文章编号:100227602(2010)0520032203
货车车轮踏面擦伤问题的分析
张桂华1,舒同太2(1.上海工会管理职业学院,上海201415;2.上海铁路局车辆处,上海200071)
摘 要:从空车位制动缸压力高、空重车位误调、错装高摩擦因数合成闸瓦及空重车自动调整装置故障等方面对货车车轮踏面擦伤的原因进行了分析,提出了防范措施和建议。关键词:货车;车轮;踏面;擦伤;分析中图分类号:U270.331
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.1 文献标识码:B
1 问题的提出由于货物列车运营速度越来越高,货车车轮的状态将直接关系到货车的使用效率和安全,对经济效益有着重大影响。从近年来上海铁路局货车车辆段检修车间轮对检修情况(表1)来看,因踏面擦伤旋修的轮对占总检修轮对的50%左右。因此,如果能有效地防止车轮踏面擦伤,对提高车轮的使用寿命有着非常重要的意义。
表1 2009年上海局轮对旋修统计表时间2009年1季度2009年2季度2009年3季度2009年4季度合计总检修数量/
条36896393433198935129143357
需旋轮数量/
条2564226084214652392397114
因擦伤而旋轮数量/条1549619239163461693268013
旋轮量占总检修量百分比/%
69.566.367.168.167.7
因擦伤旋轮占总检修量百分比/%
42.048.951.148.247.4
2 理论分析2.1 车轮不产生滑行的条件在制动状态下车轮的主要受力情况如图1所示。
收稿日期:2010202226
作者简介:张桂华(19652),女,高级讲师。
图1 制动时车轮受力状况当闸瓦以压力K作用于车轮踏面上时,产生摩擦力K 轮,而车轮以等值的反作用力T作用于闸瓦。假设在车轮中心O处增加2个数值等于K力(图1中K<′m和K<″m) ,则摩擦力K 用于轮心O而方向朝上的力K<′m和一对力偶KK<″m。K<′m与作用于闸瓦的反作用力T通过闸瓦托吊(制动梁端轴)、侧架、轴箱而平衡,同时产生附加力矩使车轮减载或增载。根据力学理论,任何力偶都可以用具有同一旋转方向和同一力矩值的其他力偶来代替,因此,可将力偶K的力偶,即K点O′的力B使钢轨向右方移动,由于车轮与钢轨间的垂直载荷Q及在运行时产生的黏着力形成给予车轮的反作用力P,其数值与B大小相等、方向相反,这样,力B就从力偶(B、B′)中分离出来,并为黏着力P 所平衡,剩下作用于车轮中心O的力B′的方向与列车运行方向相反,就成为阻止列车运行的制动力,使列车减速或停车。・23・ 问题讨论铁道车辆 第48卷第5期2010年5月 从上述分析可以看出,提高闸瓦压力K或提高闸瓦摩擦因数轨表面环境条件有关。如:轨面干燥而清洁时,黏着系数比较高;轨面稍有潮湿或有霜、雪、油污时,黏着系数将大大降低,但如果连续下雨,轨面被冲刷得很干净, 则钢轨虽然很湿,黏着系数也不降低;如果在轨面上适当地撒砂,则可以提高黏着系数。在正常条件下(以ND5型内燃机车为例))黏着系数计算公式为: ψ=01242+72/(800+11v) 若v=60km/h时,机车的黏着系数ψ=01291。由于黏着系数随车辆的运行速度v和钢轨表面环境条件变化而不同,一般而言,车辆的黏着系数的取值要比机车低得多,本文取ψ=01124,闸瓦摩擦因数 01155, 分析几种车轮滑行的原因。 3 根据理论计算结果分析几种车轮滑行的原因 3.1 空车位时车轮可能发生滑行《铁路技术管理规程》规定,装空重车手动调整装置的车辆,车辆总重达40t时,按重车位调整,运行速度为60km/h。当车辆总重在22t～40t之间时,综合考虑制动时车轮减载因素,其支撑力N应在22kN～40kN之间。根据P=N・ψ(ψ=01124)可得,黏着力P应在217kN～5kN之间。根据前面计算,空车位时闸瓦与车轮的摩擦力K较闸瓦摩擦力KP的情况,所以车轮有发生滑行的条件。理论上讲,当黏着力小于或等于313kN时,车轮就要产生滑行。根据前面的分析可知,若要车轮不发生滑行则必须满足: K・ψ则:K6kN 制动倍率β取9128、货车闸瓦制动传动效率η取0195时,将K=1716kN代入闸瓦压力计算公式: K=Pz・S・β・η/(n×106)=Pz ×99488×9128 ×0195/(8×10 6 )=1716 由此可得Pz<161kPa。而目前《铁路货车段修规程》中规定GK型制动机的安全阀风压达190kPa 时排气,当风压降至160kPa时停止排气。在风压由190kPa降至160kPa的过程中车轮就要产生滑行。所以,在纯空车位或小载重工况下,制动缸压力高是造成车轮滑行的原因之一。 3.2 空重车误调时车轮可能发生滑行车辆总重在40t以下而空重车调整装置在重车・33・ 货车车轮踏面擦伤问题的分析 张桂华,舒同太位时,支撑力N<40kN。根据P=N・ψ可知P<5kN。又根据前面的计算可知重车位时KP,所以这种情况下车轮必定滑行。《铁路技术管理规程》规定,总重小于40t的车辆,空重车调整装置应调至空车位。但在列车编组中,空重车调整装置位置不正确现象是常见的。究其原因:一是空重车调整装置损坏或作用不良,造成转换失灵或转换不到位;二是漏调;三是车辆上没有载重标记,无法判断车辆总重是大于40t还是小于40t,从而造成车辆为空车时但手动空重车调整装置置于重车位,产生误调。3.3 未按规定标准安装闸瓦,车轮可能发生滑行以C62系列敞车重车为例。车辆自重2211t,载重61t,装用120型制动机,设有空重车自动调整装置,254mm×254mm制动缸活塞面积S=50600mm2,传动效率η=0195,制动倍率β=9147。常用全制动时制动缸压力重车位时Pz=360kPa,使用高摩合成闸瓦,其摩擦因数为0128(运行速度70km/h)。黏着系数ψ的取值为01124。根据《铁路技术管理规程》第3.1条车轮的减载量按静载荷的20%计算,支撑力N=8311kN;计算黏着力N・ψ=1013kN;计算闸瓦压力K=2015kN,闸瓦与车轮的摩擦力KN・ψ,造成车轮滑行。3.4 空重车自动调整装置失灵造成车轮滑行由于空重车自动调整装置在定期检修时,对调整阀、传感阀分解检修不全面,当橡胶件发生腐蚀或老化后,就会造成空重车自动调整装置失灵,重车时无法调整为空车状态造成车轮滑行,擦伤车轮。4 改进措施和建议(1)目前,空重车手动调整装置的制动缸风压在空车位时是160kPa～190kPa,压力偏大,是造成车轮滑行的原因。从有关资料得知,C63A型敞车装用KZW—4型空重车自动调整装置,空车位时制动缸压力为130kPa～170kPa,运用中车轮擦伤的概率只为装有空重车手动调整装置的1/5～1/6。因此,建议适当调低装有空重车手动调整装置的制动缸在空车位的压力,理论计算值应小于161kPa。但理论计算与客观实际会有一定差异,建议参照C63A型敞车空重车调整时空车位置制动缸压力,由160kPa～190kPa降低为140kPa～170kPa,对GK型空气制动机来说,安全阀应在压力达170kPa时必须排气,压力降至140kPa 前必须停止排气,以降低空车位或小载重工况下车轮擦伤的概率。(2)在车辆检修中,要强调空重车调整装置的检 修质量,特别是空重车自动调整的车辆,对其调整阀(比例阀、限压阀)和传感阀在检修中要认真检修,及时 更换橡胶件,确保配件作用良好,防止作用失灵或调整不到位的现象发生。(3)严格按部颁《货车厂修规程》、《货车段修规 程》、《货车站修规程》和《货车运用管理规程》中有关对货车闸瓦更换的规定,以及空重车手动调整装置的调整要求,避免闸瓦型号更换不正确或空重车手动调整装置误调而使车辆在运用过程中产生车轮踏面擦伤的现象。(4)采用空重车自动调整装置是减少车轮踏面擦 伤的根本途径,也是铁路车辆系统的一项重要技术决策。建议在所有货车上全部采用空重车自动调整装置,以实现理想的制动效果,车轮踏面擦伤的问题也会得到相应改善。 参考文献: [1] TB/T1407—1998,列车牵引计算规程[S].[2] 孙中央.列车牵引计算规程实用教程[M].北京:中国铁道出版社,1999. [3] 中华人民共和国铁道部.铁路技术管理规程[M].北京:中国铁道出版社,2006. (编辑:田玉坤) ・43・ 铁道车辆 第48卷第5期2010年5月