1、南京地鐵電客車輪緣綜合值(qR)測量問題初析吳井冰（1. 南京地鐵運營分公司車輛部 南京 210012）摘要：介紹了南京地鐵電客車輪對檢修規程，重點分析了車輪輪緣外形尺寸對車輛運行性能的影響。對比分析了用于檢查車輪爬軌脫軌安全性的兩種指標輪緣綜合值qR與垂直磨耗。最后對南京地鐵在qR測試方面存在的問題進行了初步的探討。關鍵詞：輪對檢修，輪緣磨耗，輪緣綜合值qR，垂直磨耗1 概述輪對承擔著車輛的全部重量，車輛在鋼軌上高速運行時輪對承受著從車體與鋼軌兩方面傳遞來的各種靜、動作用力，受力復雜，它是影響車輛運用安全的關鍵部位。南京地鐵電客車的正常維修按照技術規程對車輛尤其是走行部分的各類部件及尺寸進行

2、全面檢查測量。對輪對各類尺寸，如輪對內側距（L）、輪徑尺寸（D）、輪緣高度（Sh）、輪緣厚度（Sd）、輪緣綜合值（qR）、輪徑差等測量的技術標準如表1所示：表1 輪對檢修技術標準輪對內側距L1353mm<L<1355mm輪徑尺寸DD>770mm輪緣高度Sh26mm<Sh<32mm輪緣厚度Sd22mm<Sd<33mm輪緣綜合值qR6.5mm<qR<12.7mm輪徑差同軸<2mm，同轉向架<4mm，同車<7mm從表1可以看出，對輪緣外形尺寸有嚴格控制，這是由于輪緣磨耗會提高車輛脫軌風險。在對輪緣外形尺寸的測量參數中南京地鐵引入

3、了輪緣綜合值qR的測量，而去掉了我國常用的輪緣垂直磨耗測量。南京地鐵在運用qR測量標準時出現了測量基準無法確定的問題，并由此帶來了重復測量、車輪鏇修量大等運營成本的增加。本文從輪緣磨耗與車輛脫軌安全性關系出發，比較輪緣綜合值qR測量與輪緣垂直磨耗測量的原理、方法及運用。并通過南京地鐵qR值測量實例分析qR值測量中存在的問題，提出可行的建議。2 輪緣磨耗與車輛脫軌安全性2.1 輪緣磨耗形式車輛在正常的工作條件下，輪緣的磨耗并不嚴重，輪緣只在車輛通過曲線和道岔時，才因承受水平力的作用，與外軌內側面摩擦而產生磨耗。在直線區段，輪對蛇行前進，輪緣磨耗并不大。如果輪對踏面磨耗嚴重或轉向架組裝不正，使輪對

4、與鋼軌間的相對位置不正常，則輪對易偏于線路一側，使輪緣生產偏磨。 輪緣磨耗有以下三種形式：即輪緣厚度減小、輪緣頂部形成鋒芒及輪緣垂向磨耗。輪緣磨耗過甚時，會產生如下不良后果： （1）輪緣厚度磨耗變薄后，強度下降，當輪對通過曲線或作蛇行運動時，輪緣在來自鋼軌水力的作用下，會導致崩裂缺損，甚至會造成行車事故。同時，車輪與鋼軌的安全搭載量是根據軌距和車輪內側距以及輪緣厚度等因素而定的，如果輪對的一側車輪輪緣磨損過薄，則會影響一側車輪與鋼軌的安全搭載量。（2）輪緣形成鋒芒后，在輪對通過道岔時，可能擠開尖軌而造成脫軌事故，所以輪緣磨損成鋒芒時，必須更換輪對。（3）輪緣垂向磨耗超過限度時，其輪緣根部與鋼軌

5、內側面形成平面接觸，當車輪通過道岔，由于輪緣與鋼軌接觸處沒有弧形，就會使車輪碰擊尖軌或爬上轍叉心，同樣會造成脫軌事故；伴隨著踏面的凹入使輪緣的相對高度增加，也有可能切斷魚尾板螺栓而造成車輛顛覆。因此，輪緣垂向磨耗過限的輪對也不許繼續運用。2.2 車輛脫軌安全性評定準則1評定防止車輪脫軌穩定性的指標用“脫軌系數”，Nadal公式給出了脫軌系數的計算方法，如式（1）所示： （1）式中 、 分別為作用在車輪上的橫向力和垂向力， 最大輪緣角， 輪緣與鋼軌側面的摩擦系數。脫軌系數的限界值與車輪的輪緣角和輪緣處的摩擦系數有關，如圖1所示。輪緣角越小，摩擦系數越大，越容易出現爬軌。根據我國“鐵道車輛動力學性

6、能評定和試驗鑒定規范”（GB5599-85）規定，脫軌系數Q/P1.2（容許值），Q/P1.0（安全值）。圖1 車輪脫軌系數臨界值2.3 輪緣磨耗與車輛脫軌安全性 通過上述有關車輛脫軌安全性的論述可知，當摩擦系數一定時，輪緣角對車輛脫軌影響很大。并且在實際運行中，車輪爬軌并不是一個瞬時的過程，而是在經過某一段時間后發生的，在這一段時間中車輪通過了一段路程，這一過程與車輪輪緣的幾何形狀有很大關系。3 輪緣綜合值qR與輪緣垂直磨耗3.1 輪緣垂直磨耗2我國鐵路行業使用“輪對輪緣垂直磨耗是否過限”這一指標來判定輪對的脫軌安全性。當滾動圓踏面基準線向上12mm處的輪緣厚度小于15mm處的輪緣厚度時，即

7、為垂直磨耗過限。使用車輪第四種檢查器（如圖2所示）測量輪對垂直磨耗是否過限。如圖3所示，測量輪緣厚度的同時，如果垂直磨耗測頭接觸輪緣，說明車輪輪緣垂直磨耗到限，需要鏇修。主尺踏面磨耗測尺尺框踏面磨耗測尺輪緣高度測量定位面尺框堅固螺釘輪輞寬度測量止釘輪輞厚度測尺輪緣厚度測尺輪緣厚度測尺尺框踏面磨耗測尺堅固釘主尺背面滾動圓定位線定位角鐵踏面磨耗尺框背面滾動圓定位線輪緣厚度測頭垂直磨耗測頭定位擋塊踏面磨耗測頭圖2 車輪第四種檢查器圖3 測量輪緣垂直磨耗示意圖3.2 輪緣綜合值qR3qRShSdL1L3L2滾動圓直徑 (Dr)南京地鐵電客車采用的是由法國ALSTOM與南京浦鎮車輛廠聯合生產的A型車輛。

8、在ALSTOM的電客車維修手冊中，對南京地鐵輪對的輪緣、踏面等各種參數要求中并沒有垂直磨耗這一項，而是全新引入了qR這個概念。它的定義為滾動圓踏面基準線向上10mm引垂線與輪緣內側有一交點，輪緣頂部向下2mm引垂線與輪緣內側有一交點，這兩個交點之間的水平距離即為qR值（如圖4所示）。L1=2mm L2=70mm L3=10mm圖4 qR定義輪緣綜合值qR的測量如圖5所示，使用TBD量規可同時測量輪緣高度、輪緣厚度和qR值。若qR值小于6.5 mm，則輪緣垂直磨耗過限，需要鏇修；若qR值大于12.7mm，因為踏面凹陷或輪緣厚度增大，出于安全的考慮同樣需要鏇修。圖5 qR測量示意圖3.3 測量原理

9、通過以上對輪緣垂直磨耗和輪緣綜合值qR測量方法的描述可知，其原理都是間接測量輪緣角。1）輪緣垂直磨耗過限時，輪緣角，車輪有擠岔、脫軌風險；2）輪緣綜合值qR<6.5mm的情況同輪緣垂直磨耗；3）qR>12.7mm有兩種情況：踏面凹陷造成滾動圓測量基準改變；或輪緣角，提高車輪脫軌風險；4）輪緣綜合值qR的測量范圍（沿輪緣高度方向）比輪緣垂直磨耗大，能夠更加準確的反映車輪輪緣形狀。4 南京地鐵電客車輪緣綜合值qR測量中的問題南京地鐵電客車車輪采用ALSTOM公司提供的整體碾鋼輪，踏面外形符合TB1967-87標準中的LM型磨耗型踏面，如圖6所示4。根據標準，輪緣厚度的測量位置為滾動圓直

10、徑測量基準向上12mm處。但ALSTOM電客車維修手冊中輪緣綜合值qR的測量位置為滾動圓直徑測量基準向上10mm處（如圖4所示）。從ALSTOM電客車維修手冊中提供測量Sh、Sd、qR三位一體的儀器（圖5）來看，以及從提高測量的高效率來看，L3應為一個定值（10mm、12mm或其他）。由此帶來的問題有：1） 如果將L3值定為12mm，新輪qR值為8.39mm，根據維護手冊qR極限值為6.5mm。運營中車輪很快磨耗到限，嚴重影響車輛使用效率，增加運營成本；2） 如果將L3值定為10mm，輪緣厚度的測量就不能滿足TB的規定；圖6 南京地鐵車輪外形（LM-TB1967-87）南京地鐵目前將輪緣厚度的

11、L3數值定為12mm，qR的L3數值定為10mm，兩者沒有統一，導致測量的工作量大大增加。5 結論與建議車輪輪緣形狀與列車脫軌安全性有密切關系，輪緣磨耗影響列車運營安全與效率。我國大鐵路使用的輪緣垂直磨耗過限與現在國際通用的輪緣綜合值qR標準都反映了輪對檢修中對輪緣安全性的限制。輪緣綜合值qR更能全面反映輪緣形狀，且易于測量，建議推廣使用。由于國內幾家地鐵的輪對踏面外形多種多樣，沒有統一的標準，而且現有的國家標準、鐵道部標準沒有對qR測量儀器的具體要求，造成在向專業生產廠家購買時存在問題。尤其在qR值測量位置L3的確定方面研究甚少。建議加快出臺相關的地鐵行業標準以改變目前一條地鐵、一種踏面外形

12、的現狀。南京地鐵也將在今后的工作中通過積累原始數據及向制造商ALSTOM溝通制定出適合南京地鐵電客車車輪踏面外形的L3值，并從中總結經驗為制定相關標準提供資料，從而保證輪對踏面參數測量的準確性、提高測量的效率以及保證地鐵運用安全。參考文獻1 王福天.車輛系統動力學.中國鐵道出版社.1994年.2 LLJ-4A車輪第四種檢查器. 中國鐵路網.3 南京地鐵一號線車輛采購合同文件技術規格書.4 TB/T 1967-87 機車車輛用車輪磨耗型輪緣踏面外形. Discussion the qR of Nanjing Metro CarsWu Jingbing1, Liu Xiaofang2(1. Veh

13、icle Division of Nanjing Metro Nanjing 210012;(2. School of Mechanical, Electronic and Control Engineering, Beijing Jiaotong University Beijing 100044)Abstract: Wheelset maintenance rules of Nanjing Metro Cars were introduced. The effect of wheel flange profile on vehicle running performance was analyzed. Two index used for evaluating wheel climb derailment safety qR which is representative of the wheel flange angle of slope. and the wheel flange vertical wear were compared. Finall