淺談軌道交通車輛車輪不圓度對列車運行的影響

摘要：軌道交通車輛運行過程中車輪不圓度對車輛運行的影響主要包括以下兩方面：1.引起車輛不必要的自激振動;2.降低車輪使用壽命增加維護成本。

關鍵詞：軌道交通車輛;車輪不圓度

隨著我國經濟的飛速發展，目前軌道車輛的運行特點也表現為：高速、高密度、重載。伴隨著上述發展方向的確定，車輪故障率也逐步提升，如何迅速準確的判斷車輪故障成因并修復成為了保證軌道車輛得以實現高速重載運行的重要因素之一。

車輪輪對作為軌道交通車輛運行過程中的核心構件，在承載車輛載荷及自重的同時，也承擔著車輛與軌道間驅動力與制動力傳遞紐帶的角色。由此可知，輪對在負擔著較大靜載荷的同時，也會受到車輛運行過程中各種動應力及內應力的作用，包括制動過程中產生的熱應力，生產過程中留存的預裝應力，及車輛轉彎時產生的徑向導向力、構架力和離心力等。

1、車輪不圓度影響方式

故此，明確車輪不圓度對列車運行的影響因素及方式就變得重要且必要。經大量理論研究及實踐驗證結果表明，車輪不圓度對車輛運行的影響方式主要包含引發車輛振動及影響輪對使用壽命兩部分，具體說明如下：

1.1車輛振動

在軌道車輛的實際生產和運行中，車輪無法加工成為完美的幾何圓，加之現實中的鐵路軌道不可能做到完全平直或絕對剛度，軌道表面存在著諸多的缺陷因素，故此，車輛實際跑行過程中，輪對與軌道間會存在各種實時變化的相對作用力，這些作用力有些是列車運行必不可少的，而有些是具有破壞性的。

而車輛不圓度就是影響車輛正常運行的負面因素之一，車輛不圓度超出界定合理范圍會給車輛本身及軌道帶來額外的振動和噪聲，并且給輪對的承重軸承和軌道造成巨大的動載荷，這其中尤為突出的便是踏面擦傷引起的載荷陡增，甚至于隨擦傷程度及車輛承重和運行速度的增加，車輛及軌道所受載荷達到靜止狀況下的幾十倍。同時，由于車輪在軌道上做滾動運動，故這種動載荷會呈周期性的對車輛及軌道造成影響，加劇車輛輪軸損壞及軌道、軌枕斷裂的風險。

1.2影響輪對使用壽命使車輛維護成本上升

輪對作為軌道車輛三大易耗件之一，其本身的維護保養以及更換的成本就占據了軌道車輛維護成本的很大一部分。當車輪的不圓度超界定范圍后，不但會使車輛運行的舒適程度和安全性能下降，同時還會對軌道的使用壽命造成負面影響。故此，必須對車輪的各項參數進行實時檢測，并及時合理的對有需要的車輪進行鏇修或更換，以保證車輛的安全運行。

但需要注意的是，雖然鏇修可以使車輪的幾何參數回歸到正常指標范圍內，但同時，鏇修也是降低車輪使用壽命的主要原因之一，頻繁的鏇修會使車輪的使用壽命縮短，提前進入報廢階段，這將使得軌道車輛的運營維護成本增加。因此，選用合理有效的車輛不圓度檢測手段，及時準確的獲得輪對參數，制定合理、安全、低成本的運行計劃和檢修修程就成為了軌道車輛運行過程中的一項重要任務。

2、車輪不圓度成因分析

車輪不圓度在幾何層面表現為車輪踏面徑向值最大值與最小值之差，通常也可稱為橢圓度或失圓度。由軌道動力學相關理論可知，輪對與軌道間的作用力與沖量隨不圓度的增大而上升，且運行速度越快所受載荷越大，由此可知，車輛不圓度如若超出合理范圍，將對軌道車輛的正常運行帶來嚴重影響，甚至威脅到運行安全，高速運行的軌道車輛所受威脅尤為突出。

車輪不圓度受其成因不同可主要劃分為三大類：車輪偏心、車輪磨損、車輪擦傷，下面將對這三種車輪不圓度產生方式及影響原理進行說明。

2.1車輪偏心

車輪在生產及鏇修過程中，受加工設備精度及操作者技術的限制，部分車輪在出廠時可能就存在一定的偏心。車輪中心與車軸中心間的偏心距離可直接影響車輛的振動幅度，其受車輪中心與車軸中心間的偏心距離影響呈周期性變化，偏心距離越大，車輛運行過程中的振動幅度也就越大。

2.2車輪磨損

受車輛運行線路條件所限，車輪在軌道上運行時，由于輪軌間所受摩擦不均勻等因素的影響，車輪周向易發生不同程度的磨損導致車輪不圓度上升。同時，當車輛通過曲率半徑較小的彎道且潤滑不充分時，也容易使車輪產生不圓。

2.3車輪擦傷

車輪踏面存在擦傷時，車輪滾過擦傷處，車輪與軌道間發生沖擊，軌道受到沖量向下，沖量大小受擦傷處長度及深度兩個因素共同影響，車輪踏面處擦傷越長、越深，則車輪及軌道所受到的沖量就越大。同時，由車輪做滾動運動可知，該沖量呈周期性出現。

車輪踏面擦傷的兩種典型方式包括：踏面擦傷、 踏面剝離。

以上所分析的即為車輪不圓度產生的三大類主要成因，同時根據理論分析可以看出，車輪不圓度的大小將會直接影響到輪軌接觸運行特性及相互間載荷作用，進而影響車輛運行。由此，為保證車輛的穩定運行，及時準確掌握車輛不圓度的相關信息是必要的。

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作者簡介（通訊作者）：姜浩（1993-），性別：男，民族：漢族，籍貫：吉林省白山市，職務：檢修運維工程師，學歷：碩士研究生，研究方向：裝配工藝，單位：中車長春軌道客車股份有限公司。