基于機(jī)械接觸測量方法的廣州地鐵車輛車輪不圓度測試結(jié)果分析

袁浩智

（廣州市地下鐵道總公司運(yùn)營事業(yè)總部，廣東 廣州 510000）

0 引言

廣州地鐵三號線及其北延段（以下簡稱“三北線”）運(yùn)行車輛均由南車株洲電力機(jī)車有限公司生產(chǎn)，該車型設(shè)計運(yùn)營最高時速為120 km／h，車輛車輪采用EN13715磨耗型踏面，即把車輪踏面在一開始就做成類似磨耗后的穩(wěn)定形狀，可明顯減小車輪與鋼軌的磨耗，減少車輪磨耗后的鏇修量，從而延長車輪的使用壽命，但2條線路運(yùn)行車輛車輪不圓度呈不同發(fā)展趨勢。車輪多邊形磨損（或稱“車輪不圓度”）是鐵路和城市軌道交通車輛車輪的主要損傷之一，其不僅會引起車輛和軌道劇烈振動和噪聲污染，影響乘坐舒適性，而且其導(dǎo)致的循環(huán)沖擊載荷將會縮短車輛和軌道零部件的壽命，從而增加運(yùn)營成本。本文采用BBM輪軌表面粗糙度測試儀對三號線和三北線運(yùn)行車輛展開了車輪不圓度測試，摸清了車輪不圓度特征，并給出了車輪不圓度測試結(jié)果。

1 機(jī)械接觸測量方法

車輪不圓度測試采用機(jī)械接觸測量方法完成，測試設(shè)備采用BBM輪軌表面粗糙度測試儀。為保證測試過程中車輪可以繞軸心自由旋轉(zhuǎn)，測試時用工裝將同軸兩側(cè)軸箱抬起，BBM不圓度測試儀固定于鋼軌上方，位移傳感器1與車輪踏面垂直，測點(diǎn)位置為名義滾動圓處（如圖1所示，距輪緣內(nèi)側(cè)70 mm），用于記錄車輪非圓化信息。旋轉(zhuǎn)傳感器2用于測量車輪的周長信息，以便準(zhǔn)確記錄傳感器1所測非圓化的相位信息。

圖1 車輪不圓度現(xiàn)場測試照片及測點(diǎn)位置

2 三號線運(yùn)行車輛車輪不圓度測試結(jié)果

根據(jù)三號線車輛車輪不圓度發(fā)展周期，本次測試選取了3列鏇修后運(yùn)行不同里程數(shù)的車輛，分別為：（1）055／056車，其中03A055車運(yùn)行約15.79萬km，03B055車和03C055車運(yùn)行約6.59萬km。（2）071／072車，其中03B072車和03C072車鏇輪后運(yùn)行約9.2萬km。（3）045／046車，其中03A045車運(yùn)行約10.23萬km，03B045車、03C045車和03A046車運(yùn)行約16.41萬km，03B046車運(yùn)行約5.65萬km，03C046車運(yùn)行約45.6萬km。

測試結(jié)果表明：三號線測試車輛車輪周向非均勻磨耗以偏心磨耗為主，橢圓、3～4階以及7～8階的多邊形也有體現(xiàn)，但不明顯；車輪不圓度幅值隨著里程數(shù)增大而相應(yīng)增加；測試車輛均存在個別車輪（如03A055車1軸左輪）徑跳超過0.5 mm，UIC813—2003規(guī)定車速≤120 km／h時車輪徑跳值不宜超過0.5 mm，需及時鏇輪；運(yùn)行里程數(shù)最大的045／046車徑跳最大，出現(xiàn)個別車輪徑跳超過1 mm；對于運(yùn)行里程數(shù)相同的同一列車，頭車A車徑跳大于B車和C車，C車徑跳大于B車。03A055車4軸右側(cè)車輪不圓度幅值如圖2所示。

圖2 03A055車4軸右側(cè)車輪不圓度幅值

3 三北線運(yùn)行車輛車輪不圓度測試結(jié)果

根據(jù)三北線車輛車輪不圓度發(fā)展周期以及不同車輪材質(zhì)，本次測試選取了5列鏇修后運(yùn)行不同里程數(shù)以及車輪材質(zhì)不同的車輛，分別為：（1）095／096車，該車運(yùn)行約2萬km，車輪材質(zhì)為ER8。（2）093／094車，該車運(yùn)行約4.8萬km，車輪材質(zhì)為ER8。（3）101／102車，該車整車鏇輪后運(yùn)行約6.6萬km，車輪材質(zhì)為ER8。（4）115／116車，該車運(yùn)行約7萬km，車輪材質(zhì)為ER9。（5）137／138車，該車運(yùn)行約6.5萬km，車輪材質(zhì)為ER9。

測試結(jié)果表明：三北線測試車輛車輪周向非均勻磨耗以偏心磨耗為主，3～5階以及更高階次的多邊形也有體現(xiàn)，但不明顯；隨著里程數(shù)增大，車輪徑跳也相應(yīng)增加；測試車輛均存在個別車輪徑跳超過0.5 mm，UIC813—2003規(guī)定車速≤120 km／h時車輪徑跳值不宜超過0.5 mm，需及時鏇輪；115／116車雖然車輪材質(zhì)為ER9，基體硬度高，但其運(yùn)行里程數(shù)最大，為7萬km，車輪徑跳最大，出現(xiàn)個別車輪徑跳超過1 mm；對于運(yùn)行里程數(shù)相同的同一列車，頭車A車徑跳大于B車和C車，這是因?yàn)锳車為動車且為頭車，靠輪軌粘著進(jìn)行牽引和制動且為導(dǎo)向，C車徑跳大于B車，這是由于C車為動車而B車為拖車；鏇輪過的03A137車和03B137車，車輪偏心依舊存在，幅值減小到0.1 mm以下，這與鏇床鏇輪精度和支撐輪的不圓度有關(guān)。在運(yùn)行里程相當(dāng)?shù)那闆r下，材質(zhì)為ER9的車輪徑跳比材質(zhì)為ER8的車輪徑跳小。

4 三號線和三北線車輛車輪不圓度測試結(jié)果對比

在相同運(yùn)行里程下，三號線和三北線車輪周向非均勻磨耗均以偏心磨耗為主，3邊形、4邊形和高階多邊形也有體現(xiàn)，但不明顯。當(dāng)運(yùn)行里程相當(dāng)時，03B102車徑跳大于03B055車，03C102車徑跳大于03C055車，即三北線車輪徑跳比三號線大一倍左右，這與三號線和三北線軌道形式有關(guān)，雖然車輛結(jié)構(gòu)相同，但鋼軌表面不平順（波磨）不同，也會導(dǎo)致輪軌接觸振動存在差異，因而車輪周向非均勻磨耗不同。

5 結(jié)語

鐵道車輛運(yùn)行一段時間以后，車輪踏面會產(chǎn)生不均勻的磨耗，當(dāng)磨耗達(dá)到一定值時，車輪不圓度將會使車輛產(chǎn)生附加振動、沖擊、噪聲，影響車輛的平穩(wěn)性，對列車運(yùn)行安全造成嚴(yán)重威脅。相同車輪不圓度下輪軌相互作用力的大小與列車速度的平方成正比關(guān)系，所以若存在列車車輪不圓度則會對輪軌造成巨大的危害。因此，需要掌握線路運(yùn)行車輛車輪不圓度發(fā)展趨勢及周期，并結(jié)合檢修周期對車輪不圓度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，及時以鏇修車輪的方式將車輪不圓度控制在一定的范圍內(nèi)。

［1］王捷，鐘曉波，沈鋼.車輪不圓度測量方法研究［J］.鐵道車輛，2012（12）

［2］謝利明，高曉蓉，羅林，等.車輪踏面不圓度在線監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀與分析［J］.鐵道技術(shù)監(jiān)督，2012（6）

［3］鄧軍.廣州地鐵車輛輪對損傷形式及其原因淺析［J］.機(jī)車電傳動，2008（1）

［4］嚴(yán)雋耄，傅茂海.車輛工程［M］.第3版.北京：中國鐵道出版社，2008