淺談軌道交通車輛車輪不圓度對(duì)列車運(yùn)行的影響

摘要：軌道交通車輛運(yùn)行過程中車輪不圓度對(duì)車輛運(yùn)行的影響主要包括以下兩方面：1.引起車輛不必要的自激振動(dòng);2.降低車輪使用壽命增加維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：軌道交通車輛;車輪不圓度

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，目前軌道車輛的運(yùn)行特點(diǎn)也表現(xiàn)為：高速、高密度、重載。伴隨著上述發(fā)展方向的確定，車輪故障率也逐步提升，如何迅速準(zhǔn)確的判斷車輪故障成因并修復(fù)成為了保證軌道車輛得以實(shí)現(xiàn)高速重載運(yùn)行的重要因素之一。

車輪輪對(duì)作為軌道交通車輛運(yùn)行過程中的核心構(gòu)件，在承載車輛載荷及自重的同時(shí)，也承擔(dān)著車輛與軌道間驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力傳遞紐帶的角色。由此可知，輪對(duì)在負(fù)擔(dān)著較大靜載荷的同時(shí)，也會(huì)受到車輛運(yùn)行過程中各種動(dòng)應(yīng)力及內(nèi)應(yīng)力的作用，包括制動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，生產(chǎn)過程中留存的預(yù)裝應(yīng)力，及車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)產(chǎn)生的徑向?qū)蛄Α?gòu)架力和離心力等。

1、車輪不圓度影響方式

故此，明確車輪不圓度對(duì)列車運(yùn)行的影響因素及方式就變得重要且必要。經(jīng)大量理論研究及實(shí)踐驗(yàn)證結(jié)果表明，車輪不圓度對(duì)車輛運(yùn)行的影響方式主要包含引發(fā)車輛振動(dòng)及影響輪對(duì)使用壽命兩部分，具體說明如下：

1.1車輛振動(dòng)

在軌道車輛的實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)行中，車輪無法加工成為完美的幾何圓，加之現(xiàn)實(shí)中的鐵路軌道不可能做到完全平直或絕對(duì)剛度，軌道表面存在著諸多的缺陷因素，故此，車輛實(shí)際跑行過程中，輪對(duì)與軌道間會(huì)存在各種實(shí)時(shí)變化的相對(duì)作用力，這些作用力有些是列車運(yùn)行必不可少的，而有些是具有破壞性的。

而車輛不圓度就是影響車輛正常運(yùn)行的負(fù)面因素之一，車輛不圓度超出界定合理范圍會(huì)給車輛本身及軌道帶來額外的振動(dòng)和噪聲，并且給輪對(duì)的承重軸承和軌道造成巨大的動(dòng)載荷，這其中尤為突出的便是踏面擦傷引起的載荷陡增，甚至于隨擦傷程度及車輛承重和運(yùn)行速度的增加，車輛及軌道所受載荷達(dá)到靜止?fàn)顩r下的幾十倍。同時(shí)，由于車輪在軌道上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，故這種動(dòng)載荷會(huì)呈周期性的對(duì)車輛及軌道造成影響，加劇車輛輪軸損壞及軌道、軌枕斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2影響輪對(duì)使用壽命使車輛維護(hù)成本上升

輪對(duì)作為軌道車輛三大易耗件之一，其本身的維護(hù)保養(yǎng)以及更換的成本就占據(jù)了軌道車輛維護(hù)成本的很大一部分。當(dāng)車輪的不圓度超界定范圍后，不但會(huì)使車輛運(yùn)行的舒適程度和安全性能下降，同時(shí)還會(huì)對(duì)軌道的使用壽命造成負(fù)面影響。故此，必須對(duì)車輪的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并及時(shí)合理的對(duì)有需要的車輪進(jìn)行鏇修或更換，以保證車輛的安全運(yùn)行。

但需要注意的是，雖然鏇修可以使車輪的幾何參數(shù)回歸到正常指標(biāo)范圍內(nèi)，但同時(shí)，鏇修也是降低車輪使用壽命的主要原因之一，頻繁的鏇修會(huì)使車輪的使用壽命縮短，提前進(jìn)入報(bào)廢階段，這將使得軌道車輛的運(yùn)營維護(hù)成本增加。因此，選用合理有效的車輛不圓度檢測(cè)手段，及時(shí)準(zhǔn)確的獲得輪對(duì)參數(shù)，制定合理、安全、低成本的運(yùn)行計(jì)劃和檢修修程就成為了軌道車輛運(yùn)行過程中的一項(xiàng)重要任務(wù)。

2、車輪不圓度成因分析

車輪不圓度在幾何層面表現(xiàn)為車輪踏面徑向值最大值與最小值之差，通常也可稱為橢圓度或失圓度。由軌道動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論可知，輪對(duì)與軌道間的作用力與沖量隨不圓度的增大而上升，且運(yùn)行速度越快所受載荷越大，由此可知，車輛不圓度如若超出合理范圍，將對(duì)軌道車輛的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，甚至威脅到運(yùn)行安全，高速運(yùn)行的軌道車輛所受威脅尤為突出。

車輪不圓度受其成因不同可主要?jiǎng)澐譃槿箢悾很囕喥摹④囕喣p、車輪擦傷，下面將對(duì)這三種車輪不圓度產(chǎn)生方式及影響原理進(jìn)行說明。

2.1車輪偏心

車輪在生產(chǎn)及鏇修過程中，受加工設(shè)備精度及操作者技術(shù)的限制，部分車輪在出廠時(shí)可能就存在一定的偏心。車輪中心與車軸中心間的偏心距離可直接影響車輛的振動(dòng)幅度，其受車輪中心與車軸中心間的偏心距離影響呈周期性變化，偏心距離越大，車輛運(yùn)行過程中的振動(dòng)幅度也就越大。

2.2車輪磨損

受車輛運(yùn)行線路條件所限，車輪在軌道上運(yùn)行時(shí)，由于輪軌間所受摩擦不均勻等因素的影響，車輪周向易發(fā)生不同程度的磨損導(dǎo)致車輪不圓度上升。同時(shí)，當(dāng)車輛通過曲率半徑較小的彎道且潤滑不充分時(shí)，也容易使車輪產(chǎn)生不圓。

2.3車輪擦傷

車輪踏面存在擦傷時(shí)，車輪滾過擦傷處，車輪與軌道間發(fā)生沖擊，軌道受到?jīng)_量向下，沖量大小受擦傷處長度及深度兩個(gè)因素共同影響，車輪踏面處擦傷越長、越深，則車輪及軌道所受到的沖量就越大。同時(shí)，由車輪做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)可知，該沖量呈周期性出現(xiàn)。

車輪踏面擦傷的兩種典型方式包括：踏面擦傷、 踏面剝離。

以上所分析的即為車輪不圓度產(chǎn)生的三大類主要成因，同時(shí)根據(jù)理論分析可以看出，車輪不圓度的大小將會(huì)直接影響到輪軌接觸運(yùn)行特性及相互間載荷作用，進(jìn)而影響車輛運(yùn)行。由此，為保證車輛的穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)準(zhǔn)確掌握車輛不圓度的相關(guān)信息是必要的。

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作者簡介（通訊作者）：姜浩（1993-），性別：男，民族：漢族，籍貫：吉林省白山市，職務(wù)：檢修運(yùn)維工程師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：裝配工藝，單位：中車長春軌道客車股份有限公司。