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铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗

 

 

    摘要：阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数

    量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后，在节能降耗方面会产生显著的经济效益。

    关键词：车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗

    众所周知，铁路运输是基于轮轨相互作用产生的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的，轮轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源很多，耗资也很大。

    随着铁路运输向高速、重载发展，因摩擦磨损所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各种损伤，不但缩短了轮轨的使用寿命，在严重磨损后还会导致轮对和钢轨失效，危及行车安全。在这方面，即使在高速铁路成功应用的国家，也曾付出过惨重代价。例如：1998年，由于轮轴的疲劳断裂而导致德国ice高速列车脱轨，造成101人死亡，84人重伤，直接经济损失约2亿马克。与此同时，合理利用资源，实行节能降耗，是我国的一项基本战略决策。为了节约能源，降低铁路运输成本和机车车辆的制造与修理费用，对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况，需引起高度的重视。应当采取相应的技术措施，努力将这种磨损造成的损失降低到最小程度，以达到降耗增效的目的。

    1铁路钢轨的磨耗

    据铁路工务部门统计，我国铁路有20%~30%的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标，有60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨损带来的损失很大。

    1.1钢轨损伤的形态

    铁路轮轨作用关系复杂，钢轨磨耗损伤的形态主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等，这些占钢轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重载与高速化，轮轨间的摩擦磨损也日趋严重，如钢

    轨的压溃与波磨迅速增长，且发生较为普遍。

    1.2钢轨的年消耗量

    据资料记载。十五期间，我国铁路钢轨用材每年基本维持在110万t左右，除新线建设之外，其中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~80万t/年。据铁道部安检司调查，2021年因钢轨损伤而更

    换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中，因钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤，占钢轨总损伤量的80%以上，即40亿元左右。

    2机车车辆车轮的磨损

    车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列车运行中，车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨耗，而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。

    2.1车轮损伤的形态据失效分析统计，铁道机车车辆车轮损伤的主要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏面剥离和崩裂等（参见表1和图2）。因磨耗造成车轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、内部缺陷应力集中等。

    2.2车轮的消耗

    目前，我国铁路机车、客车和货车约有500万个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗，主要是指磨损后车轮的维修和更换以2021年为例，全路的机车、客车和货车就消耗新轮63·1万只，平均以0·5万元/只计算，所需费用约为31·55亿元。

    在为完成中国工程院下达的摩擦磨损与工程应用咨询项目时，笔者曾于2021年11月赴北京铁路局**机务段进行过铁路机车车辆关键零部件摩擦磨损的现场调研。从**机务段调查了解到：以df4型机车为例，由于车轮维修或全部更换，该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别为3·3万元和42·4万元，这尚不包括因修理或更换时机车的停运损失。有关该段df4型机车的旋轮与换轮费用参见表2和表3;若按2021年全路机车保有量17500台推算，仅机车车轮的维修费用就近5·8亿元。

    2.3制动闸瓦的消耗

    在机车车辆制动系统的摩擦制动中，主要有踏面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外，其他的机车车辆都是采用踏面制动，这对车轮的磨耗是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦，可以获得较高的黏着系数且摩擦系数稳定，但是磨耗快，成本较高。以**机务段df

    4、df4d型机车为例，在1个大修期内，每台df4型机车需更换闸瓦8次，df4d型机车需更换闸瓦10次。因此，每台机车的换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现有df4型机车35台和df4d型机车23台计算，这些机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万

    3降低轮轨磨耗的技术措施

    我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出。应注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的能量中，约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3~

    1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施，都会直接或间接地节约能源。针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费用高的现象，如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装置等现有的成熟技术，不但可以明显改善轮轨摩擦磨损的现状，而且可以节约能源和原材料，大大降低消耗，取得显著的经济效益。

    3.1采用淬火钢轨与维护

    钢轨波磨问

题

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是轮轨相互作用过程中极其复杂的系统问题，根据不同的线路或区段，合理地选择钢轨，有助于预防钢轨的波磨。例如：淬火钢轨就很少发生波磨，因为它有较高的强度和硬度。因此，建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢轨。此外，轨面打磨也是主要防护手段，轨面打磨可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的磨损。实践表明，它可延长波磨轨寿命50%以上。

    从调查得知，若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的钢轨打磨等技术，仅钢轨材料一项每年就可节约费用20亿元左右，因减磨而节约的能耗费用也是很大的。

    3.2采用磨耗型车轮踏面

    车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使用与维修都有相应的

标准

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，如《df4型内燃机车段修规程》第3·11·6·8条中规定：踏面磨耗深度不大于7mm;而采用轮缘高度为25mm的磨耗型踏面时，踏面磨耗深度不大于10mm。磨耗达到或超过这些标准，就会危及行车安全。

    早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使用初期磨损很快，当磨损到一定程度后，磨损速率开始减缓，踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试验发现，如果在车轮踏面

设计

领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计

时就采用磨耗型的车轮踏面廓形，可有效地减轻轮轨接触应力，迅速降低轮轨磨耗，有效延长轮轨使用寿命。四方车辆研究所在对北京、**、**等铁路局的机车车轮外形轮廓实测的基础上，设计了小半径曲线区段使用的jm磨耗型车轮踏面。长期的运用结果表明，应用该外形设计后，与原锥型踏面车轮相比，轮缘减磨可达30%~70%.一些铁路局根据各自所管辖线路的特点，也分别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研

    发的st系列磨耗型踏面，就取得了很好的减磨效果。上海铁路局df11型0072号机车车轮磨耗数据对比由表5可知，采用st-2型踏面后，机车每万公里的轮缘磨耗率从0·304mm降至0·190mm，降低

    了38%，车轮踏面剥离的故障也明显减少。据有关资料分析：机车车辆若采用磨耗型车轮踏面，每台机车每年可节约费用1·5万元。

    3.3采用径向转向架

    传统的机车转向架，因传递牵引力和保证直线上走行性能的需要，各轴基本上是被约束成相互平行的。在通过曲线时，这种刚性定位的轮对与钢轨之间会形成明显的冲角，从而使轮、轨都产生严重的磨耗。曲线半径越小，磨耗越严重。为降低轮、轨的磨耗，近年来国内外开展了机车径向转向架研究，并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲线时的运行。

    再举几个例子，以说明装用径向转向架后轮缘的磨耗情况。

    戚**机车有限公司生产的首台装用径向转向架的df8b型7001号机车，在上海铁路局进行的线路运用考核结果表明：与同轴重、装有传统转向架且带轮轨润滑装置的df8b型机车相比，前者的轮缘磨耗仅为16%。

    **机车有限公司对径向转向架机车与传统转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。测试结果表明：仅就径向转向架冲角减少的程度而言，轮缘磨耗至少降低了45%。**机车车辆有限公司生产的df4d型径向转向架机车，在**至**区段的客、货运牵引数据表明，与装用传统转向架相比，机车车轮的轮缘磨耗下降了74%。据有关资料分析：若采用径向转向架技术，每台机车每年可节约费用5·8万元。

    3.4安装轮轨润滑装置

    润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路节能技术政策》第3·6条强调指出：内燃机车和电力机车要加装新型轮轨自动润滑装置，减少磨耗和阻力，降低机车能耗。

    以**机务段为例，安装轮轨自动润滑装置取得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后，使每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万km，车轮寿命由30万km延长至80万km。除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益和经济效益之外，每台机车每年可节省旋轮（或换

    轮）费用1万元。**机务段的118台机车，每年可直接节省旋轮（或换轮）费用118万元。按全路17500台机车推算，每年可直接节省旋轮（或换轮）费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说

    明。通过安装轮轨自动润滑装置，对轮轨进行润滑后，不但可以减缓轮缘的磨耗，而且经济效益十分可观。

    4结语

    综上所述，在铁路运输中，机车车辆轮轨的摩擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车轮磨损，不但增加了材料的消耗，提高了修理成本而且降低了运输的效率，增加了能源的消耗。为此提出以下建议。

    （1）从设计、制造到运输、修理，所有与此相关的人员，对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况，都应当高度重视，并采取相应的对策。

    （2）对目前已被证实具有良好减磨效果的措施，应进一步加大推广应用力度。例如：对钢轨进行适当的热处理和打磨，开发新型闸瓦，扩大磨耗型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应用等。（3）在今后的技术引进或产品自主创新的研发中，应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的研究。与此同时，应寻求和开发更适应轮轨摩擦副的新材料、新技术、新工艺，以延长关键摩擦磨损件的使用寿命，进而达到节能、降耗和增效的目的。

    第二篇：对益阳节能降耗的分析与思考对益阳节能降耗的分析与思考

    节能降耗是贯彻落实科学发展观，建设资源节约型、环境友好型社会的重要举措。“十二五”规划纲要将全社会万元gdp综合能耗降低16％作为国民经济和社会发展的约束性指标，既是当前一项重要的政治任务，也是一项紧迫的具体工作。要实现经济又好又快的持续发展，必须加强节能降耗工作。本文就当前益阳市能源消费和利用状况进行了调研和分析，提出若干对策建议，供参考。

    一、益阳节能降耗工作进展情况

    “十一五”时期，益阳万元gdp能耗由2021年的1.32吨标煤下降到1.06吨标煤，累计下降20%，年均下降4.4%。万元规模工业增加值能耗累计下降59.1%，年均下降16.4%。主要单位产品能耗指标中，超过80%的指标下降，其中火力发电标准煤耗下降28.8%、吨水泥综合能耗下降11.8%。节能降耗初见成效，经济发展呈现“又好又快”的发展趋势。

    （一）完善节能降耗#管理制度#。为进一步推进全市节能降耗工作，益阳市委、市政府在贯彻落实国家、省一系列节能降耗政策的同时，先后出台了《益阳市“十一五”节能规划》、《益阳市关于建设资源节约型、环境友好型社会的

意见

文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见

》、《建设绿色益阳行动纲要》、《益阳市人民政府关于批转节能统计指标体系、监测体系和考核体系实施

方案

气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载

的通知》、《益阳市固定资产投资项目节能评估和审查管理办法》等一系列文件。益阳市政府与各区县（市）政府、各区县（市）政府与各重点企业逐年签定目标责任状，落实节能降耗责任。

    （二）调整产业结构，大力推进工业节能。

    第一、调整存量，淘汰落后产能。“十一五”期间，益阳市集中调整改造了电镀、热处理、铸造、锻造四大生产工艺。共取缔关闭小造纸企业154家、小苎麻企业30家、涉锑企业8家、炼钒企业25家、淘汰机立窑生产线12条。全市造纸企业由原来的129家减少到39家，而造纸总产能由42万吨增加到100万吨。淘汰立窑生产企业近20家，投产新型干法水泥生产线3条，新型干法水泥生产比重达到80%。整合现有资源，提高产业集中度，实现了资源合理配置，控制了高耗能企业的盲目发展。

    第二、管住增量，严格项目审批制度。遏制高耗能行业过快增长，是实现节能降耗的必由之路。益阳抓住了两个重点，一是严把项目建设关，按照节能和环保准入条件有效控制新上项目能源消费增量。二是变招商引资为招商选资，选择符合产业政策，科技含量高、经济效益好、资源消耗低的企业落户。对国家明令限制、淘汰、禁止等不符合国家产业政策的项目以及环境污染严重，高能耗、高物耗、高水耗、产品质量低劣（三高一低）的新建项目不予立项、审批。三是对重点用能企业加强节能指导、监管和考核，帮助企业解决节能工作中存在的问题。

    第三、加大技改，提升改造现有企业。多年来，益阳市委、市政府在确保全市经济又好又快发展的同时，又不给环境带来压力方面做了积极探索。积极向国家、省争取技改资金，用于加大工艺技术改进、设备更新力度，加快传统产业转型提升。“十一五”期间，共申请国家、省节能项目30多个，争取专项资金5千多万元，企业自主投入节能资金10亿多元，一些项目已经投入使用并产生积极效益。“十一五”末，全市规模工业企业能源回收利用率达到5.7%，进一步提升了企业的节能降耗能力，推进了全市节能降耗进程。

    （三）改善能源结构，积极推广清洁能源。

    一是合理开发，充分利用水利资源。益阳水资源丰富。全市水资源总量为2779亿立方米，平均每亩耕地拥有水量1770多立方米。全市蕴含丰富的水能发电资源，水能理论蕴藏165万千瓦，全市有柘溪、马迹塘、株溪口、东坪、修山五个大中型水电厂，共装机24台，装机容量127.15万千瓦，2021年完成发电量28.6亿千瓦时。水力发电改善了农村能源结构，为县域经济的又好又快发展提供了较好的能源支持。

    二是因地制宜，大力推广农村沼气。益阳抓住新农村建设机遇，按照农村能源建设“因地制宜、多能互补、综合利用、讲求实效”的原则，积极争取资金，普及沼气，到目前为止，全市共建147102户，其中：资阳建有17604户、赫山16534户、南县21910户、沅江42361户、桃江24827户、安化21500户、大通湖2366户。农民用养猪产生的废弃物制沼气，将沼气残渣和废液用于稻田施肥，通过田间悬挂频振式诱蛾灯和饲养“江南水鸭”来治虫，“天灯地鸭＋猪沼稻”创造了农业循环经济的新模式。

    三是提高利用率，积极发展循环经济。2021年，益阳市全面启动循环经济和清洁生产推广工作，2021年，省政府批准赫山区沧水铺镇再生塑料回收生产加工区为循环经济试点

    园区，湖南拓普竹麻产业开发有限公司为循环经济试点企业。拓普竹麻、金北顺纸业、明星麻业、龙源纺织、金太阳纸业等一批重点企业都投入巨资对企业用水系统进行技术改造，基本实现企业水资源全部循环利用。

    二、节能降耗面临的主要问题和困难

    （一）经济社会发展与节能降耗矛盾依然突出。益阳是传统的农业大市，一产业所占比重大，二产业发展滞后，大力发展第二产业尤其是加快发展工业成为益阳的主要产业发展战略。而工业是全社会能源消费的主要领域，全市占gdp总量38.5%的工业消耗了全社会近70%的能源，工业生产高速增长和节能降耗的矛盾日益突出。另外，随着经济社会的发展，对能源的需求量不断扩大，一是农业产业化的推进，基础设施改善，机械化、电器化的推广，对能源需求在扩张。二是交通网络日益发展，车辆不断增加，对能源需求不断扩大。三是城乡居民生活改善，对能源需求量日益增加。

    （二）节能制度不健全，节能措施有待落实。在我国实际存在“原料低价，资源无价，节约反而费事”的现象，产品没有包括自然资源本身的价值，也没有包括使用自然资源所造成环境代价的隐形成本，造成价格体系的扭曲。企业天然地倾向于追逐利润，许多企业的管理者重视追求经济效益，对节能缺乏责任心。能源管理网络不全，与节能密切相关的统计、计量、考核制度不完善。企业经营者只注重生产和销售，缺乏节能的自觉性和主动性。

    （三）节能资金投入不足，技术装备落后。由于益阳市经济基础比较薄弱、财力有限，大部分区县（市）尚未扭转“吃饭财政”的困难局面，市、县两级财政均没有建立节能降耗专项资金。再加之，一些区县（市）和企业对淘汰落后产能态度不积极、工作不主动，有的还以各种名义和借口搪塞关停工作。导致一些企业节能资金投入不足，一些落后的设备得不到及时淘汰更新。目前，在益阳部分企业中还有国家明令淘汰的用能设备在使用，造成较大的能源浪费。

    （四）能源数据难衔接，节能考核制度有待完善。由于能源品种多，主要能源产品产量的相关部门有各自的统计，数据不尽相同。特别是电力部门的行业分类是依据售电价格进行分类，与统计部门的一二三产业分类标准有较大差别。口径不一，导致电力数据不能客观真实反映各行业的电力消费情况，影响行业能耗数据的真实性。

    节能考核基数欠科学，下降空间难度大。益阳全社会万元gdp能耗2021年基数为1.06吨标准煤，低于湖南省全社会万元gdp能耗1.17吨标准煤的基数，而益阳市基数最低的资阳区由于高能耗企业比重小，万元gdp能耗基数仅有0.325吨标准煤。到“十二五”末，全社会万元gdp能耗还要下降16%。基数低，下降空间有限，而在推进工业化进程中高能耗行业正逢快速发展时期，进一步加大了节能降耗的工作难度。

    （五）全民节能氛围不浓，工作机制有待创新。一是节能未成为全社会的自觉行动，全民节能的社会风气尚未形成，一提节能就是政府和企业的事，一说预警调控就是关停企业，认为与己无关。二是节能降耗工作缺乏强有力的激励约束机制，目前节能降耗工作面临着配套政策措施不足、经济调控不力的状况，在节能财税政策、专项扶持投入、示范引导激励等方面尚未形成配套体系，节能工作更多靠政府行政手段推行，难以更大程度调动各方面节能工作的