤形态钢轨压溃侧磨波磨剥离等占钢轨总损伤量80着铁路机车车辆重载高速化轮轨间摩擦磨损日趋严重钢
轨压溃波磨迅速增长发生较普遍
12 钢轨年消耗量
资料记载十五期间国铁路钢轨材年基维持110万t左右新线建设外中线路修维修消耗钢材约70~80万t年铁道部安检司调查2003年钢轨损伤更
换需材料工费约50亿元中钢轨压溃侧磨波磨等导致损伤占钢轨总损伤量8040亿元左右
2 机车车辆车轮磨损
车轮铁路机车车辆重走行部件列车运行中车轮滚动会车轮踏面轮缘发生磨耗车轮钢轨滑动会造成踏面损伤21 车轮损伤形态失效分析统计铁道机车车辆车轮损伤类型轮缘磨耗轮辋疲劳裂纹热损伤车轮踏面剥离崩裂等(参见表1图2)磨耗造成车轮部件失效原轮轨接触应力集中制动热应力疲劳累积塑性流动变形夹杂物应力集中部缺陷应力集中等
22 车轮消耗
目前国铁路机车客车货车约500万车轮运营中里讲车轮消耗指磨损车轮维修更换2006年例全路机车客车货车消耗新轮63·1万均0·5万元计算需费约31·55亿元
完成中国工程院达摩擦磨损工程应咨询项目时笔者2006年11月赴北京铁路局**机务段进行铁路机车车辆关键零部件摩擦磨损现场调研**机务段调查解DF4型机车例车轮维修全部更换该段均台机车年需工费材料费分3·3万元42·4万元尚包括修理更换时机车停运损失关该段DF4型机车旋轮换轮费参见表2表32005年全路机车保量17 500台推算仅机车车轮维修费5
·8亿元
23 制动闸瓦消耗
机车车辆制动系统摩擦制动中踏面闸瓦制动盘形制动国目前新造提速客车厂修改造25型客车采盘形制动外机车车辆采踏面制动车轮磨耗较严重铸铁闸瓦相合成闸瓦获较高黏着系数摩擦系数稳定磨耗快成较高**机务段DF4DF4D型机车例1修期台DF4型机车需更换闸瓦8次DF4D型机车需更换闸瓦10次台机车换瓦费分1·2万元1·5万元该段现DF4型机车35台DF4D型机车23台计算机车1修期换瓦总费76·5万
3 降低轮轨磨耗技术措施
国铁路节技术政策第11·1条指出应注意抗磨减阻材料推广全世界生产量中约30~40量消耗摩擦关场合国摩擦关源消耗约占13 ~
12减轻摩擦降低磨损措施会直接间接节约源针目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重修理费高现象果进步推广应淬火钢轨轨面磨磨耗型车轮径转架安装轮轨润滑装置等现成熟技术明显改善轮轨摩擦磨损现状节约源原材料降低消耗取显著济效益
31 采淬火钢轨维护
钢轨波磨问题轮轨相互作程中极复杂系统问题根线路区段合理选择钢轨助预防钢轨波磨例淬火钢轨少发生波磨较高强度硬度建议轨道波磨区段采屈服强度较高钢轨外轨面磨防护手段轨面磨减车体振动车轮钢轨击力造成磨损实践表明延长波磨轨寿命50
调查知采淬火钢轨侧面涂油适时钢轨磨等技术仅钢轨材料项年节约费20亿元左右减磨节约耗费
32 采磨耗型车轮踏面
车轮磨损失效形式踏面磨耗限轮缘磨耗限铁道部机车车辆车轮踏面维修相应标准DF4型燃机车段修规程第3·11·6·8条中规定踏面磨耗深度7 mm采轮缘高度25 mm磨耗型踏面时踏面磨耗深度10 mm磨耗达超标准会危行车安全
早期车轮踏面锥型踏面锥型踏面初期磨损快磨损定程度磨损速率开始减缓踏面形状趋稳定通长期观察试验发现果车轮踏面设计时采磨耗型车轮踏面廓形效减轻轮轨接触应力迅速降低轮轨磨耗效延长轮轨寿命四方车辆研究北京****等铁路局机车车轮外形轮廓实测基础设计半径曲线区段JM磨耗型车轮踏面长期运结果表明应该外形设计原锥型踏面车轮相轮缘减磨达30~70铁路局根辖线路特点分研制种形式车轮踏面海铁路局研
发ST系列磨耗型踏面取减磨效果海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数表5知采ST2型踏面机车万公里轮缘磨耗率0·304 mm降0·190 mm降低
38车轮踏面剥离障明显减少关资料分析机车车辆采磨耗型车轮踏面台机车年节约费1·5万元
33 采径转架
传统机车转架传递牵引力保证直线走行性需轴基约束成相互行通曲线时种刚性定位轮钢轨间会形成明显角轮轨产生严重磨耗曲线半径越磨耗越严重降低轮轨磨耗年国外开展机车径转架研究取效果两种转架通曲线时运行
举例子说明装径转架轮缘磨耗情况
戚**机车限公司生产首台装径转架DF8B型7001号机车海铁路局进行线路运考核结果表明轴重装传统转架带轮轨润滑装置DF8B型机车相前者轮缘磨耗仅16
**机车限公司径转架机车传统转架机车曲线角进行测试测试结果表明仅径转架角减少程度言轮缘磨耗少降低45**机车车辆限公司生产DF4D型径转架机车****区段客货运牵引数表明装传统转架相机车车轮轮缘磨耗降74关资料分析采径转架技术台机车年节约费5·8万元
34 安装轮轨润滑装置
润滑减磨起着十分重作国铁路节技术政策第3·6条强调指出燃机车电力机车加装新型轮轨动润滑装置减少磨耗阻力降低机车耗
**机务段例安装轮轨动润滑装置取较效果该段118台机车安装铁道科学研究院研制华宝2号轮轨润滑装置台机车旋轮公里数10万km延长18万km车轮寿命30万km延长80万km机车车轮寿命延长产生巨社会效益济效益外台机车年节省旋轮(换
轮)费1万元**机务段118台机车年直接节省旋轮(换轮)费118万元全路17 500台机车推算年直接节省旋轮(换轮)费1·75亿元投入产出1∶20事实说
明通安装轮轨动润滑装置轮轨进行润滑减缓轮缘磨耗济效益十分观
4 结语
综述铁路运输中机车车辆轮轨摩擦磨损已成相严重问题量钢轨车轮磨损增加材料消耗提高修理成降低运输效率增加源消耗提出建议
(1)设计制造运输修理相关员机车车辆轮轨摩擦磨损状况应高度重视采取相应策
(2)目前已证实具良减磨效果措施应进步加推广应力度例钢轨进行适热处理磨开发新型闸瓦扩磨耗型踏面车轮径转架轮轨润滑装置装车应等(3)技术引进产品创新研发中应更加重视产品摩擦副磨损件标准研究时应寻求开发更适应轮轨摩擦副新材料新技术新工艺延长关键摩擦磨损件寿命进达节降耗增效目
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