南京地铁电客车轮缘综合值(qR)测量问题初析
吴井冰
（1. 南京地铁运营分公司车辆部 南京 210012）
摘要：介绍了南京地铁电客车轮对检修规程，重点分析了车轮轮缘外形尺寸对车辆运行性能的影响。
对比分析了用于检查车轮爬轨脱轨安全性的两种指标——轮缘综合值qR与垂直磨耗。最后对南京地铁在qR测试方面存在的问题进行了初步的探讨。
关键词：轮对检修，轮缘磨耗，轮缘综合值qR，垂直磨耗
1 概述
轮对承担着车辆的全部重量，车辆在钢轨上高速运行时轮对承受着从车体与钢轨两方面传递来的各种静、动作用力，受力复杂，它是影响车辆运用安全的关键部位。南京地铁电客车的正常维修按照技术规程对车辆尤其是走行部分的各类部件及尺寸进行全面检查测量。对轮对各类尺寸，如轮对内侧距（L）、轮径尺寸（D）、轮缘高度（Sh）、轮缘厚度（Sd）、轮缘综合值（qR）、轮径差等测量的技术标准如表1所示：
表1 轮对检修技术标准
轮对内侧距L 轮径尺寸D 轮缘高度Sh 轮缘厚度Sd 轮缘综合值qR 轮径差 1353mm 2 轮缘磨耗与车辆脱轨安全性 2.1 轮缘磨耗形式 车辆在正常的工作条件下，轮缘的磨耗并不严重，轮缘只在车辆通过曲线和道岔时，才因承受水平力的作用，与外轨内侧面摩擦而产生磨耗。在直线区段，轮对蛇行前进，轮缘磨耗并不大。如果轮对踏面磨耗严重或转向架组装不正，使轮对与钢轨间的相对位置不正常，则轮对易偏于线路一侧，使轮缘生产偏磨。 轮缘磨耗有以下三种形式：即轮缘厚度减小、轮缘顶部形成锋芒及轮缘垂向磨耗。轮缘磨耗过甚时， 1 会产生如下不良后果： （1）轮缘厚度磨耗变薄后，强度下降，当轮对通过曲线或作蛇行运动时，轮缘在来自钢轨水力的作用下，会导致崩裂缺损，甚至会造成行车事故。同时，车轮与钢轨的安全搭载量是根据轨距和车轮内侧距以及轮缘厚度等因素而定的，如果轮对的一侧车轮轮缘磨损过薄，则会影响一侧车轮与钢轨的安全搭载量。 （2）轮缘形成锋芒后，在轮对通过道岔时，可能挤开尖轨而造成脱轨事故，所以轮缘磨损成锋芒时，必须更换轮对。 （3）轮缘垂向磨耗超过限度时，其轮缘根部与钢轨内侧面形成平面接触，当车轮通过道岔，由于轮缘与钢轨接触处没有弧形，就会使车轮碰击尖轨或爬上辙叉心，同样会造成脱轨事故；伴随着踏面的凹入使轮缘的相对高度增加，也有可能切断鱼尾板螺栓而造成车辆颠覆。因此，轮缘垂向磨耗过限的轮对也不许继续运用。 2.2 车辆脱轨安全性评定准则[1] 评定防止车轮脱轨稳定性的指标用“脱轨系数”，Nadal公式给出了脱轨系数的计算方法，如式（1）所示： Qtan?-? （1） ?P1??tan?式中 Q、P — 分别为作用在车轮上的横向力和垂向力， ?— 最大轮缘角， ?— 轮缘与钢轨侧面的摩擦系数。 脱轨系数的限界值与车轮的轮缘角?和轮缘处的摩擦系数?有关，如图1所示。轮缘角?越小，摩擦系数?越大，越容易出现爬轨。根据我国“铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范”（GB5599-85）规定，脱轨系数Q/P≤1.2（容许值），Q/P≤1.0（安全值）。 图1 车轮脱轨系数临界值 2.3 轮缘磨耗与车辆脱轨安全性 通过上述有关车辆脱轨安全性的论述可知，当摩擦系数一定时，轮缘角对车辆脱轨影响很大。并且在 2 实际运行中，车轮爬轨并不是一个瞬时的过程，而是在经过某一段时间后发生的，在这一段时间中车轮通过了一段路程，这一过程与车轮轮缘的几何形状有很大关系。 3 轮缘综合值qR与轮缘垂直磨耗 3.1 轮缘垂直磨耗[2] 我国铁路行业使用“轮对轮缘垂直磨耗是否过限”这一指标来判定轮对的脱轨安全性。当滚动圆踏面基准线向上12mm处的轮缘厚度小于15mm处的轮缘厚度时，即为垂直磨耗过限。 使用车轮第四种检查器（如图2所示）测量轮对垂直磨耗是否过限。如图3所示，测量轮缘厚度的同时，如果垂直磨耗测头接触轮缘，说明车轮轮缘垂直磨耗到限，需要镟修。 ①主尺②踏面磨耗测尺尺框③踏面磨耗测尺④轮缘高度测量定位面⑤尺框坚固螺钉⑥轮辋宽度测量⑦止钉⑧轮辋厚度测尺⑨轮缘厚度测尺⑩轮缘厚度测尺尺框○11踏面磨耗测尺坚固钉○12主尺背面滚动圆定位线○13定位角铁○14踏面磨耗尺框背面滚动圆定位线○15轮缘厚度测头○16垂直磨耗测头○17定位挡块○18踏面磨耗测头 图2 车轮第四种检查器 图3 测量轮缘垂直磨耗示意图 3 3.2 轮缘综合值qR[3] 南京地铁电客车采用的是由法国ALSTOM与南京浦镇车辆厂联合生产的A型车辆。在ALSTOM的电客车维修手册中，对南京地铁轮对的轮缘、踏面等各种参数要求中并没有垂直磨耗这一项，而是全新引入了qR这个概念。它的定义为滚动圆踏面基准线向上10mm引垂线与轮缘内侧有一交点，轮缘顶部向下2mm引垂线与轮缘内侧有一交点，这两个交点之间的水平距离即为qR值（如图4所示）。 L1 qR Sh Sd L3 滚动圆直径 (Dr) L2 L1=2mm L2=70mm L3=10mm 图4 qR定义 轮缘综合值qR的测量如图5所示，使用TBD量规可同时测量轮缘高度、轮缘厚度和qR值。若qR值小于6.5 mm，则轮缘垂直磨耗过限，需要镟修；若qR值大于12.7mm，因为踏面凹陷或轮缘厚度增大，出于安全的考虑同样需要镟修。 图5 qR测量示意图 4