重慶跨坐式獨(dú)軌列車(chē)走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)研究

晏紹杰 張經(jīng)華

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司,400042,重慶∥第一作者,高級(jí)工程師)

重慶跨坐式獨(dú)軌列車(chē)走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)研究

晏紹杰 張經(jīng)華

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司,400042,重慶∥第一作者,高級(jí)工程師)

以重慶跨坐式獨(dú)軌列車(chē)6年多的運(yùn)行情況為依據(jù),對(duì)走行輪輪胎的磨耗進(jìn)行了分析。通過(guò)大量數(shù)據(jù)處理,建立了走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)。結(jié)果表明,該系統(tǒng)能夠有效地預(yù)測(cè)走行輪磨耗到限時(shí)間和檢測(cè)磨耗異常,可達(dá)到提高維修效率、降低維修成本的目的。

跨坐式獨(dú)軌;走行輪;輪胎磨耗;狀態(tài)分析

First-author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400042,Chongqing,China

跨坐式獨(dú)軌列車(chē)走行輪承載著列車(chē)的主要走行功能,其輪胎為橡膠充氣輪胎。在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中,輪胎磨耗失效的問(wèn)題比較突出。其輪胎價(jià)格昂貴,目前重慶輕軌2號(hào)線輪胎更換費(fèi)用已占到了總維修成本的20%～30%。如何有效使用和更換輪胎,是運(yùn)營(yíng)中亟待解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

1 跨坐式獨(dú)軌車(chē)輛系統(tǒng)簡(jiǎn)介

不同于傳統(tǒng)的鋼輪-鋼軌系統(tǒng),跨坐式獨(dú)軌車(chē)輛的轉(zhuǎn)向架為二軸無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架,騎跨在軌道梁上(見(jiàn)圖1);它采用走行輪傳動(dòng),通過(guò)設(shè)在轉(zhuǎn)向架兩側(cè)的水平輪胎導(dǎo)向和穩(wěn)定車(chē)體,走行輪對(duì)同時(shí)兼有傳動(dòng)和導(dǎo)向的功能,所采用的橡膠輪胎與軌道梁接觸的變形和受力機(jī)理都不同于鋼制輪軌;其在發(fā)揮緩沖效果的同時(shí),由于較高的粘著力,使車(chē)輛具有較高的加、減速性能,但同時(shí)也不可避免地增大了運(yùn)行阻力。

圖1 獨(dú)軌列車(chē)轉(zhuǎn)向架示意圖

2 走行輪的磨耗

獨(dú)軌車(chē)輛走行輪輪胎除正常磨耗外,還有兩種異常損耗:一種是偏磨,一種是剝離。正常磨耗就是輪胎經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作,由于輪胎與軌道梁的摩擦,沿輪胎外周花紋均勻磨損。偏磨是輪胎經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后,在輪胎輪肩處出現(xiàn)的不規(guī)則磨損。剝離是輪胎經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后,在輪面中部出現(xiàn)的表層與鄰近層分離,并形成裂口。偏離和剝離現(xiàn)象直接影響到列車(chē)的正常運(yùn)營(yíng)。

根據(jù)幾年的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn),走行輪輪胎正常磨耗到限通常在運(yùn)行12萬(wàn)km后,而輪胎異常損耗一般出現(xiàn)在運(yùn)行6萬(wàn)km左右時(shí)。出現(xiàn)異常損耗后的輪胎持續(xù)走行公里數(shù)僅為2萬(wàn)～3萬(wàn)km。輪胎異常損耗危害甚大。就重慶輕軌2號(hào)線來(lái)說(shuō),輪胎設(shè)計(jì)壽命可達(dá)到20萬(wàn)km,但輪胎實(shí)際壽命僅為運(yùn)行12萬(wàn)km,與期望值有一定的差距。

3 走行輪的更換

輪胎磨耗程度是根據(jù)輪胎花紋溝槽深度來(lái)判斷的。新品輪胎溝槽深度均為8.6 mm。按照檢修工藝要求,存在以下幾種需要換輪的情況:①正常磨耗任一溝槽深度小于1.0 mm;②嚴(yán)重偏磨;③剝離深度達(dá)到10 mm或長(zhǎng)度達(dá)到50 mm;④爆胎、嚴(yán)重漏氣等異常狀況。

換輪要求考慮同軸上的輪胎磨耗狀態(tài)相當(dāng),且同一轉(zhuǎn)向架上兩軸的輪胎磨耗狀態(tài)接近。目前動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的走行輪更換周期大約為1年,非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上的走行輪更換周期能達(dá)到1.5年。

目前檢修中存在的一些問(wèn)題:①獨(dú)軌列車(chē)換輪需要使用特定換輪設(shè)備,但該設(shè)備在2號(hào)線僅有1套,若同時(shí)出現(xiàn)2輛以上車(chē)輛需要換輪,則需要扣修等待,從而造成正線運(yùn)營(yíng)車(chē)輛不足,影響運(yùn)營(yíng)。②更換到限輪胎時(shí),為了防止同軸上輪胎的高差過(guò)大形成跳動(dòng),會(huì)一并更換非換輪目標(biāo)的輪胎,而該非目標(biāo)輪胎磨耗狀態(tài)也許十分良好。③換輪工作比較繁瑣和耗時(shí),拆卸1個(gè)轉(zhuǎn)向架需要2 d時(shí)間(無(wú)論換1條或是4條輪胎),更換輪胎時(shí)往往考慮更換掉即將到限的輪胎(其余量往往還剩3～4 mm,甚至更多),這就形成了不必要但不可避免的浪費(fèi)。

4 走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)

4.1 建立系統(tǒng)的目的

(1)掌握走行輪的磨耗情況,通過(guò)走行輪判斷車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài);

(2)以大量的數(shù)據(jù)分析,推算出一個(gè)走行輪磨耗公式;

(3)通過(guò)走行輪磨耗公式,判斷輪胎磨耗到限時(shí)間,以便準(zhǔn)確調(diào)整換輪計(jì)劃;

(4)對(duì)異常磨耗或其他異常狀態(tài)給予關(guān)注和預(yù)警提醒;

(5)逐步改善走行輪磨耗狀態(tài),達(dá)到資源合理利用、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本的目的。

4.2 系統(tǒng)建立依據(jù)

通過(guò)大量數(shù)據(jù)分析,排除異常磨耗和異常狀態(tài),走行輪在正常磨耗下的磨耗與時(shí)間和輪胎所處部位相關(guān),車(chē)輛各個(gè)部位的輪胎磨耗符合正態(tài)規(guī)律分布,隨機(jī)性較小,且偏磨也基本符合正態(tài)分布。由此,依據(jù)有規(guī)律的數(shù)據(jù),建立一種簡(jiǎn)單、有效預(yù)測(cè)走行輪磨耗到限時(shí)間和檢測(cè)異常的系統(tǒng)是可行的。

4.3 系統(tǒng)的基本功能

根據(jù)系統(tǒng)建立原則,走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)的主要功能為:正常數(shù)據(jù)(溝槽深度)的記錄與讀取,偏磨狀態(tài)的記錄,磨耗到限的預(yù)警,磨耗到限的時(shí)間預(yù)測(cè)等。

4.3.1 正常數(shù)據(jù)(溝槽深度)的記錄與讀取

走行輪定期檢查時(shí),工作人員通過(guò)表1進(jìn)行錄入,達(dá)到數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)的目的。表1中,車(chē)輛號(hào)表示第幾節(jié)車(chē)(重慶獨(dú)軌目前為4節(jié)編組),軸號(hào)表示該輪胎所在轉(zhuǎn)向架的第幾軸(該轉(zhuǎn)向架為2軸轉(zhuǎn)向架),輪胎位置表示該輪胎處于軸上的位置(每軸設(shè)計(jì)為2個(gè)輪胎)。

表1 走行輪溝槽記錄填寫(xiě)表

相關(guān)人員需要查詢(xún)時(shí),可以查看表2,查詢(xún)到任意車(chē)次、檢查時(shí)間、磨耗狀態(tài)、走行公里數(shù)等信息。

4.3.2 偏磨狀態(tài)的記錄

偏磨狀態(tài)的記錄見(jiàn)表1、表2。在表1的偏磨狀態(tài)一欄,工作人員可根據(jù)檢查狀況選擇“無(wú)”、“微偏”、“中偏”、“重偏”共4種狀態(tài)。微偏,指輪胎剛開(kāi)始有偏磨狀態(tài)發(fā)生;中偏,表示偏磨持續(xù)發(fā)展到一定程度;重偏,偏磨磨耗到胎側(cè)“米其林小人”標(biāo)志處(見(jiàn)圖2)。當(dāng)磨耗達(dá)到中偏時(shí),需要在檢修中密切關(guān)注此輪胎;若為重偏時(shí),則需要換輪。

4.3.3 磨耗到限的預(yù)警

由表2、圖3可進(jìn)行磨耗到限的預(yù)警。如表2中系統(tǒng)控制溝槽小于2.5 mm或達(dá)到中偏時(shí)進(jìn)行預(yù)警提示,數(shù)據(jù)變?yōu)榧t色;同時(shí)在圖3“關(guān)注車(chē)輛”一欄顯示需要注意的車(chē)輛,通過(guò)查詢(xún)可確定位置及情況。在計(jì)算時(shí),左中右三條溝槽深度取情況最?lèi)毫拥倪M(jìn)行分析。

表2 走行輪溝槽深度檢查記錄表

圖2 偏磨標(biāo)記(圈內(nèi)為標(biāo)記)

4.3.4 磨耗到限的時(shí)間計(jì)算

圖3 關(guān)注車(chē)輛狀態(tài)

圖4 輪胎狀態(tài)目錄

圖5 輪胎磨耗曲線圖

通過(guò)數(shù)據(jù)的積累與正態(tài)分析,可以根據(jù)磨耗狀態(tài)預(yù)測(cè)某位置輪胎磨耗到限的時(shí)間與公里數(shù),從而使換輪計(jì)劃更加準(zhǔn)確化、有效化。如圖4、圖5所示,在圖4中選擇需要查看的輪胎磨耗狀態(tài),其對(duì)應(yīng)輪胎的歷史磨耗曲線將會(huì)反映在圖5中。因?yàn)闇y(cè)量的誤差和輪周磨耗的不規(guī)則,曲線會(huì)產(chǎn)生小幅波動(dòng),屬于正?，F(xiàn)象。

4.3.5 提供針對(duì)檢修的依據(jù)

若某個(gè)位置的輪胎常常出現(xiàn)磨耗異?；蛘吣ズ乃俣容^快,可以根據(jù)此信息對(duì)該位置的安裝工藝、設(shè)備零件、運(yùn)行情況等做針對(duì)性的檢查,以解決該不良狀態(tài),保障輪胎的正常磨耗。

4.3.6 密碼功能

該系統(tǒng)作為走行輪磨耗狀況的統(tǒng)計(jì)系統(tǒng),可以階段性地反應(yīng)車(chē)輛的磨合狀態(tài)、走行輪使用情況、歷史數(shù)據(jù)的保存等,所以系統(tǒng)設(shè)置了用戶登陸系統(tǒng),并分配了管理、記錄和查看權(quán)限,做到了保密性、安全性和通用性并存。

4.4 系統(tǒng)的進(jìn)階功能

4.4.1 走行公里數(shù)計(jì)算

可根據(jù)磨耗的正態(tài)分布特性,建立以下公式,來(lái)計(jì)算輪胎的剩余可走行公里數(shù)。

式中:

D——該輪胎剩余可走行公里數(shù),km;

Δ h——檢查測(cè)量同一溝槽深度的平均值,mm;

d——修正公里數(shù),取值500 km;

J——輪胎磨損系數(shù)(動(dòng)力轉(zhuǎn)向架輪胎正常磨耗時(shí)取1.46萬(wàn)km/mm,有偏磨狀況時(shí)取0.85萬(wàn)km/mm,非動(dòng)力轉(zhuǎn)向架輪胎正常磨耗時(shí)取1.71萬(wàn)km/mm,有偏磨狀況時(shí)取0.85萬(wàn)km/mm)。

式(1)中,磨損系數(shù)J的取值通過(guò)已有大量數(shù)據(jù)平均而得,其計(jì)算表達(dá)式為:

表3中計(jì)算出的D為理論剩余走行公里數(shù),通過(guò)大量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證基本符合目前磨耗情況。

表3 剩余公里數(shù)、到限時(shí)間查詢(xún)表

4.4.2 換輪日期推算

列車(chē)正常運(yùn)行情況下,每日走行公里數(shù)約為360 km,通過(guò)D與其的比值,可以推算出換輪前該輪胎理論剩余走行天數(shù)。考慮到檢修中存在列檢(每3d一檢)和月檢(每3月一檢),輪胎剩余可走行天數(shù)計(jì)算式為:

式中:

T——輪胎剩余可走行天數(shù);

D——該輪胎剩余可走行公里數(shù),km

L——列檢周期,目前取值3 d;

TL——列檢占用天數(shù),目前取值1/4 d;

Y——月檢周期,目前取值90 d;

TY——月檢占用天數(shù),目前取值3 d。

根據(jù)上述計(jì)算的輪胎剩余可走行天數(shù)見(jiàn)表3。同一列車(chē)上輪胎的磨耗狀態(tài)有所差異,可能造成剩余公里數(shù)在不同輪胎上的表現(xiàn)相差甚多。換輪計(jì)劃的安排者可不用考慮他們之間的差異。因?yàn)槊看螜z查后數(shù)據(jù)會(huì)隨溝槽深度的變化而變化,僅當(dāng)剩余可走行天數(shù)小于7 d時(shí)再作為檢修計(jì)劃考慮(大于7 d可作為整體檢修的全面考慮參考)。

4.5 系統(tǒng)的不足

目前對(duì)走行輪溝槽的測(cè)量和偏磨的判斷均采用人工測(cè)量,針對(duì)同一輪胎的溝槽在一周(360°)上均有一定差異,同一輪胎不同人測(cè)量也存在一定誤差。本系統(tǒng)目前缺少對(duì)錯(cuò)誤或有偏差的數(shù)據(jù)的分析隔離功能,不能自動(dòng)判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?有待改進(jìn)。

[1]仲建華.重慶跨座式單軌交通[J].都市快軌交通,2004,17(5):17.

[2]劉紹勇.重慶跨座式單軌車(chē)輛轉(zhuǎn)向架[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2006(1):5.

[3]王偉杰.跨座式單軌列車(chē)輪胎壽命的影響因素分析[J].都市快軌交通,2009,22(4):89.

State-analysis System of Straddle-type Monorail Running Wheel in Chongqing

Yan Shaojie,Zhang Jinghua

According to six years‘operational'experience of straddle-type monorail train in Chongqing,the abrasion of running wheel is introduced and an analysis system based on a number of data is set up.The result shows that the system can effectively forecast the abrasion deadline of running wheel and check the a bnormity of abrasion in order to achieve higher opertion efficiency and reduce the maintenance costs.

straddle-type monorail;running wheel;wheel abrasion;state-analysis

U 232

2010-10-11)