地鐵車輛車輪徑跳拓展趨勢(shì)分析

宋慶偉 陳 卓 魏 葦 王緒英

(中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司,130062,長(zhǎng)春//第一作者，高級(jí)工程師)

車輪徑跳是指車輪踏面滾動(dòng)圓在同一橫剖面內(nèi)實(shí)際表面上各點(diǎn)繞車軸基準(zhǔn)軸線回轉(zhuǎn)一周或連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)最大變動(dòng)量[1-2]。車輪徑跳越大，引起的振動(dòng)將會(huì)加快走行部零件的疲勞損壞，加劇車輪磨耗、鋼軌波磨，增加噪聲，導(dǎo)致乘車舒適度下降[3-4]。

為了分析正常運(yùn)營(yíng)條件下地鐵車輛車輪徑跳的拓展趨勢(shì)和表現(xiàn)形式，特選取了新鏇修的一列列車作為跟蹤研究對(duì)象，該列車為6輛編組，編組型式為“Tc-M1-M2-M2-M1-Tc”，最高運(yùn)營(yíng)速度80 km/h，軸重14 t，采用踏面制動(dòng)方式。車輪采用了符合TB/T 2817—1997標(biāo)準(zhǔn)要求的整體輾鋼車輪，材質(zhì)為CL60；踏面型式采用了符合TB/T 449—2003標(biāo)準(zhǔn)要求的LM型踏面。正線軌道類型為60 kg/m鋼軌，采用了符合TB/T 2344—2012標(biāo)準(zhǔn)的U71Mn和U75V材質(zhì)。

1 車輪徑跳數(shù)值跟蹤測(cè)試情況

測(cè)試列車從線路開(kāi)通到2016年4月27日運(yùn)行里程約為152 145 km，在2016年4月28日對(duì)所有車輪進(jìn)行了鏇修。截止到2017年6月20日，對(duì)測(cè)試列車車輛進(jìn)行了7輪車輪徑跳跟蹤測(cè)試。表1為車輪徑跳跟蹤測(cè)試數(shù)據(jù)(2016年11月，由于輪2-4徑跳拓展速率最大，為了進(jìn)行車輪硬度檢測(cè)，采用備品輪對(duì)對(duì)輪2-3和輪2-4進(jìn)行了替換)。

由測(cè)試數(shù)據(jù)可知，被測(cè)試車輛新鏇修時(shí)，車輪平均徑跳為0.074 5 mm，其中輪1-7徑跳最大，達(dá)到0.188 mm。經(jīng)過(guò)152 291 km的運(yùn)營(yíng)，全車車輪徑跳在0.5 mm以上的車輪有6個(gè)，占12.5%；徑跳在0.3～0.5 mm的車輪6個(gè)，占12.5%；徑跳在0.3 mm以下的車輪36個(gè)，占75%。車輪平均徑跳達(dá)到0.251 mm，其中輪5-7徑跳最大，達(dá)到0.86 mm。

2 車輪徑跳跟蹤測(cè)試分析

2.1 車輪徑跳數(shù)值對(duì)比分析

首先，對(duì)車輛車輪徑跳平均拓展趨勢(shì)進(jìn)行分析。所有車輪徑跳平均值變化情況見(jiàn)表2。

由表2可知，整列車的車輪徑跳平均增長(zhǎng)速率為0.115 mm/10萬(wàn)km，整列車的最大徑跳平均增長(zhǎng)速率為0.179 mm/10萬(wàn)km。在2車第五輪徑跳測(cè)試前，輪2-3與輪2-4更換為備品輪對(duì)，2車在第五輪測(cè)試中徑跳出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

為了進(jìn)一步研究各個(gè)車輪徑跳增長(zhǎng)趨勢(shì)，對(duì)各個(gè)車輪的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，各個(gè)車輪徑跳增長(zhǎng)速率見(jiàn)表1。由表1可知：輪1-7、輪3-8、輪5-2、輪5-7車輪徑跳數(shù)值較大，且徑跳增長(zhǎng)速率較快，其中，輪5-7的徑跳增長(zhǎng)速率最大，達(dá)到0.500 mm/10萬(wàn)km。

表1 測(cè)試列車1車到6車車輪徑跳數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.2 車輪踏面磨耗形貌對(duì)比分析

對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)采用極坐標(biāo)進(jìn)行分析，所有車輪踏面磨耗形貌表現(xiàn)形式均為偏心狀態(tài)，其中，偏心最為嚴(yán)重的為輪5-2和輪5-7，其車輪踏面磨耗形貌表現(xiàn)形式如圖1所示。

表2 測(cè)試列車1車到6車車輪徑跳平均值統(tǒng)計(jì)表

a) 輪5-2踏面磨耗形貌

b) 輪5-7踏面磨耗形貌

通過(guò)對(duì)車輪徑跳測(cè)試數(shù)據(jù)極坐標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)車輪踏面磨耗形式存在較為一致情況，其中輪4-6踏面磨耗形貌最為明顯，其踏面磨耗形貌極坐標(biāo)圖如圖2所示。

a) 鏇修前踏面磨耗形貌

b) 第一輪測(cè)試時(shí)踏面磨耗形貌

c) 第二輪測(cè)試時(shí)踏面磨耗形貌

d) 第三輪測(cè)試時(shí)踏面磨耗形貌

e) 第四輪測(cè)試時(shí)踏面磨耗形貌

f) 第七輪測(cè)試時(shí)踏面磨耗形貌

通過(guò)上述極坐標(biāo)圖分析可知，鏇修后可以有效消除車輪不圓狀態(tài)，但車輛經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，車輪踏面磨耗相位與鏇修前踏面磨耗相位出現(xiàn)了相似情況，對(duì)這一情況進(jìn)行分析后認(rèn)為，車輪踏面在圓周方向上存在硬度不均勻現(xiàn)象，在運(yùn)行過(guò)程中持續(xù)輪軌力作用下，車輪徑跳增長(zhǎng)速率變大。

為了進(jìn)一步分析車輪踏面硬度與車輪踏面磨耗形貌的相關(guān)性，委托第三方對(duì)輪2-3及輪2-4進(jìn)行了踏面硬度檢測(cè)，圖3為車輪踏面硬度檢測(cè)結(jié)果與踏面磨耗形貌對(duì)比圖。

a) 輪2-3踏面硬度檢測(cè)結(jié)果

b) 輪2-3踏面磨耗形貌

c) 輪2-4踏面硬度檢測(cè)結(jié)果

d) 輪2-4踏面磨耗形貌

基于圖3對(duì)比可知，車輪踏面滾動(dòng)圓圓周方向磨耗形貌與其硬度有極高相似性。

3 車輛平穩(wěn)性測(cè)試

被測(cè)車輛在正線運(yùn)營(yíng)狀況下，對(duì)其徑跳較大車輪所在位端的平穩(wěn)性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

a) 上行線平穩(wěn)性指標(biāo)

b) 下行線平穩(wěn)性指標(biāo)

根據(jù)GB 5599—1985標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，測(cè)試車輛在正線運(yùn)過(guò)程中橫向及垂向平穩(wěn)性最大值分別為2.02和2.25，均小于2.5，屬優(yōu)秀。

4 結(jié)論

(1) 根據(jù)車輪徑跳數(shù)值跟蹤測(cè)試結(jié)果可知，整列車車輪的最大徑跳拓展速率為0.179 mm/10萬(wàn)km，單個(gè)車輪最大徑跳拓展速率為0.500 mm/10萬(wàn)km，車輪從鏇修狀態(tài)運(yùn)行至徑跳維修維護(hù)限度值1 mm，至少可運(yùn)行18萬(wàn)km。因此，在輪對(duì)組裝過(guò)程中應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)徑跳值進(jìn)行控制，并盡量減小新造時(shí)徑跳量，延長(zhǎng)車輪鏇修周期。

(2) 根據(jù)車輪徑跳極坐標(biāo)圖對(duì)比分析，車輪踏面磨耗形貌均為偏心狀態(tài)，而且，車輪踏面磨耗形貌與車輪踏面表面硬度大小分布有關(guān)。因此，在車輪生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格把控?zé)崽幚砉に?，減小車輪輪輞圓周方向硬度變化量。

(3) 根據(jù)徑跳拓展趨勢(shì)以及平穩(wěn)性測(cè)試結(jié)果，車輪徑跳檢修維護(hù)限度值可完全參照中國(guó)鐵路總公司下發(fā)的2014版《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》執(zhí)行，即限度值按1 mm執(zhí)行。