服役動車組車輪踏面旋修周期跟蹤研究

吳晨愷, 劉保臣

(1 華東交通大學(xué)， 江西南昌 330013；2 中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081；3 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100094 )

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服役動車組車輪踏面旋修周期跟蹤研究

吳晨愷1,2, 劉保臣3

(1 華東交通大學(xué)， 江西南昌 330013；2 中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081；3 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100094 )

對某條線路服役的兩列CRH1型車進(jìn)行了長期跟蹤測試，獲得了車輪外形及車輛振動性能的演變規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，兩列跟蹤動車組在以30萬km為旋修周期時，旋修前各項(xiàng)振動性能、磨耗情況均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求，且距標(biāo)準(zhǔn)限值均有較大冗余，因此建議LMD踏面采用30萬km作為其旋修周期。

車輪外形； 實(shí)測跟蹤； 旋修周期驗(yàn)證

為改善CRH1型動車組振動性能，BST公司研制了LMD車輪外形。由于各種踏面外形的磨耗狀態(tài)各不相同，因此對于這一新型的踏面外形，需要重新對該車車輪的踏面旋修周期進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)，以確定其可行的車輪旋修周期。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]研究，旋修周期與動車組運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性、經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)，若車輪旋修周期過長，會導(dǎo)致車輪與鋼軌接觸狀態(tài)惡化，降低乘坐舒適度，甚至危及行車安全；若車輪旋修周期過短，車輪踏面旋修頻繁，旋修工作量大，車輪使用壽命短，經(jīng)濟(jì)性差。因此，結(jié)合文獻(xiàn)[1]提出的旋修周期驗(yàn)證策略，以車輪外形(車輪踏面磨耗量、車輪踏面等效錐度、輪軌接觸幾何關(guān)系)和車輛振動性能(構(gòu)架橫向穩(wěn)定性、車體平穩(wěn)性)為評價指標(biāo)，對LMD踏面旋修周期進(jìn)行跟蹤和驗(yàn)證。

此外，對兩列旋成LMD踏面的CRH1型車進(jìn)行了長期的磨耗及振動跟蹤試驗(yàn)，其中，動車組1旋修后運(yùn)行了29萬km，動車組2旋修后運(yùn)行了31.3萬km。選取這兩列動車組為研究對象，以驗(yàn)證LMD踏面合理的旋修周期。

1 車輪外形

1.1 車輪踏面磨耗量

對動車組1共進(jìn)行了7次車輪外形測量，對動車組2共進(jìn)行了8次車輪外形測量，文中以頭車的磨耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，說明車輪踏面的磨耗情況。

從表1～表2及圖1～圖2可以得出結(jié)論：兩列動車組踏面磨耗量隨運(yùn)行里程的增加而增大，但磨耗速度未見明顯增加趨勢。

1.2 車輪踏面等效錐度

由文獻(xiàn)[2](等效錐度的計(jì)算及驗(yàn)證)所述，車輪踏面等效錐度影響著車輛的動力學(xué)性能，是輪軌關(guān)系的一個重要幾何參數(shù)。以兩列車輪軸橫移量3 mm處的等效錐度為對象，分析其頭車等效錐度平均值隨里程變化規(guī)律。

表1 動車組1中車輪踏面磨耗量 mm

圖1 動車組1中車輪踏面磨耗量隨里程變化

圖2 動車組2中車輪踏面磨耗量隨里程變化

表3 動車組1橫移量3 mm處等效錐度 mm

圖3 動車組1橫移量3 mm處等效錐度平均值隨運(yùn)行里程變化

圖4 動車組2橫移量3 mm處等效錐度平均值隨運(yùn)行里程變化

從表3～表4及圖3～圖4可以得出結(jié)論：

(1) 兩種型號動車組頭車輪軸橫移量3mm處的等效錐度，動車組1最大值為0.27，最大平均值為0.25；動車組2最大值為0.25，最大平均值為0.22。根據(jù)UIC 518[3]規(guī)定，當(dāng)速度≤200 km/h時，LMD踏面的最大等效錐度0.27≤0.4(規(guī)定值)，其符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2) 動車組1和動車組2兩列動車組等效錐度總體趨勢隨運(yùn)行里程的增加而緩慢增大，但總體還是平穩(wěn)的。

1.3 輪軌接觸幾何關(guān)系

圖5～圖8為動車組1和動車組2兩列動車組振動測點(diǎn)所在位置的輪軌接觸幾何關(guān)系，從上述圖表可知：

(1) 兩列動車組輪軌接觸幾何關(guān)系均無明顯變化。

(2) 兩列動車組采用LMD車輪外形時，輪軌接觸主要發(fā)生在名義滾動圓兩側(cè)區(qū)域，使得輪對橫移量3 mm處等效錐度無明顯增加的趨勢，對改善輪軌接觸關(guān)系有利。

圖7 動車組2第1次測試

圖8 動車組2第8次測試

2 車輛振動性能

2.1 構(gòu)架橫向穩(wěn)定性

根據(jù)《高速動車組整車試驗(yàn)規(guī)范》及《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，在5～10 Hz濾波后，構(gòu)架橫向加速度峰值不得連續(xù)6次以上達(dá)到或超過8～10 m/s2，即符合規(guī)范要求。

如圖9～圖10所示，以頭車為研究對象，得出以下結(jié)論：動車組1旋修后運(yùn)行29.0萬km時構(gòu)架橫向加速度最大值為6.8 m/s2，動車組2旋修后運(yùn)行31.3萬km時構(gòu)架橫向加速度最大值為4.9 m/s2，均滿足規(guī)范要求。

圖9 動車組1構(gòu)架橫向加速度

圖10 動車組2構(gòu)架橫向加速度

2.2 車體平穩(wěn)性

根據(jù)《高速動車組整車試驗(yàn)規(guī)范》及《鐵道車輛動力學(xué)性能評定和試驗(yàn)鑒定規(guī)范》，在0.5～40 Hz濾波后，平穩(wěn)性W<2.5為優(yōu)、在2.5～2.75之間為良、在2.75～2. 5之間合格。

由圖11～圖14可得出：

動車組1旋修后運(yùn)行29.0萬km時車體橫向平穩(wěn)性最大值為2.39，動車組2旋修后運(yùn)行31.3萬km時車體橫向平穩(wěn)性最大值為2.44。兩列動車組車體橫向平穩(wěn)性均為優(yōu)。

動車組1旋修后運(yùn)行29.0萬km時車體垂向平穩(wěn)性最大值為2.25，動車組2旋修后運(yùn)行31.3萬km時車體垂向平穩(wěn)性最大值為2.55。車體垂向平穩(wěn)性除了動車組2出現(xiàn)一點(diǎn)為良外，其他各點(diǎn)均為優(yōu)， 動車組1垂向平穩(wěn)性均為優(yōu)。

圖11 動車組1車體橫向平穩(wěn)性

圖12 動車組2車體橫向平穩(wěn)性

圖13 動車組1車體垂向平穩(wěn)性

圖14 動車組2車體垂向平穩(wěn)性

3 結(jié) 論

根據(jù)動車組1和動車組2兩列動車組車輪外形(車輪踏面磨耗量、車輪踏面等效錐度、輪軌接觸幾何關(guān)系)和車輛振動性能(構(gòu)架橫向穩(wěn)定性、車體平穩(wěn)性)的跟蹤測試結(jié)果，得出以下結(jié)論：

(1) 磨耗量：兩列動車組踏面磨耗量隨運(yùn)行里程的增加而增大，但磨耗速度未見明顯增加趨勢。

(2) 輪軌幾何關(guān)系：車輪采用LMD外形時，輪軌接觸主要發(fā)生在滾動圓兩側(cè)區(qū)域，使得橫移量3 mm處等效錐度無明顯增加的趨勢，對改善輪軌接觸關(guān)系有利；等效錐度的總體趨勢隨運(yùn)行里程的增加而緩慢增大，但總體還是平穩(wěn)的，最大值0.27符合規(guī)范要求。

(3) 車輛振動性能：兩列動車組在跟蹤周期內(nèi)車輛振動性能隨列車運(yùn)行里程的增加未出現(xiàn)明顯的增大趨勢，也未發(fā)生明顯變惡劣的現(xiàn)象，車輛振動性能(構(gòu)架橫向穩(wěn)定性、車體平穩(wěn)性)均滿足規(guī)范要求。

因此，兩列跟蹤動車組以30萬km作為旋修周期時，旋修前各項(xiàng)振動性能、磨耗情況均滿足標(biāo)準(zhǔn)限值要求，且距標(biāo)準(zhǔn)限值均有較大冗余。本文建議，對于新型的LMD車輪踏面外形，可以采用30萬km作為其車輪旋修周期。

[1] 董孝卿，王悅明，王林棟,等.高速動車組車輪踏面旋修策略研究[J].中國鐵道科學(xué),2013,34(1):84-94.

[2] 吳 寧，董孝卿，林鳳濤,等.等效錐度的計(jì)算及驗(yàn)證[J].鐵道機(jī)車車輛，2013,33(1):49-52.

[3] UIC 518. Test and approval of railway vehicles from the point of their dynamic behavior-Safety-Track fatigue-Ride quality[S].International Union of Railways,2005.

[4] 刁曉明，朱韶光，董孝卿.武廣客專動車組車輪磨耗及振動性能跟蹤研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2013,33(2):1-6.

[5] 中華人民共和國鐵道部. TB/T 449-2003機(jī)車車輛車輪輪緣踏面外形[S]. 北京:中華人民共和國鐵道部，2003.

[6] 王福天. 車輛動力學(xué)[M]. 北京:中國鐵道出版社，1981.Serving the CRH Wheel Tread Repair Cycle Tracking Research

WUChenkai1,2,LIUBaochen3

(1 East China Jiaotong University, Nanchang 330013 Jiangxi, China；2 Locomotive & Car Research Institute， China Academy Of Railway Sciences, Beijing 100081, China；3 Beijing Zhongheng Electro-Mechanical Technology Develoment Co, Beijing 100094, China)

In this paper, a long track test is carried out for the two CRH1 type vehicle which served in a certain line. And the evolution law of wheel profile and vehicle vibration performance was obtained. For data analysis, when the two columns of CRH tracking in 300 thousand km lathing cycle, lathing before the vibration performance, wear all meet the standard limits, and from the standard limit value has a large gap. It is recommended that the tread of LMD using 300 thousand kilometers as the lathing cycle.

wheel profile; actual measurement and tracking; lathing cycle verification

??)男，碩士研究生(

2016-04-18)

1008-7842 (2016) 05-0040-04

U269.6

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2016.05.08