地鐵車輛車輪徑跳拓展趨勢分析

宋慶偉 陳 卓 魏 葦 王緒英

(中車長春軌道客車股份有限公司,130062,長春//第一作者，高級工程師)

車輪徑跳是指車輪踏面滾動圓在同一橫剖面內(nèi)實際表面上各點繞車軸基準軸線回轉(zhuǎn)一周或連續(xù)回轉(zhuǎn)時最大變動量[1-2]。車輪徑跳越大，引起的振動將會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]。

為了分析正常運營條件下地鐵車輛車輪徑跳的拓展趨勢和表現(xiàn)形式，特選取了新鏇修的一列列車作為跟蹤研究對象，該列車為6輛編組，編組型式為“Tc-M1-M2-M2-M1-Tc”，最高運營速度80 km/h，軸重14 t，采用踏面制動方式。車輪采用了符合TB/T 2817—1997標準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標準要求的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標準的U71Mn和U75V材質(zhì)。

1 車輪徑跳數(shù)值跟蹤測試情況

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

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

2 車輪徑跳跟蹤測試分析

2.1 車輪徑跳數(shù)值對比分析

首先，對車輛車輪徑跳平均拓展趨勢進行分析。所有車輪徑跳平均值變化情況見表2。

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

為了進一步研究各個車輪徑跳增長趨勢，對各個車輪的測試數(shù)據(jù)進行了對比，各個車輪徑跳增長速率見表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，且徑跳增長速率較快，其中，輪5-7的徑跳增長速率最大，達到0.500 mm/10萬km。

表1 測試列車1車到6車車輪徑跳數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.2 車輪踏面磨耗形貌對比分析

對測試數(shù)據(jù)采用極坐標進行分析，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 測試列車1車到6車車輪徑跳平均值統(tǒng)計表

a) 輪5-2踏面磨耗形貌

b) 輪5-7踏面磨耗形貌

通過對車輪徑跳測試數(shù)據(jù)極坐標分析發(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圖如圖2所示。

a) 鏇修前踏面磨耗形貌

b) 第一輪測試時踏面磨耗形貌

c) 第二輪測試時踏面磨耗形貌

d) 第三輪測試時踏面磨耗形貌

e) 第四輪測試時踏面磨耗形貌

f) 第七輪測試時踏面磨耗形貌

通過上述極坐標圖分析可知，鏇修后可以有效消除車輪不圓狀態(tài)，但車輛經(jīng)過一段時間運行后，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，對這一情況進行分析后認為，車輪踏面在圓周方向上存在硬度不均勻現(xiàn)象，在運行過程中持續(xù)輪軌力作用下，車輪徑跳增長速率變大。

為了進一步分析車輪踏面硬度與車輪踏面磨耗形貌的相關(guān)性，委托第三方對輪2-3及輪2-4進行了踏面硬度檢測，圖3為車輪踏面硬度檢測結(jié)果與踏面磨耗形貌對比圖。

a) 輪2-3踏面硬度檢測結(jié)果

b) 輪2-3踏面磨耗形貌

c) 輪2-4踏面硬度檢測結(jié)果

d) 輪2-4踏面磨耗形貌

基于圖3對比可知，車輪踏面滾動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)性測試

被測車輛在正線運營狀況下，對其徑跳較大車輪所在位端的平穩(wěn)性進行測試。測試結(jié)果如圖4所示。

a) 上行線平穩(wěn)性指標

b) 下行線平穩(wěn)性指標

根據(jù)GB 5599—1985標準評價，測試車輛在正線運過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km，單個車輪最大徑跳拓展速率為0.500 mm/10萬km，車輪從鏇修狀態(tài)運行至徑跳維修維護限度值1 mm，至少可運行18萬km。因此，在輪對組裝過程中應(yīng)按照相關(guān)標準對徑跳值進行控制，并盡量減小新造時徑跳量，延長車輪鏇修周期。

(2) 根據(jù)車輪徑跳極坐標圖對比分析，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)過程中應(yīng)嚴格把控熱處理工藝，減小車輪輪輞圓周方向硬度變化量。

(3) 根據(jù)徑跳拓展趨勢以及平穩(wěn)性測試結(jié)果，車輪徑跳檢修維護限度值可完全參照中國鐵路總公司下發(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。