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地铁列车轮对失圆问题分析以及应对策略

来源：世展网分类：品牌展行业资讯 2022-10-14 09:06 阅读：21919

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地铁列车的空气制动形式一般有踏面制动和盘形制动2种，在客流较小、站间距较长的线路，地铁车辆的运行速度较快，一般采用盘形制动。从目前的地铁车辆运用经验来看，使用盘形制动的列车更容易产生轮对失圆问题。轮对失圆就是指轮对在短期运营后产生了较高的轮对径向跳动，这种径跳使得轮对成为不规则的多边形，根据多边形的边数，可以分为高阶多边形与低阶多边形。

1 轮对失圆原因的探索

南京地铁首次发现轮对失圆是在四号线的列车上，大约在运营3个月内，初次镟修就发现轮对的径跳值非常大。随着对不同列车的测量，发现轮对失圆影响的列车众多，而目径跳值都远远超出轮对镟修标准。为了找出造成轮对失圆的原因，开始研究各方面可能的影响因素。

1.1轮轨振动分析

如图1所示，同一个轴箱的振动频率在镟修前后明显不同，对振动频率分析，轴箱振动中50~100Hz能量带为其固有频率，这可能来自轨下或者轴箱。而多边形车轮使轴箱振动在镟修前存在大量车轮转频倍频，这些倍频与轴箱的固有频率带共振而成为轴箱垂向的振动主频[1,2]

而车轮在镟修前与镟修后在不同区段上的振动表现，从振动频谱来看，镟修后的轮对，也就是消除了多边形影响后，轮对轴箱振动中50~100Hz的固有频率能量带在不同形式的轨道板上存在差异，这说明该能量带是来自于轨道从振动测试结果看，该特征频带内轴箱的振动在普通道床与ZX2型扣件配合的轨道上最恶劣，主频约55 Hz。该特征频率带在不同速度下、不同路段内以不同阶次的转频倍频为主频，说明该振动并非由车轮失圆单一元素造成，而是车轮失圆与轴箱固有频率带的共振所致。

1.2不同轨道下轮轨接触P2力响应

通讨测是不同轨道道床和扣件条件下的列车振动发现在救体道床与ZX2刑扣件的组合电目据动的主要频率息58Hz左右车轮名边形频率在55Hz左右，两老师承控近，轮轨接触系统产生P2力共振，这也导致轴箱振动能量放大[2]。不同道床和扣件组合下的钢轨振动分析如图2所示

1.3运营数据统计分析

为了更好地评价轮对失圆的速率，在运营数据统计中，采用径跳发展率作为主要的评价指标。径跳发展率是指每1万km轮对径跳变化的多少，所以有定义:径跳发展率=2次测量的径跳值之差/千米数(万km)。经过统计所有列车的历史数据，可以发现平均径跳发展率的大小与轮径有着明显的关联性。随着轮径的减小，径跳发展率讯速下降(平均值能达到90%左右)，并且在轮径值降低至825mm之后，径跳发展率趋于平稳，变化幅度明显减小。

1.4轮对材质的影响

为了找出失圆的根本原因，对发生失圆的轮对进行了金相组织分析，最终发现，硬度较高的上贝氏体都分布在轮对的表面，然后统了其他地铁与失圆线路的轮对和钢轨的硬度，其结果如表1所示。

2.轮对失圆带来的实际问题与应对策略

轮对失圆带来的问题有很多，其中较为突出的问题就是列车振动问题和为了消除失圆过度镟修导致轮对过快消耗的问题，而列车振动不仅仅带来乘客的乘坐舒适度的降低更重要的是这种振动有强大的破坏力，对转向架的轴承，悬挂装置，管路和构架都会造成不可逆的损伤[3]，从线路的维护经验来看，这种破坏件的问题是最难以预防和处理的，下面只从运营维护角度的几个方面浅谈这些问题的应对措施。

2.1失圆振动造成的次生问题的预防和处理

轮对失圆的次生问题是一个大类，其中转向架方面主要有轴承问题，悬挂装置问题，气管路问题以及其他问题。

2.11轴承问题

轴承的问题由于其隐蔽性，实际上很难在平时的检修作业中被发现，对于轴承类故障，主要的方向还是希望能够及时发现问题。轮对轴承的日常检修，只需要关注轴承的油脂和温度是否易堂之米的堂规检查即可，想要达到早发现，早外理，必须借肋干声学轴承检测设备。目前的轨旁声学检测设备已经达到了比较可靠的水平，经过匹配相应的特征频率，声学设备的检测准确率能在90%以上。然后根据检测结果再进行振动复测，基本上可以在轴承发生问题的前期将隐患消灭。

2.1.2悬挂装置

是挂主要是一系县挂的问题，一系景挂包括垂向减振器和钢弹等，在发生失圆问题的线路，想要讯速地，一劳永逸地解决问题是非常困难的，主要方法还是依靠游修保持轮对廓形，但是镟修还要要考虑列车数量以及经济件的问题，它无法完全解决问题，只能减小失圆的影响，一般在失圆线路减振器的渗油问题十分严重，其至容易发生垂减的断型。在无法避免此类的问题的前提下，检修人员必须十分关注减振器和钢弹策的状态，车辆检修应在月修规程中要求检修人员必须对悬挂装置进行触摸检查，防止出现减震器断裂而未发现的问题。

2.1.3气管路问题

振动的影响无外不在，气管路是深受其害，气管路的接头外比较脆弱，一些接头在出厂连接时由干安装位置的问题，在连接螺母的边缘常常存在较高的应力集中，振动放大了这些应力的影响，时间一长容易造成管路崩断或者裂纹漏气。这在很多地铁线路都出现过，预防这些问题除了要在设计时加强防护意识，在已运营的线路月检时要加强力度检查气管路的状态，利用测漏剂及时检出问题加以处理。

2.1.4其他问题

主要是失圆对转向架上其他部件的问题，例如构架，按昭设计寿命，构架实际上不容易出现问题，但是轮对失圆会明显加速疲劳讨程，使得曾经不需要花费很多精力的地方必须加强检查力度，以求在问题发生的早期发现它，还有一些挂载信号设备的横梁，悬挂臂之米，由干设备在横梁中间或者县挂臂的端部，其振动会明显加速端部的疲劳，在没有失圆影响时，按照设计要求其强度是合理的，但是当失圆放大了振动，并且长期放大这种振动时，材料的强度将受到很大的考验。

2.2轮对过快消耗的问题分析

发生失圆的线路一般轮轨关系较差，又因为失圆需要长期进行镟修修形，所以失圆线路的列车轮对消耗速率非常快，笔者做过一些统计，如表2所示。

可以发现，失圆线路的轮径消耗速率可以达到正堂线路的25倍，相对而言，失圆线路的轮对寿命只有正常线路的40%，这对运营而言是一笔很高的成本支出，但是镟修是必须的，否则列车振动将会带来更加难以预料的后果，所以，研究镟修策略就非常有必要了，这是在既定条件下必须作出的选择，一般正常的线路镟修策略是故障镟修，在发生失圆的线路，为了保证线路运营质量以及缓解人品和设备的集中压力，计划镟修是值得考虑的选项一些地铁的镞修樟式采用的是早期的铁路标准，镟床的游修模式只有LM26LM28LM30M32种数型，而通讨统计发现当轮缘厦度大干32mm时，切削是其木维持不变轮缘厚度在28~30mm以及31~32mm的区间时，镟修切削量明显较高，这刚好与我们的镟修模式相对应，然后统计切削最与径跳值之间的关系，发现较大的径跳带来了较大的切，但是由干径跳变化导致切削增加的阈信在05mm以上，实际上轮对径跳值在05mm之前大部分已经被镟修修复，所以综上可以得出，我们的镟修模式对轮对轮径消耗有较大的影响。铁路的轮对镟修标准近年也进行了更新，踏面廓形增加了6种，分别为LM27、LM27.5、LM29、LM29.5、LM31、LM35，这也为地铁探索经济型镟修提供了依据。这项工作在失圆发生的早期能体现出优越的经济性，在失圆后期，由干径跳发展率趋干平稳，其能利用的空间逐渐收窄，经济性将显著降低。在开展一段时间的经济性镟修后，能明显减少因适应镟修模式造成的无效镟修，这为地铁运营节约了成本。

3 总结

列车车轮失圆的主要原因:①部分轨道的固有频率与多边形轮对的频率产生共振:②轮饼的硬度选择偏向上限，造成硬度偏高，不利千失圆控制。失圆造成的主要问题:①降低乘客舒话度:②对转向架部件造成难以预料的不可逆拐伤:③轮对镟修的成本压力增加，针对以上问题的分析。失圆问题出现后的对策:①新线建设时要综合考虑轮轨规合振动的特性，选择话合的轨道扣件，并目电客车可以选配轮对踏面清扫装置，利用研磨子对轮对修形:联系车轮厂商，研究并控制车轮中有害材质的含是和分布，增加车轮原胚尺寸以获得性能更好的轮饼;③运营需要加强对转向架系统的各类部件的检查，引进先进设备，对部件的隐患进行扫除，如走行部监测系统、轨旁的轴承声学监测系统等;研究分析线路运营数据，选择合适的镟修策略，尤其是增加镟修廓形选择可以提高镟修经济性。

参考文献

[11袁清武朱海彬25T型客车轮对失圆原因分析与处理[J1机车车辆工艺，2009(4):41-43

[2]马卫华，罗世辉，宋荣荣地铁车辆车轮多边形化形成原因分析[J]机械工程学报，2012,48(24):106-111

[31张雪珊，肖新标，金学松高速车轮椭圆化问题及其对车辆横向稳定性的影响J机械工程学报，2008.44(3):50-56

作者：卞正、丁亦丰（南京地铁运营有限责任公司）