地鐵車輛車輪徑跳拓展趨勢分析

宋慶偉 陳 卓 魏 葦 王緒英

(中車長春軌道客車股份有限公司,130062,長春//第一作者，高級工程師)

車輪徑跳是指車輪踏面滾動圓在同一橫剖面內實際表面上各點繞車軸基準軸線回轉一周或連續回轉時最大變動量[1-2]。車輪徑跳越大，引起的振動將會加快走行部零件的疲勞損壞，加劇車輪磨耗、鋼軌波磨，增加噪聲，導致乘車舒適度下降[3-4]。

為了分析正常運營條件下地鐵車輛車輪徑跳的拓展趨勢和表現形式，特選取了新鏇修的一列列車作為跟蹤研究對象，該列車為6輛編組，編組型式為“Tc-M1-M2-M2-M1-Tc”，最高運營速度80 km/h，軸重14 t，采用踏面制動方式。車輪采用了符合TB/T 2817—1997標準要求的整體輾鋼車輪，材質為CL60；踏面型式采用了符合TB/T 449—2003標準要求的LM型踏面。正線軌道類型為60 kg/m鋼軌，采用了符合TB/T 2344—2012標準的U71Mn和U75V材質。

1 車輪徑跳數值跟蹤測試情況

測試列車從線路開通到2016年4月27日運行里程約為152 145 km，在2016年4月28日對所有車輪進行了鏇修。截止到2017年6月20日，對測試列車車輛進行了7輪車輪徑跳跟蹤測試。表1為車輪徑跳跟蹤測試數據(2016年11月，由于輪2-4徑跳拓展速率最大，為了進行車輪硬度檢測，采用備品輪對對輪2-3和輪2-4進行了替換)。

由測試數據可知，被測試車輛新鏇修時，車輪平均徑跳為0.074 5 mm，其中輪1-7徑跳最大，達到0.188 mm。經過152 291 km的運營，全車車輪徑跳在0.5 mm以上的車輪有6個，占12.5%；徑跳在0.3～0.5 mm的車輪6個，占12.5%；徑跳在0.3 mm以下的車輪36個，占75%。車輪平均徑跳達到0.251 mm，其中輪5-7徑跳最大，達到0.86 mm。

2 車輪徑跳跟蹤測試分析

2.1 車輪徑跳數值對比分析

首先，對車輛車輪徑跳平均拓展趨勢進行分析。所有車輪徑跳平均值變化情況見表2。

由表2可知，整列車的車輪徑跳平均增長速率為0.115 mm/10萬km，整列車的最大徑跳平均增長速率為0.179 mm/10萬km。在2車第五輪徑跳測試前，輪2-3與輪2-4更換為備品輪對，2車在第五輪測試中徑跳出現下降趨勢。

為了進一步研究各個車輪徑跳增長趨勢，對各個車輪的測試數據進行了對比，各個車輪徑跳增長速率見表1。由表1可知：輪1-7、輪3-8、輪5-2、輪5-7車輪徑跳數值較大，且徑跳增長速率較快，其中，輪5-7的徑跳增長速率最大，達到0.500 mm/10萬km。

表1 測試列車1車到6車車輪徑跳數據統計表

2.2 車輪踏面磨耗形貌對比分析

對測試數據采用極坐標進行分析，所有車輪踏面磨耗形貌表現形式均為偏心狀態，其中，偏心最為嚴重的為輪5-2和輪5-7，其車輪踏面磨耗形貌表現形式如圖1所示。

表2 測試列車1車到6車車輪徑跳平均值統計表

a) 輪5-2踏面磨耗形貌

b) 輪5-7踏面磨耗形貌

通過對車輪徑跳測試數據極坐標分析發現，絕大多數車輪踏面磨耗形式存在較為一致情況，其中輪4-6踏面磨耗形貌最為明顯，其踏面磨耗形貌極坐標圖如圖2所示。

a) 鏇修前踏面磨耗形貌

b) 第一輪測試時踏面磨耗形貌

c) 第二輪測試時踏面磨耗形貌

d) 第三輪測試時踏面磨耗形貌

e) 第四輪測試時踏面磨耗形貌

f) 第七輪測試時踏面磨耗形貌

通過上述極坐標圖分析可知，鏇修后可以有效消除車輪不圓狀態，但車輛經過一段時間運行后，車輪踏面磨耗相位與鏇修前踏面磨耗相位出現了相似情況，對這一情況進行分析后認為，車輪踏面在圓周方向上存在硬度不均勻現象，在運行過程中持續輪軌力作用下，車輪徑跳增長速率變大。

為了進一步分析車輪踏面硬度與車輪踏面磨耗形貌的相關性，委托第三方對輪2-3及輪2-4進行了踏面硬度檢測，圖3為車輪踏面硬度檢測結果與踏面磨耗形貌對比圖。

a) 輪2-3踏面硬度檢測結果

b) 輪2-3踏面磨耗形貌

c) 輪2-4踏面硬度檢測結果

d) 輪2-4踏面磨耗形貌

基于圖3對比可知，車輪踏面滾動圓圓周方向磨耗形貌與其硬度有極高相似性。

3 車輛平穩性測試

被測車輛在正線運營狀況下，對其徑跳較大車輪所在位端的平穩性進行測試。測試結果如圖4所示。

a) 上行線平穩性指標

b) 下行線平穩性指標

根據GB 5599—1985標準評價，測試車輛在正線運過程中橫向及垂向平穩性最大值分別為2.02和2.25，均小于2.5，屬優秀。

4 結論

(1) 根據車輪徑跳數值跟蹤測試結果可知，整列車車輪的最大徑跳拓展速率為0.179 mm/10萬km，單個車輪最大徑跳拓展速率為0.500 mm/10萬km，車輪從鏇修狀態運行至徑跳維修維護限度值1 mm，至少可運行18萬km。因此，在輪對組裝過程中應按照相關標準對徑跳值進行控制，并盡量減小新造時徑跳量，延長車輪鏇修周期。

(2) 根據車輪徑跳極坐標圖對比分析，車輪踏面磨耗形貌均為偏心狀態，而且，車輪踏面磨耗形貌與車輪踏面表面硬度大小分布有關。因此，在車輪生產過程中應嚴格把控熱處理工藝，減小車輪輪輞圓周方向硬度變化量。

(3) 根據徑跳拓展趨勢以及平穩性測試結果，車輪徑跳檢修維護限度值可完全參照中國鐵路總公司下發的2014版《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》執行，即限度值按1 mm執行。