詹凌峰 尹慶玲 馬春文

摘要：為了研究車輪異常磨耗對車輛動力學性能影響的規(guī)律，本文對某CRH1型動車組進行了持續(xù)跟蹤測試，得出了車輪外形及磨耗數據，并分析了其輪緣、踏面厚度、等效錐度與車體振動加速度等主要參數。結果表明：各車輪均存在明顯的輪緣偏磨現象，且磨耗速度與運行里程成正增長趨勢，車輪偏磨直接影響了車輛的橫向穩(wěn)定性。

Abstract： In order to study the law of the influence of abnormal wheel abrasion on vehicle dynamic performance， a continuous tracking test on a certain CRH1 EMU was carried out in this paper. The wheel shape and abrasion data was obtained ， and main parameters， such as rim， tread thickness， equivalent taper and vibration acceleration of the vehicle body were analyzed. The results showed that an obvious phenomenon of wheel edge eccentric wear appeared in each wheel ， the wear speed was directly proportional to running mileage， and wheel eccentric wear directly affected the lateral stability of vehicles.

關鍵詞：CRH1;異常磨耗;動力學性能

Key words： CRH1;abnormal wear;dynamic performance

0 ?引言

隨著社會和高鐵的快速發(fā)展，動車組的安全性和舒適性也顯得日益突出，其中車輪異常磨耗直接決定了車輛運行的安全性和舒適性，也影響著車輛的運營維護成本[1]。隨著列車的持續(xù)運營，踏面磨耗程度明顯加劇，車輪偏磨現象產生，嚴重影響輪軌接觸關系[2]，從而影響車輛的動力學性能，甚至會引起嚴重的安全事故[3]。為了找到適當的解決方案，必須先得到列車運行過程的車輪磨耗規(guī)律及對應的車輛動力學規(guī)律[4]，遂開展對某CRH1型動車組長期的車輪磨耗和車輛動振動數據的檢測工作。

1 ?數據測量方案設計

一次完整的監(jiān)測工作從該動車組剛進行車輪鏇修工作開始，直到下一次的車輪鏇修[5]（即一個鏇修周期），共需進行8次數據測量，測量的數據包括車輪踏面外形數據和車輛動力學性能指標，而車輛動力學性能往往依靠車體、轉向架構架和軸箱的振動加速度來衡量。測量車輪踏面外形的設備為GREENWOOD公司生產的MiniProf手持車輪外形測量儀，車輛各部位的振動加速的采集和分析使用中國鐵道科學研究院自主研發(fā)的DASO軟件和相應的振動采集儀，測量周期為3-5萬km。

1.1 測點布置方案

跟蹤檢測動車組為8輛編組動車組，其測點布置在8車司機室（即2號司機室）對應轉向架。具體測點布置情況見圖1。在2號司機室車體布置縱向、橫向、垂向加速度傳感器和陀螺儀，在軸箱布置了橫向、垂向加速度傳感器，在構架布置了橫向、垂向加速度傳感器和雷達測速儀。

1.2 數據處理及評價標準

1.2.1 磨耗數據處理方法

通過手持車輪外形測量儀對車輪輪緣踏面廓形進行測量，由測量得到的車輪輪緣踏面廓形數據計算得到輪緣高度、厚度，車輪直徑，踏面磨耗、qR值等參數，測量尺寸見圖2。

為便于對車輪外形數據進行處理，現定義如下：

①對每節(jié)車的車輪進行如下定義：站在1車面向8車，左手側為左輪，左側分別為1號輪、3號輪、5號輪和7號輪，右側以此類推。

②單次輪緣磨耗量計算方法：兩次測量的輪緣厚度之差，作為輪緣磨耗量。

③單次車輪踏面磨耗量計算方法，兩次測量的輪緣高度差，作為車輪踏面磨耗量。

④10萬公里平均輪緣、踏面磨耗量。

輪緣或踏面10萬公里平均磨耗量=（鏇修周期內最后一次測量結果-鏇修周期第1次測量結果）/兩次測試的走行里程差×10萬公里。

1.2.2 振動加速度數據處理方法

車體加速度濾波頻率為0.5～40Hz，構架橫向加速度濾波頻率為0.5～10Hz，構架垂向加速度和軸箱橫向、垂向加速度濾波頻率為0.5～40Hz。

1.2.3 評價標準

①車輪外形磨耗、等效錐度、輪軌幾何接觸關系無相對評價標準。

②車體平穩(wěn)性和車體加速度評價指標見GB5599-85[6]。具體表見表1。

2 ?車輪外形測量結果

2.1 車輪磨耗隨里程的變化規(guī)律

表2和表3為該動車組從鏇修后0公里運行到32.5萬公里時，8號車車輪踏面和輪緣處磨耗量統計情況，圖3至圖4為踏面和輪緣磨耗量隨列車行走里程的變化趨勢。

由圖3、圖4可得：

①踏面和輪緣的磨耗量隨運營里程的增加而變大，踏面磨耗速率后期有逐漸變緩的趨勢，而踏面磨耗速率在0～28.7萬公里間呈現緩慢降低趨勢，28.7～32.5萬公里卻突然增大。不同車輪的踏面和輪緣磨耗量有著明顯的個體差異，磨耗量最小值與最大值對應的車輪號也不一致。

②幾乎所有的車輪都有輪緣偏磨現象，該動車組外側輪緣磨耗量大于內側輪緣磨耗量，即同一車軸上，單號車輪的輪緣磨耗量比雙號車輪的大。

2.2 等效錐度隨里程的變化規(guī)律

如圖5所示，動車組等效錐度 總體趨勢隨運行里程的增加而緩慢增大，但部分里程區(qū)段會出現波動現象。橫移量為1mm車的等效錐度與橫移量為3mm處的等效錐度隨運行里程的變化趨勢相似，但橫移量為1mm處的等效錐度數值均大于橫移量3mm處的等效錐度值。

2.3 輪軌接觸幾何關系隨運行里程變化規(guī)律

如圖6所示，動車組車輪磨耗后輪軌接觸均存在多點接觸現象;動車組輪軌接觸區(qū)域在不同時期表現出不同特點，鏇修初期輪軌接觸點較均勻，后期輪軌接觸點又集中在滾動圓兩側區(qū)域。

3 ?振動性能測試結果

3.1 構架橫向穩(wěn)定性指標

根據《高速動車組整車試驗規(guī)范》[8]，經10Hz濾波后，構架橫向加速度峰值未連續(xù)6次以上達到或超過0.8g～1.0g（g=10m/s2），即符合《高速動車組整車試驗規(guī)范》要求。先后8次跟蹤測試該CRH1型動車組的構架與車體加速度，利用DASO軟件的數據處理模塊得構架橫向加速度，并得出了構架橫向加速度時域波形圖。如圖7和圖8所示，在第8次測試過程中，該動車組分別以上下行工況運行的構架橫向加速度隨速度的變化圖，測試過程中構架橫向加速度沒有連續(xù)出現加速度大于限值的現象，即沒有出現失穩(wěn)現象，但已有接近限值的趨勢。

3.2 車體平穩(wěn)性指標

圖9和圖10分別為鏇修后，該動車組運行31萬公里后，車體橫向和垂向平穩(wěn)性隨運行速度變化規(guī)律散點圖。結果表明，車體平穩(wěn)性隨速度的增加呈不斷增大的趨勢，橫向平穩(wěn)性指標最大值約為2.5，垂向平穩(wěn)性最大值約為2.2，根據GB5599-85可知，在正常速度范圍內，該動車組車體平穩(wěn)性指標雖然為優(yōu)，但已接近良的界限。

4 ?結論

經過針對某CRH1型動車組先后8次的跟蹤測試，得出以下結論：①從車輪外形數據可知，車輪踏面和輪緣磨耗皆隨運行速度的增加而增大，且輪緣存在明顯的偏磨現象（單號輪磨耗量明顯大于雙號輪磨耗量）。②輪軌接觸幾何和等效錐度的變化顯示，隨著里程的增加，輪軌接觸區(qū)域主要集中在名義滾動圓兩側，等效錐度趨于平穩(wěn)，有利于車輛的平穩(wěn)運行。③從檢測的振動數據來看，在一個鏇修周期內，車輛動力學性能指標皆正常，但隨著車輪輪緣偏磨的加劇，構架橫向穩(wěn)定性和車體橫向平穩(wěn)性指標有明顯下降的跡象。因此，亟需進一步加強研究并得出解決車輪輪緣偏磨對車輛動力學性能影響的措施，從而從根本上消除車輪偏磨給車輛運行平穩(wěn)性和舒適性的隱患。

參考文獻：

[1]董孝卿，王悅明，任尊松.CRH3C型動車組薄輪緣車輪外形設計與運用[J].鐵道學報，2014，36（2）：11-17.

[2]肖乾，昌超.車輪型面磨耗誘發(fā)高速鐵路輪軌接觸幾何參數時變的規(guī)律[J].中國鐵道科學，2017，38（05）：85-92.

[3]Ikeuchi K， Handa K， Lundén R， et al. Wheel tread profile evolution for combined block braking and wheel–rail contact： Results from dynamometer experiments [J].Wear， 2016， 366-367：310-315.

[4]吳晨愷，陳進，林鳳濤.基于等效錐度的動車組三級修間隔周期研究[J].城市軌道交通研究，2018，21（10）：48-51.

[5]劉勇濤.CRH_1型動車組轉向架四級檢修概述[J].北京：機車車輛工藝，2015（5）：38-40.

[6]GB5599-85，鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規(guī)范[S].中華人民共和國鐵道部，1986.

[7]UIC518. Test and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behavior tee for stank fatigue-Ride quality[S]. International Union of Railways， 2005.

[8]高速動車組整車試驗規(guī)范[S].中華人民共和國鐵道部，2008.

課題項目：柳州鐵道職業(yè)技術學院科研項目（2018-KJA03）。