地鐵車輛輪對失圓分析及對策

楊宇博,李榕倫

(洛陽市軌道交通集團有限責任公司,河南 洛陽 471023)

1 輪對的作用

輪對作為轉向架的主要部件之一,作用是支撐車輛在軌道上運行,承受從車體、軌道兩處反饋的作用力,是影響車輛運行安全性的重要部件之一。輪對作為列車與軌道之間的接觸部件,主要功能是傳遞牽引力和制動力,承載列車重量,引導列車沿軌道安全運行。

2 輪對失圓原因

輪對失圓原因復雜,尚沒有一致的看法。從固體力學的觀點看,輪軌間的接觸應力和表面應力會導致車輪出現塑性變形和疲勞損傷;從摩擦力學的觀點看,車輪失圓與輪軌關系及車輛所處環境有關,不同的輪軌摩擦情況、載荷沖擊都可能導致不一樣的磨耗。洛陽地鐵1號線開通運營大約一年后,車輛出現噪聲及振動偏大、一系鋼簧斷裂、輪對擦傷等問題,于是開展輪對鏇修工作并分析失圓原因。

2.1 輪對材質的影響

輪對在軌道上會產生滾動和滑動兩種運動,車輪與軌道間會產生擠壓和摩擦,若材質有問題會導致車輪踏面出現接觸疲勞剝離、制動剝離等,踏面剝離會導致輪對多邊形。

2.2 輪軌關系分析

洛陽地鐵1號線列車為B2型車,采用閘瓦制動方式,車輪材質為ER9,踏面形式為LM 型。開通時軌道未打磨,且紅山站為地上車站,輪軌關系為開放式,軌道表面容易積累灰塵、油污等雜質,可能導致車輪發生滑行或異常磨耗。車輪滑行時,輪對接觸軌道的部分溫度迅速升高,金屬材料組織發生相變,形成硬而脆的馬氏體層,馬氏體層在輪對與軌道接觸的沖擊作用下產生裂紋,造成踏面剝離、扁疤等缺陷[1]。

地鐵長期高速運營,輪對每天承受著來自軌道的激勵作用,車輪踏面一定會發生改變,從而導致車輪在圓周方向出現形變。

2.3 運營數據分析

通過測量統計,鏇修前列車運營大約6萬公里輪對徑跳值就出現超標現象,鏇修后運營超過10萬公里的列車僅有個別車輪徑跳值超標,說明鏇修對于抑制徑跳值有較好作用。

3 輪對失圓影響

(1)輪對失圓使列車振動嚴重且輪對消耗過快。這種問題難以預料,洛陽地鐵深受其害,運營以來多次出現乘客投訴舒適度、懸掛裝置受損等問題。

(2)對于失圓輪對較多、較嚴重的車輛,行駛過程中輪軌之間的沖擊力更大、車體振動表現更強烈,嚴重影響了行車穩定性、安全性及車輛各部件的使用壽命。

(3)輪對失圓主要對一系懸掛裝置的影響比較大。一系懸掛包括垂向減震器和鋼彈簧,目前主要方法還是依靠鏇修消除徑跳,恢復輪對形狀。但是鏇修需要考慮日常運營問題和經濟性問題,不能一勞永逸,只能減小失圓所帶來的影響[2]。一般在輪對失圓線路上車輛構架問題多發,鋼簧斷裂、滲油問題比較常見,且無法避免。在開通運營初期,檢修人員應關注輪軌關系不好線路車輛的減震器和鋼彈簧狀態。正線駐站巡檢人員應密切注意車下異響,感受車輛的振動、噪音等問題,做到故障預防。

(4)輪對是最不容易更換的部件,使用年限應與車輛大修保持一致,但是輪對失圓會導致車輛鏇修頻繁,加速輪對的消耗。當徑跳值超出規定范圍時,必須進行輪對鏇修,改善輪對多邊形情況。失圓輪對在目前鏇修模式中切削量大,消耗較大,是一筆較大的支出。為了保證線路運營質量和輪對使用壽命,需要結合實際情況制定合理的鏇修方法,積累鏇修數據,分析總結輪對失圓發展規律,計劃性鏇修是值得考慮的選項。

綜上所述,車輪失圓的主要原因有:車輛狀況和運行環境,輪對材質或性能,部分軌道的固有頻率與失圓輪對的頻率產生共振,列車制動力不均或過大。失圓造成的主要問題有:降低乘客舒適度,轉向架部件難以預料的不可逆損傷,鏇修的成本壓力。

4 輪對失圓解決辦法

主要對策:一是研究分析線路情況,選擇合適的輪對材質;二是在開通前對軌道進行打磨;三是研究分析鏇修數據,選擇適當的鏇修方法,增加鏇修經濟性以節約成本。盡可能在輪對徑跳影響列車運營之前鏇修,將列車振動過大可能帶來的故障問題消除在萌芽狀態。

5 結語

輪對鏇修對軌道交通運營的經濟性有非常大的影響,同時對車輛安全性也有極大作用。根據列車運行狀態研究計劃性鏇修策略,提高鏇修經濟性,防止列車振動較大給乘客帶來不良體驗,以及對車輛造成不可逆損害。