某和諧號動車組運(yùn)營中輪對內(nèi)側(cè)距變化規(guī)律研究

王安國 陳 朝 崔立通 徐志龍 畢浩棋

(1. 中車長春軌道客車股份有限公司質(zhì)量保證部， 130062， 長春；2. 中車長春軌道客車股份有限公司國家軌道客車工程研究中心， 130062， 長春∥第一作者， 正高級工程師)

動車組輪對承擔(dān)車輛的全部質(zhì)量，在軌道上高速運(yùn)營時(shí)，承受著車體、鋼軌傳遞來的各種作用力，是動車組走行部的重要部件。輪對內(nèi)側(cè)距是輪對兩輪緣的內(nèi)側(cè)距離，是保證動車組安全通過曲線和轍叉的重要因素，合格的內(nèi)側(cè)距還能減小輪緣磨耗、實(shí)現(xiàn)自動對中。輪對內(nèi)側(cè)距直接影響著行車安全和運(yùn)營平穩(wěn)性[1]。某和諧號動車組最高運(yùn)營速度為380 km/h，輪對內(nèi)側(cè)距在該動車組運(yùn)營過程中是否發(fā)生變化及其變化幅度對動車組運(yùn)營十分重要。輪對內(nèi)側(cè)距變化規(guī)律研究可為輪對運(yùn)用修、高級修提供必要的參考，保證動車組運(yùn)營安全。

1 和諧號動車組輪對內(nèi)側(cè)距數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

選取13列配屬不同鐵路局的和諧號動車組，運(yùn)營時(shí)間為9～13個(gè)月。調(diào)取其連續(xù)2次車輪鏇修時(shí)的輪對內(nèi)側(cè)距數(shù)據(jù)并進(jìn)行對比，如圖1所示。共計(jì)檢測了407條輪對。

注：2次車輪鏇修均在所配屬鐵路局的相同設(shè)備上完成；縱坐標(biāo)負(fù)值表示內(nèi)側(cè)距變化值減小，正值表示內(nèi)側(cè)距變化值增大。圖1 連續(xù)2次車輪鏇修的輪對內(nèi)側(cè)距變化數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter diagram of wheelset inner distance change data in continual twice lathing

2 和諧號動車組輪對內(nèi)側(cè)距數(shù)據(jù)分析

將該和諧號動車組輪對內(nèi)側(cè)距變化數(shù)據(jù)生成頻率直方圖，如圖2所示。

圖2 輪對內(nèi)側(cè)距變化值頻率直方圖Fig.2 Frequency histogram of wheelset inner distance variation

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該和諧號動車組輪對內(nèi)側(cè)距變化值在[-0.40 mm，0.40 mm]范圍內(nèi)的輪對共計(jì)352條，占比86.5%；輪對內(nèi)側(cè)距變化值在-0.40 mm以下的輪對共計(jì)39條，占比9.6%；輪對內(nèi)側(cè)距變化值在0.40 mm以上的輪對共計(jì)16條，占比3.9%。

將該和諧號動車組輪對內(nèi)側(cè)距變化值(絕對值)的407個(gè)數(shù)據(jù)隨機(jī)分組，每30個(gè)數(shù)據(jù)為1組，共13組(對剩余不足1組的17個(gè)數(shù)據(jù)舍棄)。因數(shù)據(jù)為隨機(jī)分組，且分組結(jié)果不唯一，現(xiàn)僅將本文分組數(shù)據(jù)的平均值列出，如表1所示。如果輪對在運(yùn)營過程中內(nèi)側(cè)距未發(fā)生變化，則表1中數(shù)據(jù)的均值μD=0；若輪對內(nèi)側(cè)距發(fā)生變化，則μD>0。

表1 輪對內(nèi)側(cè)距變化隨機(jī)分組均值Tab.1 Random mean value of wheelset inner distance variation

3 輪對內(nèi)側(cè)距假設(shè)檢驗(yàn)

(1)

輪對內(nèi)側(cè)距變化值檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量t為：

(2)

t的拒絕域?yàn)椋?/p>

t≥tα(n-1)

(3)

通過計(jì)算，t=18.030 0>3.054 5，說明t值落入拒絕域內(nèi)，故輪對內(nèi)側(cè)距無明顯差異，μD=0。由此說明存在99.5%的概率認(rèn)為該和諧號動車組輪對在運(yùn)營9～13個(gè)月后內(nèi)側(cè)距會產(chǎn)生明顯變化。

4 輪對內(nèi)側(cè)距變化原因分析

4.1 輪對微動

動車組輪對運(yùn)營過程中，受車上載荷影響，車軸有彎曲傾向，車軸輪座表面內(nèi)端和外端壓扁區(qū)位置都是微動點(diǎn)產(chǎn)生的地方，如圖3所示。由于車軸彎曲作用壓扁區(qū)對稱區(qū)域的中間區(qū)域應(yīng)力很大，因此，車軸和車輪接觸面之間的應(yīng)力會分布不均，兩側(cè)會產(chǎn)生集中擠壓內(nèi)應(yīng)力。車軸輪座表面強(qiáng)度要大于車輪內(nèi)表面強(qiáng)度，因此，在相同交變應(yīng)力作用下輪轂內(nèi)表面變形要小于車軸輪座表面的變形。隨著車輪的運(yùn)營，車輪與車軸間會發(fā)生微小的、持續(xù)的差值，這種微小往復(fù)的變化就是微動[2]。試驗(yàn)研究表明，兩部件均過盈裝配，當(dāng)輪對的彎曲力超過壓裝力的0.6%時(shí)，即會產(chǎn)生微動[3]；當(dāng)輪對承受載荷越大，運(yùn)營速度越高，車輪與車軸的微動幅度則越大。

圖3 輪軸微動示意圖Fig.3 Diagram of wheel-axle fretting

4.2 車輪輪輞碾寬

動車組輪對運(yùn)營過程中，根據(jù)輪軌接觸狀態(tài)進(jìn)行受力分析得到：車輪所受最大應(yīng)力位于車輪踏面次表層；橫向范圍在接觸點(diǎn)12 mm內(nèi)時(shí)，深度為4～8 mm。該應(yīng)力會使踏面近表面金屬材料產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生輪輞碾寬。車輪輪輞碾寬如圖4所示。運(yùn)營線路的不平順及導(dǎo)向輪的變形會加劇輪輞碾寬的產(chǎn)生，而輪輞碾寬也會導(dǎo)致輪對內(nèi)側(cè)距發(fā)生變化。

圖4 車輪輪輞碾寬示意圖Fig.4 Diagram of wheel rim rolling width

4.3 車輪輻板變形

輪對運(yùn)營過程中，車輪由于高速旋轉(zhuǎn)，其固有頻率與靜止?fàn)顟B(tài)下的車輪不同。車輪在受到離心力的情況下，固有頻率在0～300 Hz范圍內(nèi)時(shí)，車輪表現(xiàn)為擺動或橫移，基本不變形；固有頻率在300 Hz以上時(shí)，車輪開始出現(xiàn)扭擺、彎曲等復(fù)雜變形，且車輪輻板及踏面處最易發(fā)生變形[4]。車輪輻板變形也會導(dǎo)致輪對內(nèi)側(cè)距發(fā)生變化。

5 輪對內(nèi)側(cè)距變化及預(yù)防措施

通過數(shù)據(jù)分析和理論分析發(fā)現(xiàn)，輪對內(nèi)側(cè)距變化是動車組正常運(yùn)營的結(jié)果。根據(jù)相關(guān)技術(shù)條件，輪對內(nèi)側(cè)距變化值在合理范圍內(nèi)不會影響行車安全。動車組運(yùn)用修時(shí)，應(yīng)檢測輪對內(nèi)側(cè)距，若其超出規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換輪對。動車組高級檢修時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)要求檢測輪對內(nèi)側(cè)距，若其超出標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行更正性檢修。

6 結(jié)語

和諧號動車組輪對內(nèi)側(cè)距變化是其正常運(yùn)營的結(jié)果。輪對微動、輪輞碾寬及輻板變形是導(dǎo)致該動車組輪對內(nèi)側(cè)距變化的因素。在動車組運(yùn)用修及高級檢修時(shí)，應(yīng)檢測輪對內(nèi)側(cè)距，超出標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)應(yīng)按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行處置。