EL2／23型电力机车轮缘异常磨耗分析.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI COAL S CI ENCE TECHNOLOGY 2 0 1 1年第 4期 NO 4 2 0 1 1 E L 2 2 3墅毫力机车轮缘异常囊耗分析 李 曼 ( 黑龙江龙煤矿业集 团有限责任公司 鹤 岗分公 司， 黑龙 江 鹤岗 1 5 4 1 0 4 ) 摘要 ： 介绍 了 目前 E L 2 2 3型直流工业 电力机 车的使 用情况 ， 分析 E L 2 2 3型 电力机车轮缘异常磨耗 的现 象及危 害 ， 探讨 引起轮缘磨耗异常的主要因素 ， 并根据笔者多年从事电力机车的检修经验 ， 针对性地提出消除轮缘异常磨耗的工艺方法。 关键词： 电力机车 转向架； 车轮； 踏面 轮缘； 磨耗 中圈分类号： U2 6 4 9 3 1 + 1 文 献标识码 ： B 文章编号 ： 1 o 0 6 2 5 7 2 ( 2 0 1 1 ) O 4 一O O 8 4 一o 3 A n a l y s i s o f Ab n o r ma l Wh e e l F l a n g e Ab r a s i o n i n E L2 2 3 - -T y p e d El e c t r i c L o c o mo t i v e Li M i n ( He g a n g B r a n c h，L o n g ma y Mi n i n g Gr o u p C o ，L t d ，He g a n g ，He i l o n g j i a n g ，1 5 4 1 0 1 ) Ab s t r a c t ：By a n a l y s i s o f t h e a b n o r ma l wh e e l f l a n g e a b r a s i o n i n t h e p r o c e s s o f u s i n g EL 2 2 3 一t y p e d d i r e c t c u r - r e n t e l e c t r i c l o c o mo t i v e，t h e a u t h o r p r o b e s i n t o t h e ma i n f a c t o r s c a u s i ng t h e a b n o r ma l whe e l f l a n g e a b r a s i o n a nd p u t s f o r wa r d t h e f o c u s e d e l i mi n a t i o n t e c h n i q u e s t h r o u g h l o n g t i me e x p e r i e n c e s i n ma i n t e n a n c e o f e l e c t r i c l o c o mo t i v e Ke y wo r d s ：e l e c t r i c l o c o mo t i v e ；t r u c k；wh e e l ；t r e a d；f l a n g e；a br a s i o n 1 鹤 岗矿 区铁路 运输概 况 。 鹤 岗矿 区 铁 路 总 长 2 4 0 k m， 全 线 轨 型 为 T B S 0和 T B 4 3轨 ， 铁路 主 干线 最 大 坡 度 1 8 ， 最小 曲线 半 径 2 0 0 m， 一般最 大 允许 速 度 4 0 k m h 。线 路 运距 短 ， 弯 道坡 道 多 。 部分线路 穿 越煤 矿塌 陷 区 ， 路基 不 稳 定 ， 线 路 平顺 性 差 。担负矿区铁路运输任务 的是鹤 岗分公司铁 路运输 部。 主要动力车型为德制 E L 2 2 3 型直流工业 电力机车 。实 际 运用 E L 2 2 3 型 电力机车 1 8 台 ， 对这部分机车实行 的是定 期检修制度 ， 入厂架 修 周期 为一 年 ， 由铁 路运 输部 车辆 厂 完成 。年架修 电力机 车 l 2台。这部 分机 车都 是 2 O世 纪 七八十年代引进投入使用， 因为服役期长， 都不同程度存在 车体各部磨耗、 变形及疲劳失效等多种情况。因此， 加强对 这部分车辆运行维护和检修管理 ， 提高其使用周期 ， 无疑可 为企业节省大量的设备更新资金 ， 创造更大的经济效益。 本 文专 门探 讨 的是 电力机 车轮 对轮缘 异常 磨耗 的现 象 、 危害及 发生原 因。着重研究 在检修 和运用 当中的注意 8 4 事项 。 2 电力机车轮缘非正常磨耗的特点及其危害 轮缘异 常磨耗 ， 是 指 机 车 在 未跑 完 一个 规 定 的架 修 期 ， 就出现 轮缘厚 度减薄量过大 或轮缘垂 直磨耗 过大 的现 象。 轮缘异 常 磨耗 ， 表 现形 式 有 ： 轮 缘过 薄 、 轮缘 垂 直 磨 耗、 轮缘顶部锋 芒和辗 堆等 。表 现形式 不 同 ， 但 危 害大 致 相 同， 都会给行车安全造成隐患“ 。 由于历史原 因， 我部电力机车仍然沿用锥型踏面外 形 ， 锥形路面的特点是 ： 轮缘的厚度为 3 3 mm， 高度为 2 8 mm， 轮缘 外侧 与水平面成 6 5 。 角 ， 称 为轮缘 角 ， 保 证安全通 过 曲线 。踏 面有 1： 2 0及 1： 1 0两 段斜 面， 在外侧 有 5 4 5 。 倒角 。 轮缘 内侧 面有 R I 6的 圆弧 ， 以便 引导 车辆 顺利通过护轨 。 这种踏 面形状对机车蛇形稳 定性有 利 ， 但不利 于通 过 曲线 ， 比较适合运行速度较低 的矿 区铁路线路 。 轮缘 厚度减小的正常原 因是 车轮做 蛇形运 动时 ， 轮缘 经 常与钢轨 内侧 面发生 碰撞 磨 耗其次 车 辆在 曲线 上运 动 时外侧 车轮轮缘与外 钢 轨 内侧 面经 常发 生摩擦 而造 成磨 耗 。这样 的磨耗虽然不可避免但是并不严重 。 电力机车轮缘异常磨耗如 图 1 所示 ， 主要有 车轮轮 缘 过薄 图( a ) ， 轮缘垂直磨耗 图 ( b ) 。这种现 象有时 表现在 轮 对双侧 ， 有时会是单侧 。尤其 l 、 3轴 轮对 比较突 出。从 照 片 中我们可以看 出两者 明显 的差别 。 a轮缘过薄 b轮缘 垂 直屠 耗 图 1 电力机 车轮 缘非正常磨耗 轮缘过薄是 影 响机 车车 辆运 行 的很 大隐 患。随着 机 车的运转 ， 轮缘逐 渐减 薄 ， 如 果一 旦 出现 “ 避 开距 离” 不足 ( “ 避 开距离” 不得小于 6 m m) ， 车轮通过 道岔时 ， 轮缘 顶部 可 能压伤尖轨或爬上尖轨 而造成脱 轨事 故的发 生。因此 ， 规定 运用 中的电力机 车轮缘 厚度不得小于 2 3 mm。 轮缘垂直磨耗 是指 轮缘 外 侧面 被磨 耗成 与水 平 面接 近垂 直状态 。轮缘垂直磨耗 的危害是 车轮通 过道岔 时 ， 轮 缘外 侧磨 耗面容易 和基本轨 密贴 ， 使 轮缘顶部更 易压 伤尖 轨或爬 上尖轨造 成脱 轨 ， 同时 增大 了运 行 阻力 ， 使 轮缘 和 钢轨 都会加速磨损 ， 增加 了电力机 车的动力 消耗 。运 用 中 的车辆 轮缘 垂直磨 耗量 ( “ 角 点” 至轮 缘根 部 的距 离 ) 不 得 大 于 1 8 mm。 随着轮缘厚度 的减 少 ， 使 得 轮轨 间 横 向游 隙增 加 ， 导 致机 车蛇形 运动加 剧 ， 造成 轮缘 与钢 轨 相撞击 ， 可 能使轮 缘缺损 ， 甚 至可能在 机 车通 过 曲线 时 ， 会 因车 轮在钢 轨上 安全搭载量不足而引起脱轨事故 。 此外， 轮缘出现垂直磨耗时， 若要把垂直磨耗的车轮 进行 旋削 ， 恢复原来 形状 ， 为使轮 缘厚 度增 加 1 IT t I I 1 ， 车轮 半 径就必须旋削将近 2 倍 的数值 ， 使 轮箍不被 用掉而被 车 掉 ， 造成轮箍寿命降低和材料工时等 的很大浪费 。 3 造成机车轮缘非正常磨耗的原因分析 轮轨间相互摩擦的机理 比较 复杂 ， 并不是 由单一机 理 造 成 ， 而是 由几个因素同时作用 的结果 。在整个 磨损过程 中 ， 也可能会 由一 种机 理转 变 为另一 种机理 ， 影 响轮轨磨 耗的 因素很 多 ， 主要 有轮 、 轨材质 成份 、 强度 、 表 面硬度及 制 造工艺 ； 有 电力机车转向架 的结 构 ， 如轮对 的定位方式 、 定 位刚度 、 轴距及轴承型式等 ； 有 驱动机构装 配工艺 ， 如两 侧 大小齿轮啮合 不 同步、 抱 轴瓦 与轮 心 间隙过大 I 有线路 状 态 ， 如 曲线半 径 的大小 、 曲线 与线路总 长的 比例 、 坡度 、 路基 质量 、 钢轨 横 向刚度 、 外 轨超 高量等 ； 还有轴 重、 运行 速度 、 轮轨断面的几 何形 状 、 润滑方 式 、 环境及气 候的变化 等 。都会影 响机 车车轮和钢轨的磨 耗。 无论 什么原因引起 的轮缘 异常磨 耗现象 ， 对 于检修人 员来说都是 不容乎 视 的， 下 面结合 多年 来 的检 修经验 ， 介 绍如何在检 修过程 中 ， 分 析轮 缘异 常磨 耗 的原 因 ， 并针 对 不 同原因 ， 采取相应措施 加以解 决 。 3 1 转 向架参数不 匹配 这是轮缘 垂直磨耗 的主要原 因。 E L 2 2 3型电力机车轴 箱 定位 方 式 ， 决定 了绝 大部 分 机车 出现轮缘异常磨耗 ， 多数情 况是走行 部技术状态 不佳 引起 的。这是 电力机车检修单 位尤其要 重视 的， 由于左 右 轮径差 、 左 右轴距差 、 转 向架对 角线差 、 轴 颈两侧载荷 差及 机车轴箱侧挡 间隙偏差等 因素 ， 引起轮对 的纵向 中心线 偏 向线路 的一侧 ， 导致轮缘偏磨 。转 向架参 数不匹配 主要 表 现在 以下几个方 面： ( 1 ) 左右轮径偏差 。左 右轮径 差超过 1 mm 时轮对 在 运行 中就必须依靠踏面斜度来调 整左右 轮同径 ， 使轮径 小 的一侧轮缘 靠近 钢轨 ， 出现轮 缘偏 磨 ， 踏 面异磨 。同时 迫 使整个转 向架 向轮径小 的一侧偏 移 ， 其它轮对 也产生 同向 偏移 ， 导致其它轮对也产生不 同程度 的轮缘磨耗 。 ( 2 ) 左右轴 距偏 差 。由于轮饼 位 置不正 确 ， 产生 左 右 轴距不一致 。左右轴距有偏差时 ， 轴 距短 的一侧 的两个 轮 缘易产生偏磨 。 ( 3 ) 轴 颈载 荷偏 差 。轴颈 两侧 载荷 不均 时 ， 载荷 小 的 一 侧轮缘易产生偏磨 。 8 5 ( 4 ) 转 向架 对角 线偏 差 。转 向架 对角线 不等 时 ， 对 角 线较短 的两个对角上 的轮缘 易产生偏磨 。 ( 5 ) 轴箱横 、 纵 间隙偏 差。车体侧挡 间隙变化 时 ， 间 隙 小 的一侧轮 缘靠近 钢轨 ， 易出现偏 磨。 ( 6 ) 撒砂 位置 偏差 。撒 砂 管头 位置不 当， 撒砂 位 置接 近轮缘 ， 易产生轮缘偏磨 。 ( 7 ) 板弹簧失 效 。由于板 弹簧 疲劳 失效 ， 引起转 向架 失衡 ， 车体 载荷偏 向弹簧 较弱 的一侧 ， 载荷小 的一侧 轮缘 易产生偏磨 。 ( 8 ) 车轮空转 。由于车轮承载 重不均 造成个别 车轮空 转 ， 或启动时 的空转 ， 都会产生轮缘偏磨 。 ( 9 ) 驱动机构 的轮齿上 载荷分 布不均 。电力机 车轮对 为 双侧斜齿 轮驱动 ， 由于 抱轴 瓦与 车轴 间存在 间 隙 ， 抱轴 瓦 和轮心间存在间 隙等 ， 当大 小齿 轮 啮合不好 时 ， 车轮被 推 向一侧造 成轮缘 的偏 磨 。 ( 1 0 ) 轮箍材料差异 。两侧轮箍 材料硬度 不 同， 轮 箍材 料较软 的一侧踏面磨损快 ， 轮径 减小 ， 轮缘 靠近钢轨 ， 轮缘 发生偏磨 。 ( 1 1 ) 左右制 动缸 行程 不一 样 ， 闸瓦间 隙不 同时 ， 影 响 两侧 的上 闸时 间， 也会 出现 轮缘偏磨 。 架修前 的车辆 ， 如 果发 现轮 缘异 常磨 耗时 ， 首 先 应该 对 照以上项 目测量 检查 ， 做好 记 录 ， 并对 测量 和观察 数据 进行分析 ， 确认异 常磨 耗主要 原 因 ， 并在 检修 过程 中加 以 解决 。 检修后的转 向架 ， 在 落 车前 同样要 对照 上述项 目， 对 转 向架各部进行尺寸校核 ， 尤其是轴 箱及轴箱 导框对应 的 横纵 向间隙必须符合相应规程之规定 。 两转 向架连接 后 ， 必须认 真 调整 弹簧 吊挂装 置 ， 确保 台车架之上表 面与轨 面保持 平行 。车 体上部落装后 ， 再行 检查是否 与轨 面平行 ， 若 出现倾 斜 ， 证 明车体重 心偏 移 ， 必 须增减 配重进行调 整。转 向架调整好 后 ， 如果 出现走 台板 倾斜 时 ， 首先检 查上 旁承 弹簧 及下 旁承是 否存 在 问题 ， 并 加 以调 整 ， 直至水平 。 总之 ， 严格控 制机 车走行 部 的检 修质量 ， 按 范围 、 工艺 及限度进行 检修 ， 保 证 机 车转 向架各 结 构参 数 的最 佳 匹 配 ， 从而有效降低机车转 向架在经过 不平顺线 路或通过 曲 线时产生 的横 向冲击 ， 以减轻轮缘 的偏磨 。 3 2 轮轨不匹配 这是引起轮缘过薄 的主要原 因。 86 轮 、 轨的磨耗与其 断 面形状 有较 大关 系 ， 矿 区线 路情 况复杂 ， 钢轨使用条件差异也很 大 ， 有 T B 5 0 、 T I M3还有 其 他 杂型轨 ， 轮轨 的磨耗 与其断面 形状有较 大关 系 ， 车 轮 的 磨耗情况 既与车轮本身 的因素有 关 ， 也与其赖 以运行 的轨 道有关 ， 因此 ， 机 车踏 面很难 形成 与钢 轨头 部相适 应 的外 形有较好的匹配的踏面 ， 踏 面外 形与钢 轨头部相对 应 的形 状 没有 良好的匹 配 ， 就加 大 了磨 耗 ， 轮缘偏 磨程 度也 较严 重 。轮轨不匹配发生轮缘非正 常磨耗 时 ， 通常会 出现轮缘 过薄现象 。 在轮缘旋削 时 ， 轮缘 和踏 面可 以适 当 留黑皮 ， 增 强 轮 缘 和踏面耐磨强度 。 3 3 机车运行速度变化及运行 区间的影响 主要 发生在 通过 曲线 时 ， 机 车牵 引重量 少 、 速 度高 时 外侧轮缘 易磨耗 ， 机 车牵 引重量 多 、 速度低 时 内侧轮缘 易 磨耗 ， 其中第 1 、 3 位偏磨较 明显 。 机车定期换 向 ， 各 区间定期 轮换 ， 可 以缓解 机 车轮 缘 的偏磨 。 3 4 其他原 因 轮缘异常磨耗的的原意除上述 原因外 ， 还 与线路 环境 因素 、 运行管护有关 ， 如司机操作 等有关 ， 这 需要各部 门之 间相互 配合 ， 加强管理 。 4 结 语 上述重点分析 了 E L 2 2 3型 电力机车轮缘异常磨耗 的 主要原因 ， 然而 ， 机 车在运行 过程 中， 轮缘 异常磨 损原 因是 复杂 的， 即有力学 因素 ， 材 料 学 因素和材 料热 影 响等等 诸 多 因素 ， 就电力机 车 的检 修工 厂来 说 ， 分 析 电力机 车轮 缘 踏面异常磨耗的各种原因 ， 总结影 响 因素 ， 加 以有效解 决 ， 对提 高机 车安全运行 ， 降低运行成本 ， 意义匪浅 。 参 考文献 ： 1 铁道车辆构造检修及装备 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 C 2 3标准轨距电机车检修规程 北京 ： 燃料化学工业 出版社 ， 1 9 7 4 ( 3 铁路机车车辆轮对 北京 ： 中国铁道 出版社 1 9 8 1 作者简介 ： 李曼 ( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 山东东 营人 ， 1 9 9 0年毕业于黑龙 江矿业学院机械制造工艺与设备专业 ， 现任黑龙江龙煤矿业集团 有限公司 鹤岗分公司 铁路运输部车辆厂工程师、 技术主任。 收稿 日期 ； 2 0 1 1 1 O O 8 编辑 ： 胡中祺