重庆跨坐式独轨列车走行轮状态分析系统研究

晏绍杰 张经华

(重庆市轨道交通(集团)有限公司,400042,重庆∥第一作者,高级工程师)

重庆跨坐式独轨列车走行轮状态分析系统研究

晏绍杰 张经华

(重庆市轨道交通(集团)有限公司,400042,重庆∥第一作者,高级工程师)

以重庆跨坐式独轨列车6年多的运行情况为依据,对走行轮轮胎的磨耗进行了分析。通过大量数据处理,建立了走行轮状态分析系统。结果表明,该系统能够有效地预测走行轮磨耗到限时间和检测磨耗异常,可达到提高维修效率、降低维修成本的目的。

跨坐式独轨;走行轮;轮胎磨耗;状态分析

First-author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400042,Chongqing,China

跨坐式独轨列车走行轮承载着列车的主要走行功能,其轮胎为橡胶充气轮胎。在车辆运行过程中,轮胎磨耗失效的问题比较突出。其轮胎价格昂贵,目前重庆轻轨2号线轮胎更换费用已占到了总维修成本的20%～30%。如何有效使用和更换轮胎,是运营中亟待解决的一个重要问题。

1 跨坐式独轨车辆系统简介

不同于传统的钢轮-钢轨系统,跨坐式独轨车辆的转向架为二轴无摇枕转向架,骑跨在轨道梁上(见图1);它采用走行轮传动,通过设在转向架两侧的水平轮胎导向和稳定车体,走行轮对同时兼有传动和导向的功能,所采用的橡胶轮胎与轨道梁接触的变形和受力机理都不同于钢制轮轨;其在发挥缓冲效果的同时,由于较高的粘着力,使车辆具有较高的加、减速性能,但同时也不可避免地增大了运行阻力。

图1 独轨列车转向架示意图

2 走行轮的磨耗

独轨车辆走行轮轮胎除正常磨耗外,还有两种异常损耗:一种是偏磨,一种是剥离。正常磨耗就是轮胎经过一段时间的工作,由于轮胎与轨道梁的摩擦,沿轮胎外周花纹均匀磨损。偏磨是轮胎经过一段时间工作后,在轮胎轮肩处出现的不规则磨损。剥离是轮胎经过一段时间工作后,在轮面中部出现的表层与邻近层分离,并形成裂口。偏离和剥离现象直接影响到列车的正常运营。

根据几年的运营经验,走行轮轮胎正常磨耗到限通常在运行12万km后,而轮胎异常损耗一般出现在运行6万km左右时。出现异常损耗后的轮胎持续走行公里数仅为2万～3万km。轮胎异常损耗危害甚大。就重庆轻轨2号线来说,轮胎设计寿命可达到20万km,但轮胎实际寿命仅为运行12万km,与期望值有一定的差距。

3 走行轮的更换

轮胎磨耗程度是根据轮胎花纹沟槽深度来判断的。新品轮胎沟槽深度均为8.6 mm。按照检修工艺要求,存在以下几种需要换轮的情况:①正常磨耗任一沟槽深度小于1.0 mm;②严重偏磨;③剥离深度达到10 mm或长度达到50 mm;④爆胎、严重漏气等异常状况。

换轮要求考虑同轴上的轮胎磨耗状态相当,且同一转向架上两轴的轮胎磨耗状态接近。目前动力转向架上的走行轮更换周期大约为1年,非动力转向架上的走行轮更换周期能达到1.5年。

目前检修中存在的一些问题:①独轨列车换轮需要使用特定换轮设备,但该设备在2号线仅有1套,若同时出现2辆以上车辆需要换轮,则需要扣修等待,从而造成正线运营车辆不足,影响运营。②更换到限轮胎时,为了防止同轴上轮胎的高差过大形成跳动,会一并更换非换轮目标的轮胎,而该非目标轮胎磨耗状态也许十分良好。③换轮工作比较繁琐和耗时,拆卸1个转向架需要2 d时间(无论换1条或是4条轮胎),更换轮胎时往往考虑更换掉即将到限的轮胎(其余量往往还剩3～4 mm,甚至更多),这就形成了不必要但不可避免的浪费。

4 走行轮状态分析系统

4.1 建立系统的目的

(1)掌握走行轮的磨耗情况,通过走行轮判断车辆运行状态;

(2)以大量的数据分析,推算出一个走行轮磨耗公式;

(3)通过走行轮磨耗公式,判断轮胎磨耗到限时间,以便准确调整换轮计划;

(4)对异常磨耗或其他异常状态给予关注和预警提醒;

(5)逐步改善走行轮磨耗状态,达到资源合理利用、节约运营成本的目的。

4.2 系统建立依据

通过大量数据分析,排除异常磨耗和异常状态,走行轮在正常磨耗下的磨耗与时间和轮胎所处部位相关,车辆各个部位的轮胎磨耗符合正态规律分布,随机性较小,且偏磨也基本符合正态分布。由此,依据有规律的数据,建立一种简单、有效预测走行轮磨耗到限时间和检测异常的系统是可行的。

4.3 系统的基本功能

根据系统建立原则,走行轮状态分析系统的主要功能为:正常数据(沟槽深度)的记录与读取,偏磨状态的记录,磨耗到限的预警,磨耗到限的时间预测等。

4.3.1 正常数据(沟槽深度)的记录与读取

走行轮定期检查时,工作人员通过表1进行录入,达到数据记录和统计的目的。表1中,车辆号表示第几节车(重庆独轨目前为4节编组),轴号表示该轮胎所在转向架的第几轴(该转向架为2轴转向架),轮胎位置表示该轮胎处于轴上的位置(每轴设计为2个轮胎)。

表1 走行轮沟槽记录填写表

相关人员需要查询时,可以查看表2,查询到任意车次、检查时间、磨耗状态、走行公里数等信息。

4.3.2 偏磨状态的记录

偏磨状态的记录见表1、表2。在表1的偏磨状态一栏,工作人员可根据检查状况选择“无”、“微偏”、“中偏”、“重偏”共4种状态。微偏,指轮胎刚开始有偏磨状态发生;中偏,表示偏磨持续发展到一定程度;重偏,偏磨磨耗到胎侧“米其林小人”标志处(见图2)。当磨耗达到中偏时,需要在检修中密切关注此轮胎;若为重偏时,则需要换轮。

4.3.3 磨耗到限的预警

由表2、图3可进行磨耗到限的预警。如表2中系统控制沟槽小于2.5 mm或达到中偏时进行预警提示,数据变为红色;同时在图3“关注车辆”一栏显示需要注意的车辆,通过查询可确定位置及情况。在计算时,左中右三条沟槽深度取情况最恶劣的进行分析。

表2 走行轮沟槽深度检查记录表

图2 偏磨标记(圈内为标记)

4.3.4 磨耗到限的时间计算

图3 关注车辆状态

图4 轮胎状态目录

图5 轮胎磨耗曲线图

通过数据的积累与正态分析,可以根据磨耗状态预测某位置轮胎磨耗到限的时间与公里数,从而使换轮计划更加准确化、有效化。如图4、图5所示,在图4中选择需要查看的轮胎磨耗状态,其对应轮胎的历史磨耗曲线将会反映在图5中。因为测量的误差和轮周磨耗的不规则,曲线会产生小幅波动,属于正常现象。

4.3.5 提供针对检修的依据

若某个位置的轮胎常常出现磨耗异常或者磨耗速度较快,可以根据此信息对该位置的安装工艺、设备零件、运行情况等做针对性的检查,以解决该不良状态,保障轮胎的正常磨耗。

4.3.6 密码功能

该系统作为走行轮磨耗状况的统计系统,可以阶段性地反应车辆的磨合状态、走行轮使用情况、历史数据的保存等,所以系统设置了用户登陆系统,并分配了管理、记录和查看权限,做到了保密性、安全性和通用性并存。

4.4 系统的进阶功能

4.4.1 走行公里数计算

可根据磨耗的正态分布特性,建立以下公式,来计算轮胎的剩余可走行公里数。

式中:

D——该轮胎剩余可走行公里数,km;

Δ h——检查测量同一沟槽深度的平均值,mm;

d——修正公里数,取值500 km;

J——轮胎磨损系数(动力转向架轮胎正常磨耗时取1.46万km/mm,有偏磨状况时取0.85万km/mm,非动力转向架轮胎正常磨耗时取1.71万km/mm,有偏磨状况时取0.85万km/mm)。

式(1)中,磨损系数J的取值通过已有大量数据平均而得,其计算表达式为:

表3中计算出的D为理论剩余走行公里数,通过大量的数据验证基本符合目前磨耗情况。

表3 剩余公里数、到限时间查询表

4.4.2 换轮日期推算

列车正常运行情况下,每日走行公里数约为360 km,通过D与其的比值,可以推算出换轮前该轮胎理论剩余走行天数。考虑到检修中存在列检(每3d一检)和月检(每3月一检),轮胎剩余可走行天数计算式为:

式中:

T——轮胎剩余可走行天数;

D——该轮胎剩余可走行公里数,km

L——列检周期,目前取值3 d;

TL——列检占用天数,目前取值1/4 d;

Y——月检周期,目前取值90 d;

TY——月检占用天数,目前取值3 d。

根据上述计算的轮胎剩余可走行天数见表3。同一列车上轮胎的磨耗状态有所差异,可能造成剩余公里数在不同轮胎上的表现相差甚多。换轮计划的安排者可不用考虑他们之间的差异。因为每次检查后数据会随沟槽深度的变化而变化,仅当剩余可走行天数小于7 d时再作为检修计划考虑(大于7 d可作为整体检修的全面考虑参考)。

4.5 系统的不足

目前对走行轮沟槽的测量和偏磨的判断均采用人工测量,针对同一轮胎的沟槽在一周(360°)上均有一定差异,同一轮胎不同人测量也存在一定误差。本系统目前缺少对错误或有偏差的数据的分析隔离功能,不能自动判断数据的真伪,有待改进。

[1]仲建华.重庆跨座式单轨交通[J].都市快轨交通,2004,17(5):17.

[2]刘绍勇.重庆跨座式单轨车辆转向架[J].现代城市轨道交通,2006(1):5.

[3]王伟杰.跨座式单轨列车轮胎寿命的影响因素分析[J].都市快轨交通,2009,22(4):89.

State-analysis System of Straddle-type Monorail Running Wheel in Chongqing

Yan Shaojie,Zhang Jinghua

According to six years‘operational'experience of straddle-type monorail train in Chongqing,the abrasion of running wheel is introduced and an analysis system based on a number of data is set up.The result shows that the system can effectively forecast the abrasion deadline of running wheel and check the a bnormity of abrasion in order to achieve higher opertion efficiency and reduce the maintenance costs.

straddle-type monorail;running wheel;wheel abrasion;state-analysis

U 232

2010-10-11)