摘要：近年来，我国的交通工程建设有了很大进展，随之地铁车辆越来越多，轮对偏磨是铁道车辆常见的车轮磨耗形式。本文针对地铁车辆的车轮偏磨和制动梁缓解不良等问题相对突出，分析问题产生的原因，并提出改进的措施与建议。
关键词：地铁车辆；车轮磨耗；偏磨；数值仿真；小半径曲线
引言
随着车辆运行速度的提高，轮轨伤损日趋严重，其表现形式也更为复杂。车轮镟修是各地铁公司广泛采用的车轮维修方法，但盲目的镟修必将导致高额的维修成本。为减少运营成本，必须对轮轨伤损形式及其对车辆系统动力学性能的影响进行研究，从而制定合理的车轮镟修策略。
1车轮不均匀磨耗原因分析
1.1倾斜杠杆的排布方式
为适应车辆制动系统的排布要求，转向架基础制动装置采用倾斜式杠杆系统。倾斜式杠杆系统势必会在车辆制动和缓解过程中产生横向分力，虽然随着车辆空重车状态不同车体上拉条对转向架游动杠杆作用力的方向会发生一定的变化，但转K2和转K6型转向架的基础制动装置结构形式决定了上拉条的拉力方向只能是向转向架纵向中心线倾斜，所以，转向架基础制动装置所受横向力也只能是同一方向，即指向转向架纵向中心。转向架基础制动装置杠杆系统采用倾斜方式排布可同时导致游动端和固定端制动梁产生横向位移，与车轮实际表现出来的不均匀磨耗状态存在一定的差异，且该因素只能导致车轮轮缘偏磨而与踏面偏磨无关，因此仅是原因之一，而非主要原因。
1.2制动梁缓解不良
依靠转向架基础制动装置自身重力在侧架滑槽斜面上的分力和运行过程中的振动产生垂向加速度使制动梁的缓解力增大，当缓解力大于缓解阻力时，制动梁缓解，闸瓦脱开轮缘。但在缓解过程中，在扭矩和基础制动装置自身重力的作用下，制动梁滑块在侧架滑槽斜面上产生的摩擦阻力以及各杆件间铰结处始终存在的摩擦、卡滞导致缓解阻力上升，造成缓解不良导致抱闸或“虚抱”（闸瓦与车轮之间没有间隙，但闸瓦压力实际比制动时小或者为零），加剧了闸瓦和轮缘的磨耗。
1.3固定杠杆支点座位置偏差
在设计过程中确定转向架固定杠杆支点座的位置是以车辆半空半重状态下的弹簧挠度为依据的，就倾斜式杠杆系统而言，此方法是合理的，否则在转向架自由状态下杠杆系统无法组装。而从转向架制动装置所受附加外力的角度来分析，此方法存在一定的不足，会导致固定杠杆在空车和重车状态下都承受压力但方向相反。空车状态下固定杠杆所受压力及其产生的横向分力能够平衡一部分中拉杆偏斜所产生的横向力，且向上的分力有利于固定端制动梁缓解退让，因此是有利的。而重车状态下固定杠杆所受压力及其产生的横向分力与中拉杆偏斜所产生的横向力方向一致，但向下的分力不利于固定端制动梁缓解，此时固定杠杆受力状态以及可能导致的不利影响与现场表现一致，因此，可以认为该因素也是导致转向架固定端轮对轮缘和踏面不均匀磨耗的主要原因之一。
2车轮偏磨解决对策
对国内某条地铁线路的车轮磨耗进行了大量测试，获得了13列地铁车辆(本文对其编号T1至T13)所有车轮的磨耗状态，测试时车轮均未进行镟修。车辆在该线路为不掉头运行，车轮磨耗测试时车辆的运行里程从5*104km到15*104km不等。由于测试车辆运行线路复杂，小半径曲线众多，导致磨耗区域较宽，磨耗分布在-45～45mm范围内。左右侧车轮磨耗位置存在较大差异，左侧车轮轮缘磨耗非常明显，-33～-43mm范围内的磨耗明显大于右侧车轮；右侧车轮踏面区域(-20～20mm范围内)磨耗比左侧车轮至少高出1mm。该线路车辆轮对出现典型的偏磨现象，且这种磨耗状态普遍存在于所有测试车辆中。
2.1掉头对车轮磨耗的影响
受城市规划建设的限制，地铁线路条件无法改变，小半径曲线占比高及左右曲线比例不均等因素依然存在。从车辆运营方面着手，定期掉头是缓解车轮偏磨问题的有效措施。为研究掉头对车轮磨耗的影响，确定合适的掉头里程，由车轮磨耗预测模型及轨道线路模型，继续进行数值仿真计算。车辆运行总里程20*104km不变，设置四种工况，使车辆掉头行驶里程数分别为10*104km、5*104km、4*104km和2*104km，分析每种工况下左右侧车轮的磨耗情况。仿真结果表明，车辆定期掉头行驶能够有效缓解左右侧车轮偏磨现象。由车轮型面磨耗变化可知，车辆每进行一次掉头行驶后，由于左右侧车轮对应的左右曲线比例的变化，车轮磨耗情况相应改变，随着车辆的不断掉头行驶，左右侧车轮磨耗较为接近，车轮外形趋于一致。
2.2对于轮喷喷油不均匀的情况
我们对轮喷起喷时间进行调整，将原来统一的列车启动15s起喷调整为将两列车起喷时间变为10s，确保在曲线处可以喷油，改善曲线处油润状态，降低钢轨内侧与轮缘的摩擦系数。
2.3小半径曲线占比对车轮磨耗的影响
由车轮磨耗测试及数值仿真结果可知，小半径曲线的不对称分布是造成车轮偏磨的重要原因，特别是半径小于500m的曲线。为研究小半径曲线占比对车轮磨耗的影响，对本文的小半径曲线占比进行适当调整，在保证累积量不变的情况下，改变左右曲线的比例。同时，其余半径曲线及直线段比例保持不变，仿真计算过程及其他条件与前文相同。小半径曲线占比不均对车轮磨耗影响较大，车轮磨耗差随百分比差值的减小而减小，印证了小半径曲线的不对称分布是造成车轮偏磨的重要原因。该地铁线路半径小于500m的曲线中，左右曲线比例相差达6.61%，左曲线长度几乎为右曲线两倍之多，这是造成车轮偏磨的关键因素。当百分比由6.61%减至5%时，偏磨得到较大缓解，轮缘磨耗差下降21.4%，踏面磨耗差下降27.9%，百分比由4%减至3%时，磨耗差下降比较明显，且此时轮缘磨耗差与踏面磨耗差均不足0.5mm，磨耗速率差值小于0.025mm/104km，此时可不采取掉头措施，对今后地铁设计规划提供参考建议。从车轮磨耗分布及外形可知，右侧踏面磨耗依旧比左侧高，这是因为整体线路左右曲线的不对称分布所导致。若车辆运营不能做到经常掉头，建议对小半径曲线段采取不同的润滑措施，在装置轨侧润滑设备时，适当降低左侧车轮轮缘与钢轨接触的摩擦因数，亦或在车辆左侧加装轮缘润滑器，以减轻车轮偏磨。
2.4轮轨硬度匹配
具体措施是对于左右轮径差超限情况，采用踏面镟修，保留轮缘部分黑皮，将轮径较小侧轮径作为加工基准，将轮径较大侧轮对轮缘厚度作为给定镟修轮缘厚度对轮径较大的轮柄进行镟修。对于圆跳动超限情况，采用该轮最小轮径作为基准轮径，轮缘厚度作为给定轮缘厚度对该轮饼进行镟修。以上两种镟修方式镟修完毕后，轮缘部位曲线没有改变，即QR值未变化，脱轨系数不变，镟修方式是可靠的。
结语
综上所述，本文分析了导致车轮磨损的根本原因，由此导致车轮踏面与钢轨接触位置发生变化，随着运用里程的增加，在轮轨力的作用下最终导致偏磨加剧。本文研究方法和结果可为解决车轮偏磨问题和地铁新线选线设计提供重要参考。
参考文献
[1]王开团，张现锋，周海廷，等.CRH1型动车组轮缘异常磨耗研究及解决方案[J].铁道机车车辆，2019，39(3)：114-117.
[2]齐万明，慕光远，胡建成.哈尔滨地铁1号线车轮踏面异常磨耗原因分析[J].城市轨道交通研究，2017，20(11)：14-16，89.
[3]尚小菲，孟繁辉，曲志及.深圳地铁2号线车轮踏面异常磨耗问题的原因分析及解决措施[J].铁道机车车辆，2019，39(2)：87-90.
[4]周素霞，薛蕊，张骞，等.地铁线路曲线段磨耗状态下轮轨滚动接触有限元分析[J].机械工程学报，2016，52(12)：129-135.