铁路列车车轮失圆检测分析

徐 康，肖 峰，张 磊，鲁 松，宫彦华

(马鞍山钢铁股份有限公司 安徽马鞍山 243000)

车轮失圆在铁路列车运行过程中是一个普遍存在的现象，按照失圆的形式可以分为局部失圆(如扁疤、擦伤和局部凸起等)和全周失圆(如车轮多边形等)[1]-[3]。全周失圆主要表现为偏心、椭圆、三边形、四边形等。

车轮失圆会导致轮轨间产生一个特定的振动频率，该频率f如下公式所示[4]：

f=Nv/ (2πR0)

式中：

N— 车轮失圆的阶数；

V—行车速度；

R0— 车轮的滚动圆半径。

车轮踏面非圆化是一个复杂的过程，受很多因素的影响，归纳起来，可分为两方面：一是车辆状况和运行环境，二是车轮性能。车辆状况和运行环境包括线路养护条件差、轮轨外形及材质匹配不合理、转向架技术状态不良、牵引装载定数过大、列车制动时制动力不均或过大使闸瓦没有缓解而引起轮对在轨道上滑行或轮对在轨道上长期滚动等，车轮性能主要指车轮本身的各种物理化学性能等[5]。国内外学者针对车轮失圆的诊断进行了大量研究，但对车轮进行不圆度测试、对比分析并解剖车轮进行性能分析研究较少。本文旨在对铁路同一列列车车轮的失圆情况进行对比分析，并解剖表现较好的车轮进行性能分析。

1 车轮不圆度测量分析

车轮失圆测量已有数年的研究历史，早期对车轮失圆的检查有锤敲、耳听、眼看等，这些方法受人为因素、故障发生的部位、现场工作条件等因素影响，并且只能定性地对车轮踏面进行分析，无法定量进行测量。

随着车轮失圆检测研究的深入，目前主要采用车轮粗糙度测量仪对整车车轮进行不圆度测量。不圆度测量的操作方法是：以奇数位车轮注油孔对应的名义滚动圆处作为起点进行不圆度的测量，顺时针方向旋转车轮，偶数位车轮测量起点位置与奇数位车轮保持在同一位置，以此测量车轮失圆情况。

2 车辆基本信息

测试车辆基本信息如表1，报警车轮信息如图1。

表1 测试车辆信息

3 结果分析

3.1 整车车轮不圆度分析

采用车轮粗糙度测量仪对整车车轮进行不圆度测量，得出车轮不圆度的测试结果，参考标准ISO 3095-2013 《Acoustics - Railway applications-Measurement of noise emitted by railbound vehicles》得出了多边形粗糙度水平参考线，与测试结果相比较，对车轮多边形情况进行判断。

按图2、表2、表3所示车轮多边形表现情况对车轮多边形进行了分类分析，可知，

1)从第二次测量的结果来看，车轮多边形数量明显增多；

2)从第二次测量的跟踪结果来看，车轮多边形主要表现为低阶多边形，主要为7-10边形，部分车轮伴有高阶多边形；

3)随着里程的增加，车轮径跳值明显增大。

4)由表3可知径跳超0.5mm的车轮中大都伴有低阶多边形。

图1 报警车轮信息

图2 测量各阶多边形图例

低阶(0-11)低阶+高阶(0-40)高阶(12-40)第一次测量900第二次测量1441

表3 径跳和低阶多边形对应关系

3.2 报警车轮情况分析

对比分析了报警(包括预警)与未报警车轮不圆度、径跳情况，由表4、图3-图5可知：

随着运营里程的增加，报警车轮数量呈增多的趋势；第一次测量前只有3件车轮出现了报警，之后该3件车轮仍出现报警；另有7件车轮第一次测量前未报警的，此后发展为报警；

报警车轮与未报警车轮的多边形占比、多变形表现形式、径跳情况相当。

随着运营里程增加，整体跳动水平增大，多边形趋势在发展，同时发生报警的概率明显增加。

对报警和未报警车轮进行分组比较发现，车轮报警与车轮径跳、多边形表现形式无明显对应关系(图3-图5)。

表4 报警车轮径跳、多边形情况

续表4

图3 车轮径跳对比图

图4 报警车轮径跳情况

图5 第二次测量报警车轮多边形情况

4 结语

1)随着车轮运行里程的增加，车轮径跳值明显增大，多边形数量明显增多。

2)车轮多边形主要表现为低阶多边形，主要为7-10边形，部分车轮伴有高阶多边形。

3)车轮报警与车轮径跳、多边形表现形式无明显对应关系。

4)为减少车轮失圆对车辆使用的影响，建议地铁公司定期对车轮进行检查，及时安排镟修，以保证车辆运行状况。

参考文献

[1] 李奕璠．轮轨力连续测试方法及车轮失圆的检测与识别研究[D].西南交通大学，2013

[2] 陈 庆，肖 茜．机车车轮失圆的原因及动态监测方法的分析与研究[J]. 价值工程，2016，35(9):129-130

[3] 王 伟．轮轨接触模型和车轮磨耗分析[D]．西南交通大学硕士学位论文，2009

[4] 蒋 博．车轮偏心失圆与轨道局部不平顺对机车动力学性能的影响[D]．西南交通大学硕士学位论文．2017

[5] 马 林. 车轮踏面外形几何参数的检测技术[J].国外铁道车辆，1998，6