机车轮对JM、JM2、JM3磨耗型踏面及其剥离

机车轮对JM、JM2、JM3磨耗型踏面及其剥离 机车轮对JM、JM2、JM3磨耗型踏面及其 剥离 第5期(总第423期)内燃机车2009年5月 机车轮对JM,JM2,JM3磨耗型踏面及其剥离 王家玉,王顺福 (柳州机务段,广西柳州545007) 摘要:机车轮对踏面剥离的产生因素很多,如轮箍材质,高速重载,制动过热,踏面型式,等等. 对20世纪80年代以来南宁铁路局已应用过的机车轮对JM,JM2,JM3磨耗型踏面的剥离问题,作了 比较和探讨. 关键词:机车;轮对;磨耗型踏面;剥离 中图分类号:U260.3311文献标识码:B文章编号:1003.1820(2009)05.00:34.04 IJM,JM2,JM3磨耗型(简称JM,, JM3型)踏面的应用概况 1.1JM型 20世纪80年代以前,全路机车轮对踏面外形 都是执行11B/T449一l976车轮锥型踏面外形.锥 型踏面车轮的轮缘磨耗较快,尤其是在南宁(原柳 州)铁路局(简称南宁局)的黔桂线金城江,麻尾区 段,由于曲线多且曲线半径小,所以当轮缘磨耗至 24mm时,机车平均走行仅12万km.其中磨耗严 重的机车只走行4万kmuj,严重地制约了全局铁 路运输的发展与铁路运输的安全. 为了减少轮缘磨耗,从1983年起,在该区段采 用四方车辆研究所提供的SY.5O型轮箍踏面Llj进 行试验,轮缘磨耗大的问题明显改善,同时也减少 了轮对的踏面剥离故障. 在扩大试验运用取得了大量有效,可靠数据的 基础上,sY.50型踏面外形在1986年通过了铁道部 鉴定,1987年上升为标准(TB1967—87),定名为J.? 型. 收修回稿日期:2008—10—08 作者简介:王家玉(1954__),男,河南安阳人,工程师 王顺福(1965一),男,河北卢龙人,助理工程师. 由于?型机车轮对踏面投资少,效益高,安全 可靠,所以迅速在全局范围内被推广应用.在 1987--2000年的十几年中,JlVl型踏面为全局的铁 路运输发展发挥了重要作用,并取得了巨大的经济 效益和社会效益. 与锥型踏面相比,JM型踏面的不足之处,仅在 于轮对镟修成形时,JM型有0.9,1.2rnl/1的踏面 假磨耗值L2j,踏面磨耗相对大些. 1.2JM2型 JM型踏面是在TB/T449--1976车轮锥形踏面 与钢轨磨耗到相对稳定时的外形的基础上出 来的.为了解决JM型踏面存在0.9,1.2H衄踏面 假磨耗值的问题,有关部门又设计出了JM2,JM3型 踏面,以适应铁路运输快速发展的需要. 南宁局从2000年5月正式开始,先后把在柳 州机务段,南宁机务段,金城江机务段,柳州机车车 辆工厂做中,大修的148台机车的888个轮对的踏 面旋修成了JM2型.然而,至2001年7月30日止, 在全局运用JM2型踏面的机车轮对中,有104个因 踏面剥离形成了临修和超范围修,占JM型机车轮 对总数的11.7%.相当于有17.3台机车的轮对, 为消除踏面剥离而旋修掉了1个中修期的轮箍厚 度.即有17.3台机车的轮对使用寿命减少了30 万km.另外,还因轮对踏面剥离导致了机车运行 第5期(总第423期)王家玉等:机车轮对?,JM2,JM3磨耗型踏面及其 剥离35 品质恶劣,从而引发了机车相关部件的大量破损, 诸如牵引齿轮箱裂漏,崩块,齿轮箱的安装螺栓断 裂,丢失,车轴及410电机轴裂损数剧增,主动齿 轮,从动齿轮磨耗严重导致更换电机和轮对,等等. 与此同时,全局因JM型轮对踏面剥离所更换 的轮对共56个,占,IM型机车轮对总数的 3.8%. 与此同时,配属于桂林机务段的15 台DF4D型客运机车,因新造出厂时采用 的是TB/T449—1976车轮锥型踏面外 形,亦因踏面剥离造成了36个轮对的临 修和超范围修,占该型机车轮对总数的 40%. 一 时间,因轮对踏面剥离,给机车检 修工作带来了很大的压力.表1为南宁 局各机务段的DF4B,DF4D型机车采用不同 的轮对踏面型式发生轮对踏面剥离而换 轮时的平均走行里程. 表12000---2001年南宁局各机务段DF4B, DF4D型机车发生轮对踏面剥离的 走行里程万km 离数的76.9%,占全段JM2型踏面剥离总数的 62.5%. 为扭转这一被动局面,全局又重新用JM型踏 面. TB/T449--1976蠢 经对表1所列数据的统计可知: (1)与JM型相比,JM2型轮对踏面发 生剥离时的全局平均走行里程较短,仅为 型轮对踏面发生剥离时的46%,不适 宜重载高速区段(如柳州一黎塘,黎塘一 湛江,柳州一怀化,柳州一永州,金城江一 柳州区段)的列车牵引. (2)JM2型轮对踏面不适宜高速旅客 列车.如柳州一永州间桂林机务段的 DF4B型客运机车发生踏面剥离的轮对有 26个,其中因JM2型踏面发生剥离更换轮 对的有20个,占DF4B型客运机车发生剥 (a)JM型 4.43f堕亘茎 (b)JM2型 图1JM,JM2,JM3型踏面外形 36内燃机车2009正 1.3JM3型 2001年8月,铁道部运输局在北京召开了机车 车轮踏面外形选型会议.会后下发的”关于机车车 轮踏面外形选型的通知”(运装技验[2001]235号) 文件,决定从2002年元月起,新造,大修机车停止 使用TB/T449—1976车轮锥型踏面外形,要求采用 JM3型踏面外形.南宁(原柳州)局为落实铁道部 文件精神,随即在柳州机务段,南宁机务段,金城江 机务段,柳州机车车辆工厂做中,大修时,将机车轮 对旋修成了JM3型踏面外形. 仅以柳州机务段为例,至2004年3月底止,所 配属的143台机车,应用JM3型踏面两年多来,没 有因轮对踏面剥离产生一件f临修和超范围修.其 他相关临修也大幅度减少,机车质量显着提高.为 全局实现列车增吨,提速创造了良好的条件. 2JM,JM2,JMa型踏面产生踏面剥离的原 因 磨耗型踏面也称为曲形踏面,其主要优点是 “在同样接触应力下,容许有更高的轴重;减少了曲 线上的轮缘磨耗”[,即在相同的轴重下,磨耗型踏 面与钢轨的接触面积大,接触应力小,轮箍的使用 寿命增长.”在六十年代后期,英,西德铁路已把曲 形踏面定为标准轮箍外形.”[]而我国是在2O世纪 80年代才开始起步. 在排除轮箍材质,制动过热等可能产生轮对踏 面剥离的因素后,我们仅对运用在相同线路条件下 的JM,JM2,JM3型踏面产生剥离的原因进行探讨. JM,JM2,J型踏面外形如图1所示. 图中有关尺寸如表2所列. 表23种磨耗型踏面的相关尺寸mm 车轮,钢轨是一对摩擦副,在直线线路上,轨顶 面与轮对踏面主圆弧接触.主圆弧半径不同,接触 面积也不同,因此,轮轨的接触应力大小也不同. 图2是我国现行的60kg/m和50kg/m钢轨顶 面形状.根据有关得知,南宁局管辖的柳州一 怀化区间约270km线路,从2002年初开始更换并 应用60kg/m钢轨;柳州一永州区间约400km线 路,从1995年开始更换并应用60kg/m钢轨. (a)6Okg/m钢轨 图260kg/m和50ke,/m钢轨顶面形状 表3是有关资料给出的轮轨表面接触应力的 计算结果[4l. 表3内燃机车轮轨表面接触应力的计算结果MPa 由表3可知,对于轴重为23t的机车,JM3, JM2,JM型踏面比锥形踏面减少接触应力的百分比 分别为23.0%,30.8%,20.2%. 第5期(总第423期)王家玉等:机车轮对J~I,JM2,飓磨耗型踏面及其 剥离37 JM2型踏面比JM,JM3型踏面的计算接触应力 都小.然而,为什么JM2型踏面产生的踏面剥离却 远远大于JM和Ji3型,而且比TB/T449—1976车 轮锥型踏面产生踏面剥离时的平均走行里程还短 呢? 通过比较分析,我们认为:一是JM2型的主圆 弧半径(R400mm)偏小,二是JM2型的反圆弧半径 (R200mil1)偏小.主圆弧半径小,其等效斜度大. 大的等效斜度在曲线半径小,列车速度低的线路 上,有利于轮对通过曲线,即有利于减少轮对的轮 缘磨耗.但对运用在较高列车速度的线路上,则不 利于机车的平稳;反圆弧半径小,其曲率大,当在曲 线上,内侧轮的R200nlln圆弧与内侧钢轨顶部的 R300nqln圆弧接触时,形成了接触面积迅速减小, 接触应力迅速增大的线接触状态.从而造成了轮 对踏面的严重剥离.如柳州机务段的轮对踏面剥 离统计中,有45件次发生在柳州一怀化区间,占全 段轮对踏面剥离总数的69.2%.其中,JM2型的轮 对占27件次,JM型的轮对占18件次.而JM3型的 轮对运用1个中修期也未发生过一件轮对踏面剥 离. 3结论 (1)磨耗型踏面与钢轨顶面的接触面积大,接 触应力小,有利于减少机车轮对的踏面剥离.但磨 耗型踏面的设计必须与运用线路的钢轨顶面相匹 配. (2)JM/型踏面不适合重载高速区段的列车牵 引. (3)JM3型踏面的应用结果说明,设计合理的 机车轮对的踏面型式,是确保机车走行部运用安 全,可靠的最重要,最简单,最有效的措施. 4一点建议 随着铁路运输的跨越式发展,机车走行部盼陛 能,质量将更为重要,与之相应的各种科学试验将 会增加.为了防止因试验带来的负面影响,我们建 议试验的数量及试验走行里程应严格按的要 求进行,在试验取得明显效果后,再逐步推广应用. 参考文献: [1]王家玉,樊金祥.减少机车轮缘磨耗的措施及轮缘润滑与节 能的关系[J].内燃机车,1992,(3). [2]王家玉,樊金祥.对机车轮对踏面磨耗的一些看法[J].内燃 机车,1992,(6). [3]孙竹生.内燃机车总体及机车走行部[M].北京:人民铁道出 版社,1980. f4]俞展猷.轮轨接触应力的研究[J].铁道机车车辆,2000,(6). 【上接第27页】 任的体现.通过对机车检修过程中的重要项点,要 素进行复核和综合性能测试,来保证机车质量的符 合性和结果确认的准确性. 根据以上设想构建驻段验收室验收工作流程 (如图1所示),基本上能够满足控制预防型验收要 求. 4建议 驻段验收困难很多,但最难解决的还是机 车重要件的质量认可,仅靠查验重要件验收合格证 很难彻底杜绝假证和合格证重复使用的情况发生. 对重要件验收管理提出以下建议: (1)充分利用信息技术,完善机车重要件管 理,实现重要件验收信息网上查询,使重要件的生 产,验收信息全路共享,从而避免采购重要件质量 控制仅靠查验合格证件所带来的弊端,杜绝未经验 收的机车重要件装车使用. (2)规范重要件标识,确保重要件标识的唯一 性. (3)开展重要件质量跟踪及寿命管理工作,防 止老化重要件继续装车使用. 验收体制改革后要求验收工作由查错把关型 向控制预防型验收方式转变.全过程,全方位的过 程控制理念是其发展的必然趋势,监督和认证必将 成为验收的主要工作. 参考文献: [1]铁运[:zooT]lOn号.铁路机车验收工作规定[z]