關(guān)于車輪徑向跳動(dòng)超差原因的探討及緩解措施

徐文彬

摘要：通過跟蹤并分析1號(hào)線增購車車輪抖動(dòng)現(xiàn)象，查找故障原因，并通過測試探討1號(hào)線增購車車輪多邊形產(chǎn)生的原因，探討“兩刀鏇”和施加緊制實(shí)驗(yàn)緩解徑向跳動(dòng)趨勢。

關(guān)鍵詞：抖動(dòng);徑向跳動(dòng);多邊形;車輪硬度;兩刀鏇;緊制實(shí)驗(yàn)

1 概述

2016年蘇州1號(hào)線增購車輛在運(yùn)行3萬至6萬公里時(shí)在正線運(yùn)營、試車線調(diào)試時(shí)相繼出現(xiàn)抖動(dòng)、車下異響、噪音增大等現(xiàn)象。通過異常情況分析和跟蹤，確定問題集中在車下轉(zhuǎn)向架上，與1號(hào)線主線車進(jìn)行對(duì)比，排除了牽引傳動(dòng)裝置和軸箱軸承異常的情況，問題源鎖定為車輛輪對(duì)異常磨耗。車輛中心將車輛調(diào)到不落輪鏇床后測量輪徑數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)多列車的多個(gè)車輪存在徑向跳動(dòng)超差的現(xiàn)象，其中0126車 7個(gè)車輪徑向跳動(dòng)大于0.5mm，超差嚴(yán)重。

車輪多邊形是指軌道車輛的車輪在運(yùn)用一段時(shí)間后會(huì)因滾動(dòng)接觸、牽引、制動(dòng)和車輛振動(dòng)等多種原因的影響而產(chǎn)生磨耗，并不再保持理想形狀，形成一種多邊形的現(xiàn)象。多邊形是車輪型面變化的一種常見現(xiàn)象，早在20世紀(jì)80年代荷蘭鐵路就出現(xiàn)了多邊形現(xiàn)象，類似的現(xiàn)象在德國和法國也曾出現(xiàn)過，除了傳統(tǒng)鐵道車輛、車輪多邊形現(xiàn)象同樣也出現(xiàn)在地鐵車輛上。本文對(duì)車輪徑向跳動(dòng)超差的原因進(jìn)行探討，并通過 “兩刀鏇”和施加緊制實(shí)驗(yàn)緩解徑向跳動(dòng)趨勢。

2 原因分析

跳動(dòng)量是從幾何形狀上控制車輪質(zhì)量，分為徑向跳動(dòng)和側(cè)向跳動(dòng)二種情形，其中徑向跳動(dòng)影響最大，直接涉及車輛的舒適性，因此徑向跳動(dòng)是車輪檢修的一個(gè)重要項(xiàng)點(diǎn)。當(dāng)車輪徑向跳動(dòng)超過標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，將影響車輪的正常運(yùn)行，產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而反映為列車運(yùn)行的舒適度上。通過對(duì)1號(hào)線增購車車輪踏面進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)增購車踏面存在多邊形現(xiàn)象，為導(dǎo)致徑向跳動(dòng)的直接原因。

一般來說，正常情況下車輪輕微多邊形化或均勻磨耗不會(huì)對(duì)車輛的性能產(chǎn)生顯著影響，只有當(dāng)車輪的外形因多邊形化嚴(yán)重、輪緣磨耗超限或踏面磨耗超限時(shí)，才需要重新進(jìn)行車輪鏇修。引起車輪多邊形化的原因是多方面的，線路條件、運(yùn)行工況、車輛狀態(tài)等都是重要因素。車輪多邊形化所產(chǎn)生的噪聲及振動(dòng)不僅影響乘客的舒適度，同時(shí)還會(huì)使輪軌垂向接觸力增大，導(dǎo)致軌道、車輛組成部件如輪對(duì)軸承、軌枕及鋼軌產(chǎn)生疲勞進(jìn)而縮短使用壽命。1號(hào)線主線車與增購車運(yùn)行條件一致，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，可排除線路、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)因素，問題鎖定在增購車車輪上，遂對(duì)增購車車輪生產(chǎn)工藝、質(zhì)量、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果如下：

（一）車輪檢查

1號(hào)線增購車前10列車和架修周轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)向架1列車，共11列車輪對(duì)來源于馬鞍山車輪公司的4批次產(chǎn)品，其中出現(xiàn)異常磨耗車輛的7列車中的車輪來源于馬鞍山車輪公司的2批次爐號(hào)熱處理的產(chǎn)品01880和02745，其中01880號(hào)爐的產(chǎn)品裝車異常情況達(dá)23.9%，02745爐號(hào)的產(chǎn)品裝車異常情況達(dá)29.9%，其余爐號(hào)產(chǎn)品未出現(xiàn)異常磨耗，懷疑為批次問題。

對(duì)主線車、增購車車輪的鋼坯采購、熱處理、機(jī)加工等關(guān)鍵工序的過程和設(shè)備能力進(jìn)行了調(diào)查，并對(duì)踏面進(jìn)行取樣分析，未發(fā)現(xiàn)明顯區(qū)分，可排除車輪質(zhì)量問題。

（二）車輪硬度

1號(hào)線主線車和增購車車輪硬度統(tǒng)計(jì)情況如下：

通過以上對(duì)比可看出，1號(hào)線主線車與增購車車輪硬度均在規(guī)定范圍260-320HR內(nèi)，但增購車車輪硬度較主線車略高，在中上水平。

3 ?測試跟蹤

1號(hào)線增購車徑向跳動(dòng)現(xiàn)象頻發(fā)，其中0126車現(xiàn)象嚴(yán)重，為減緩蘇州1號(hào)線增購車輛徑向跳動(dòng)超差情況， 特選取0126車、0129車、0135車分別進(jìn)行“兩刀鏇”、施加緊制實(shí)驗(yàn)、正常鏇修三種測試，跟蹤后期車輪運(yùn)用情況，對(duì)車輪徑向跳動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比分析。（一） “兩刀鏇”測試

“兩刀鏇”是指在車輪正常鏇修完成再進(jìn)行0.3mm的鏇修，以減小車輪多邊形幅值。

0126車“兩刀鏇”徑向跳動(dòng)分布情況如下圖所示，并選取0126 Tc1車的07位和MP1車的03位車輪作為代表，分析車輪的“兩刀鏇”的階次變化情況。通過對(duì)比，車輪在“一刀鏇”鏇修后會(huì)帶來4階和7階多邊形，“二刀鏇”在“一刀鏇”的基礎(chǔ)上未對(duì)1、4、7階多邊形進(jìn)行消除，但多邊形幅值有所緩解，減緩產(chǎn)生徑向跳動(dòng)的趨勢，推測可能為不落輪鏇床定位方式引起的多邊形。

分別在0126車（兩刀鏇）與0135車（一刀鏇）鏇修后4萬、9萬公里對(duì)車輪徑向跳動(dòng)進(jìn)行測量對(duì)比，采用“兩刀鏇”0126車的各階次粗糙度水平比采用“一刀鏇”的0135車的各階次粗糙度水平低很多。

1、0126車與0135車輪徑跳分布對(duì)比----鏇后4萬公里”

2、0126車與0135車輪徑跳分布對(duì)比----鏇后9萬公里

由此可知，“兩刀鏇”能減小車輪徑向跳動(dòng)的幅值，減緩徑向跳動(dòng)發(fā)生的趨勢。

（二）施加緊制實(shí)驗(yàn)

施加緊制實(shí)驗(yàn)為探討車輛施加緊急制動(dòng)對(duì)車輪不圓度的改善情況，原理是在高速情況下使車輪與制動(dòng)閘瓦相互作用，磨合車輪踏面形狀，可一定程度的緩解多邊形及徑向跳動(dòng)值超差的時(shí)間。自2018年3月28日至9月28日選取0129車進(jìn)行測試，列車每次回場時(shí)，在車輛段運(yùn)行至25km/h施加純空氣的緊急制動(dòng)（手動(dòng)模式下松開警惕按鈕3s）一次，分別在0129車鏇修后4萬、6萬公里對(duì)車輪運(yùn)行情況進(jìn)行測量。0129車鏇后運(yùn)營4萬、6萬多公里的徑向跳動(dòng)分布，優(yōu)于鏇后運(yùn)營4萬公里的0135車，施加緊制實(shí)驗(yàn)可一定程度減緩徑向跳動(dòng)。

4 影響與處理措施

車輪徑向跳動(dòng)不僅影響車輛運(yùn)行的舒適度，頻繁鏇修還將減小車輪使用壽命，增加運(yùn)營成本。 1號(hào)線主線車自2012年4月運(yùn)營至今共鏇修67列次，其中25列次鏇修為架修作業(yè)需求，平均每列車鏇修頻次為0.383列次/年，扣除架修鏇修需求，平均每列車鏇修頻次為0.24列次/年;增購車由于徑向跳動(dòng)，頻繁鏇修，自2016年5月運(yùn)營至今共鏇修22列次，平均每列車鏇修頻次為0.489列次/年，頻次遠(yuǎn)較主線車高，車輪磨耗量大大增加，減小了車輪使用壽命。主線車輛平均運(yùn)行里程數(shù)為716185.5公里，輪徑平均為822.87mm，最小輪徑為812.6mm，輪對(duì)平均磨耗量為17.13mm（輪對(duì)初始值按照840mm計(jì)算），輪對(duì)磨耗比為0.239mm/萬公里;增購車平均運(yùn)行里程數(shù)為170946.9公里，平均輪徑為833.33mm，最小輪徑為824.70mm，輪對(duì)平均磨耗量為6.67mm（輪對(duì)初始值按照840mm計(jì)算），輪對(duì)磨耗比為0.368mm/萬公里。

目前1號(hào)線主線車平均運(yùn)行里程數(shù)為716185.5公里，平均輪徑為823.24mm，輪對(duì)平均磨耗比為0.228mm/萬公里。1號(hào)線主線車與增購車每萬公里輪徑磨耗情況對(duì)比如上所示，可看出1號(hào)線主線車運(yùn)行24萬至36萬公里磨耗情況有所上升，應(yīng)為架修時(shí)對(duì)車輪進(jìn)行鏇修作業(yè)導(dǎo)致，36萬至48萬公里磨耗有所下降，整體上升趨勢平緩，輪徑磨耗平穩(wěn)，基本以每年0.02mm/萬公里遞增，按此趨勢當(dāng)輪徑磨耗到790mm時(shí)，車輛運(yùn)行155.6萬公里，其中0108車磨耗最快，目前運(yùn)行736467公里，平均輪徑813.37mm，預(yù)計(jì)能運(yùn)行133.65萬公里;0101車磨耗最慢，目前運(yùn)行721944公里，平均輪徑825.01mm，預(yù)計(jì)能運(yùn)行156.19萬公里，主線車均可堅(jiān)持到10年大修期。

增購車平均運(yùn)行里程數(shù)為170946.9公里，平均輪徑為833.33mm，按照主線車每年0.02mm/萬公里遞增趨勢，當(dāng)輪徑磨耗到790mm時(shí)，車輛運(yùn)行101.1萬公里，無法堅(jiān)持到10年大修期。

現(xiàn)對(duì)0126車（兩刀鏇）、0129車（施加緊制實(shí)驗(yàn)）、0135三種跟蹤車輛車輪磨耗情況進(jìn)行對(duì)比：

通過以上統(tǒng)計(jì)可看出0126、0129車分別進(jìn)行“兩刀鏇”、施加緊制實(shí)驗(yàn)后，未發(fā)現(xiàn)明顯徑向跳動(dòng)，每萬公里磨耗量明顯下降，車輪使用壽命達(dá)到主線車水平，可堅(jiān)持到10年大修期。

4 影響與處理措施

1號(hào)線增購車車輪硬度大于主線車車輪硬度，增購車運(yùn)行時(shí)車輪多邊形不易消除，產(chǎn)生車輪徑向跳動(dòng)，通過采取“兩刀鏇”及施加緊制，可以減小多邊形幅值，適當(dāng)緩解徑向跳動(dòng)現(xiàn)象，改善車輪使用情況，避免在架修期前更換車輪，減少車輪更換的工作量，有效節(jié)約運(yùn)營成本。

（作者單位：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司）