地铁车辆车轮径跳拓展趋势分析

宋庆伟 陈 卓 魏 苇 王绪英

(中车长春轨道客车股份有限公司,130062,长春//第一作者，高级工程师)

车轮径跳是指车轮踏面滚动圆在同一横剖面内实际表面上各点绕车轴基准轴线回转一周或连续回转时最大变动量[1-2]。车轮径跳越大，引起的振动将会加快走行部零件的疲劳损坏，加剧车轮磨耗、钢轨波磨，增加噪声，导致乘车舒适度下降[3-4]。

为了分析正常运营条件下地铁车辆车轮径跳的拓展趋势和表现形式，特选取了新镟修的一列列车作为跟踪研究对象，该列车为6辆编组，编组型式为“Tc-M1-M2-M2-M1-Tc”，最高运营速度80 km/h，轴重14 t，采用踏面制动方式。车轮采用了符合TB/T 2817—1997标准要求的整体辗钢车轮，材质为CL60；踏面型式采用了符合TB/T 449—2003标准要求的LM型踏面。正线轨道类型为60 kg/m钢轨，采用了符合TB/T 2344—2012标准的U71Mn和U75V材质。

1 车轮径跳数值跟踪测试情况

测试列车从线路开通到2016年4月27日运行里程约为152 145 km，在2016年4月28日对所有车轮进行了镟修。截止到2017年6月20日，对测试列车车辆进行了7轮车轮径跳跟踪测试。表1为车轮径跳跟踪测试数据(2016年11月，由于轮2-4径跳拓展速率最大，为了进行车轮硬度检测，采用备品轮对对轮2-3和轮2-4进行了替换)。

由测试数据可知，被测试车辆新镟修时，车轮平均径跳为0.074 5 mm，其中轮1-7径跳最大，达到0.188 mm。经过152 291 km的运营，全车车轮径跳在0.5 mm以上的车轮有6个，占12.5%；径跳在0.3～0.5 mm的车轮6个，占12.5%；径跳在0.3 mm以下的车轮36个，占75%。车轮平均径跳达到0.251 mm，其中轮5-7径跳最大，达到0.86 mm。

2 车轮径跳跟踪测试分析

2.1 车轮径跳数值对比分析

首先，对车辆车轮径跳平均拓展趋势进行分析。所有车轮径跳平均值变化情况见表2。

由表2可知，整列车的车轮径跳平均增长速率为0.115 mm/10万km，整列车的最大径跳平均增长速率为0.179 mm/10万km。在2车第五轮径跳测试前，轮2-3与轮2-4更换为备品轮对，2车在第五轮测试中径跳出现下降趋势。

为了进一步研究各个车轮径跳增长趋势，对各个车轮的测试数据进行了对比，各个车轮径跳增长速率见表1。由表1可知：轮1-7、轮3-8、轮5-2、轮5-7车轮径跳数值较大，且径跳增长速率较快，其中，轮5-7的径跳增长速率最大，达到0.500 mm/10万km。

表1 测试列车1车到6车车轮径跳数据统计表

2.2 车轮踏面磨耗形貌对比分析

对测试数据采用极坐标进行分析，所有车轮踏面磨耗形貌表现形式均为偏心状态，其中，偏心最为严重的为轮5-2和轮5-7，其车轮踏面磨耗形貌表现形式如图1所示。

表2 测试列车1车到6车车轮径跳平均值统计表

a) 轮5-2踏面磨耗形貌

b) 轮5-7踏面磨耗形貌

通过对车轮径跳测试数据极坐标分析发现，绝大多数车轮踏面磨耗形式存在较为一致情况，其中轮4-6踏面磨耗形貌最为明显，其踏面磨耗形貌极坐标图如图2所示。

a) 镟修前踏面磨耗形貌

b) 第一轮测试时踏面磨耗形貌

c) 第二轮测试时踏面磨耗形貌

d) 第三轮测试时踏面磨耗形貌

e) 第四轮测试时踏面磨耗形貌

f) 第七轮测试时踏面磨耗形貌

通过上述极坐标图分析可知，镟修后可以有效消除车轮不圆状态，但车辆经过一段时间运行后，车轮踏面磨耗相位与镟修前踏面磨耗相位出现了相似情况，对这一情况进行分析后认为，车轮踏面在圆周方向上存在硬度不均匀现象，在运行过程中持续轮轨力作用下，车轮径跳增长速率变大。

为了进一步分析车轮踏面硬度与车轮踏面磨耗形貌的相关性，委托第三方对轮2-3及轮2-4进行了踏面硬度检测，图3为车轮踏面硬度检测结果与踏面磨耗形貌对比图。

a) 轮2-3踏面硬度检测结果

b) 轮2-3踏面磨耗形貌

c) 轮2-4踏面硬度检测结果

d) 轮2-4踏面磨耗形貌

基于图3对比可知，车轮踏面滚动圆圆周方向磨耗形貌与其硬度有极高相似性。

3 车辆平稳性测试

被测车辆在正线运营状况下，对其径跳较大车轮所在位端的平稳性进行测试。测试结果如图4所示。

a) 上行线平稳性指标

b) 下行线平稳性指标

根据GB 5599—1985标准评价，测试车辆在正线运过程中横向及垂向平稳性最大值分别为2.02和2.25，均小于2.5，属优秀。

4 结论

(1) 根据车轮径跳数值跟踪测试结果可知，整列车车轮的最大径跳拓展速率为0.179 mm/10万km，单个车轮最大径跳拓展速率为0.500 mm/10万km，车轮从镟修状态运行至径跳维修维护限度值1 mm，至少可运行18万km。因此，在轮对组装过程中应按照相关标准对径跳值进行控制，并尽量减小新造时径跳量，延长车轮镟修周期。

(2) 根据车轮径跳极坐标图对比分析，车轮踏面磨耗形貌均为偏心状态，而且，车轮踏面磨耗形貌与车轮踏面表面硬度大小分布有关。因此，在车轮生产过程中应严格把控热处理工艺，减小车轮轮辋圆周方向硬度变化量。

(3) 根据径跳拓展趋势以及平稳性测试结果，车轮径跳检修维护限度值可完全参照中国铁路总公司下发的2014版《铁路客车轮轴组装检修及管理规则》执行，即限度值按1 mm执行。