鐵道機車車輛輪軌節(jié)能降耗策略

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摘要：為保證鐵道運輸?shù)恼７€(wěn)定運行，必須高度重視鐵道與機車車輛車輪間黏著制動力、牽引力，然而在實際運行時，經常會由于兩者間的摩擦作用，導致嚴重磨損，如果輪軌損壞，勢必會嚴重消耗能源能量，并花費更多維修成本。為有效防止磨損，應積極采取一些有效節(jié)能降耗策略。據(jù)此，本文主要對鐵道機車車輛輪軌的磨損及其節(jié)能降耗策略進行了詳細分析，以期能夠為鐵路機車車輛安全運行提供幫助。

關鍵詞：鐵道；機車；輪軌；磨損；節(jié)能降耗

鐵道與機車車輛車輪的穩(wěn)定有序運行，是保證鐵路正常安全運轉的重要前提，二者密切相關，始終保持彼此依賴的狀態(tài)，這時就衍生出了一大主要問題，即二者間長期下去會產生很大摩擦，從而引發(fā)磨損，導致車輛輪軌損壞，從而在運行的時候，嚴重消耗能源與資源，導致浪費，成本也會隨之增加，所以，必須加以處理[1]。

1摩擦與磨耗關系

輪軌間的相互作用主要體現(xiàn)在兩個接觸層間的壓強與相對運動。盡管機車車輛輪軌接觸表面中包含各式各樣的磨損機制，但是由于磨損消耗金屬材料，在很大程度上是由輪軌間滾動接觸消耗能量所決定，且與輪軌接觸壓強、相對運動率息息相關。另外，車輛輪軌間的摩擦系數(shù)和材料硬度都直接影響著金屬材料的損耗。在特定磨損模式下，材料磨損率會隨著接觸壓強、相對運動、摩擦系數(shù)增大而隨之上升。接觸表面的能量消耗則是受這些因素共同作用造成的，在能量超出既定標準之后，磨損模式就會隨之變化，即從輕度磨損逐漸發(fā)展為嚴重磨損。由于增大材料硬度，能夠顯著降低磨損率，因此材料特性與磨損之間密切相關，即提高接觸表面任何一面強度，都能夠促使系統(tǒng)材料磨損整體下降。車輛輪軌磨損不僅能夠以提高鋼軌與車輪硬度的方式加以優(yōu)化，還能夠采取降低接觸壓強、相對運動、摩擦程度等措施進行有效控制。車輛輪軌間的壓強與車輪、鋼軌廓形相關聯(lián)，且也易受車輛-軌道相互作用相應。對輪軌接觸表層相對運動率而言，其主要受車輪牽引力、制動力、軌道幾何結構所影響。通常情況下，列車通過小半徑曲線的時候，承受的相對運動率與彎道作用會更大一些。而有效控制車輛輪軌界面摩擦程度，有助于嚴格控制車輪與鋼軌的磨損。其一，在車輪輪緣或者鋼軌側面的接觸表層添加潤滑劑，以此降低摩擦系數(shù)，縮減能量消耗，以此環(huán)節(jié)輪緣與鋼軌磨損。其二，在車輪踏面或者鋼軌軌頂接觸表面上適度降低摩擦，以此實現(xiàn)能耗下降，車輪踏面磨損與鋼軌垂磨減小的目標，而且有效控制軌頂摩擦，能夠減緩列車穿過曲線時候彎道的影響作用。彎道作用力下降，會促使車輪輪緣或鋼軌側面接觸表層壓強縮減，以利于降低車輛輪緣與輪軌磨損[2]。

2鐵道機車車輛輪軌的磨損

2.1運行中磨損。在鐵道機車車輛中，車輪是非常重要的組成部分，是確保車輛運行穩(wěn)定性的重要基礎，在車輛結構體系中發(fā)揮著不可替代的主要作用。在鐵道機車車輛運行時，車輪和鐵道鋼軌之間相接觸，并發(fā)生摩擦，導致車輛踏面與車輪輪緣等發(fā)生磨損。一般來說，在機車車輛運行時，輪緣裂縫、車輪踏面裂縫、車輪踏面剝離、車輪熱損傷、輪輞疲勞裂縫都是非常常見的磨損類型。針對不同磨損現(xiàn)象發(fā)生的具體原因進行詳細，發(fā)現(xiàn)輪軌接觸應力集中、夾雜物應力集中、輪軌接觸應力較大、車輪滑行、制定熱應力疲勞、表層缺陷應力集中等都是引發(fā)車輪磨損的關鍵原因。在交通正常穩(wěn)定運輸時，由于車輪磨損導致能耗過大。根據(jù)鐵路機務組的鐵路機車車輛核心零件磨損調查研究發(fā)現(xiàn)，DF4型的鐵道機車運行時，由于車輪維修更換生成成本為，每年每臺人工成本大約在35000左右，車輪磨損材料成本大約為430000左右，而車輪維修時停運損失超出36000左右。2.2鋼軌磨損。在列車運行時，鐵道機車車輛車輪與鋼軌間的摩擦會直接影響車輪與鋼軌。而就鐵工工務部門調研結果表明，因為鐵道行業(yè)起步晚，發(fā)展慢，而且鋼軌磨損率比較高。一般來說，軌道磨損問題出現(xiàn)幾率大約在25%左右。在曲線路段，由于摩擦造成嚴重磨損的幾率大約在60%。因為鐵路軌道和列車間彼此作用關系太過復雜，造成的磨損也各式各樣，即鐵路壓潰、鐵軌剝離、鐵軌側磨等等。一般來說，鐵軌磨損將會導致鐵道機車車輛輪軌使用壽命嚴重縮減，減弱其與從車輪的作用，造成列車運行穩(wěn)定性與安全性大大降低，甚至出現(xiàn)脫軌事故，引發(fā)安全事故，威脅人們的生命財產安全[3]。

3鐵道機車車輛輪軌的節(jié)能降耗策略

3.1添加潤滑劑。鐵道機車車輛輪軌在長時間運行過程中，經常會發(fā)生磨損現(xiàn)象，這主要是由于車輛的擺角剛度太高，或者曲線半徑過小，導致車輪嚴重磨損，從而降低車輪使用壽命。對此，一般情況會選擇添加潤滑劑的方式，潤滑噴涂的位置大多在輪緣同軌側的接觸表層，在表層涂抹潤滑劑，能夠降低磨損。現(xiàn)階段主要的潤滑方式大概分為車載干式固塊潤滑與車載油脂噴涂潤滑兩種。3.1.1車載干式固塊潤滑。車載干式固塊潤滑的作用原理是以干式固塊潤滑系統(tǒng)為載體，此系統(tǒng)的安裝比較間，且自主調節(jié)能力良好。能夠在初步設計時完成安裝，還可以在后續(xù)改造優(yōu)化安裝。而干式固塊潤滑系統(tǒng)的突出優(yōu)勢在于不會由于輪軌擠壓轉移物質到軌頂，節(jié)能環(huán)保效果較好，不會造成污染。因為此方式所使用的是固體潤滑劑，因此必須詳細處理安裝比例與具體位置，以此強化潤滑效果。同時，還能夠針對輪緣進行潤滑處理，在軌頂與車輪踏面間進行有效潤滑，而在車輪踏面潤滑處理的時候，可通過車載自主調節(jié)機械涂覆器進行涂抹。但是現(xiàn)階段最常用的水基液體摩擦調節(jié)也屬于一種潤滑劑，能夠安裝到地面道旁涂覆系統(tǒng)。此潤滑劑作用機制是通過機車運行引導涂覆范圍潤滑劑，在反復引導下，潤滑軌頂，并揮發(fā)水分，以此在鋼軌接觸表層與車輪間構建固體薄膜，從而降低輪軌磨損，延長使用壽命。3.1.2車載油脂噴涂潤滑。車載油脂噴涂潤滑的作用機制是利用油脂噴涂系統(tǒng)，此方式在設計初步時能夠完成安裝，因為油脂會隨意流轉，因此精確化控制也是一大關鍵。并且在系統(tǒng)運行時，很容易造成油脂快速擴散，蔓延到軌頂，從而影響機車制動力與牽引力，發(fā)生車輪打滑的不良現(xiàn)象。而相關調研對比了此兩種方式，結果發(fā)現(xiàn)，車載干式固塊潤滑在降低輪軌磨損，延長使用壽命方面更具優(yōu)勢，效果更加顯著。3.1.3地面道旁軌側潤滑系統(tǒng)。減少車輪的踏面的磨損性在一定程度上也可以降低或者說是阻止波磨的增長。所謂波磨就是一種會影響出行舒適度的一種磨損情況，其形成原因多種多樣，但是經由道旁涂覆設備涂覆液體摩擦調節(jié)劑的使用后就會降低波磨現(xiàn)象。該系統(tǒng)能夠對鋼軌的軌角部位和軌側涂抹潤滑脂，然后保證機車在運行途中經由涂覆區(qū)域將潤滑脂帶入到外軌的軌側和軌角上，有效地降低波磨的增長率降。3.2利用耐磨損車輪踏面。鐵道機車車輛由于磨損太過嚴重，導致失效主要體現(xiàn)在踏面磨損超出極限，車輪邊緣損耗超出極限。為確保鐵路安全穩(wěn)定運行，鐵道管理部門針對機車車輛輪軌的踏面檢修維護都制定了相對健全的標準。即在維修規(guī)程中，明確指出，踏面磨耗深度應嚴格控制在7mm以內。而在應用踏面輪緣的高度為25mm的情況下，踏面磨耗程度應嚴格控制在10mm內。此外，檢修技術人員應嚴格按照維修標準，一一審核磨損程度，并全面開展車輛檢修與維護工作。而在磨損程度超出規(guī)定的時候，勢必會直接威脅車輛運行的安全性與穩(wěn)定性。以前機車車輪踏面形式主要為錐形踏面，其前期磨損指數(shù)比較高，但是在磨損到既定程度的時候，磨損速率就會快速下降，并處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過技術人員科學研究與實驗，發(fā)現(xiàn)，在車輪踏面設計時，合理利用耐磨損的車輪踏面廓形，能夠大大降低輪軌接觸應力，降低磨損，保證車輪與鋼軌使用壽命得以延長。3.3利用徑向轉向架。傳統(tǒng)鐵道機車車輛轉向架，在設計的時候，曲線設計缺乏規(guī)范性，為基于滿足牽引力順利運轉，可通過曲線設計加以優(yōu)化完善。合理設置鋼軌與輪胎沖角，在可控范圍內，縮減曲線半徑，減小磨損，在此過程需要科學利用徑向轉向架。3.4做好日常維護工作。不僅要添加潤滑劑，引用良好的潤滑模式，減少車輪與踏面磨損，同時還應重視日常檢修與維護，制定健全的巡檢制度，嚴格規(guī)定鐵道與機車車輛檢查事項，構建相應的維護部門，以此保證維修水平與效率，確保能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，找出原因，并采取科學合理措施進行有效解決[4-5]。

4結語

總而言之，在鐵道運輸中，機車車輛輪軌經常會出現(xiàn)很強的牽引力與制動力，以保證鐵道機車運行的穩(wěn)定性與可靠性。但是輪軌間的磨損程度相對偏高，還會嚴重消耗能源。當前，我國鐵路運行速度與承載力都實現(xiàn)了顯著提升，而由于輪軌磨損引發(fā)事故的幾率也隨之增大。輪軌運行過程中由于磨損導致設備損耗嚴重，不僅會大大減少輪軌使用壽命，還會造成設備使用功能遺失，從而直接威脅行車安全與穩(wěn)定。對此，必須重視技術優(yōu)化創(chuàng)新，并科學合理配置各項資源，以此增強鐵道機車車輛運行節(jié)能性，在此基礎上，將輪軌磨損降到最低水平，以有效降低機車運行資源消耗，促使鐵路交通機制正常運轉，進而為社會帶來良好綜合效益。

參考文獻：

[1]張建軍.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗[J].科學技術創(chuàng)新，2017（2）：241.

[2]王娟，崔晶，楊會玲.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗措施分析[J].科技與創(chuàng)新，2018，116（20）：89-90.

[3]趙學良.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損與節(jié)能降耗[J].百科論壇電子雜志，2018（22）：198.

[4]徐昕.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損情況及與節(jié)能降耗分析[J].科技經濟導刊，2018，000（002）：33.

[5]唐凌.鐵道機車車輛輪軌的摩擦磨損情況及與節(jié)能降耗分析[J].卷宗，2016（11）：642.

作者:田棟棟 單位:陜西鐵路工程職業(yè)技術學院