轨道交通车辆轮对磨耗特征分析与镟修策略优化

2021-10-11曾隆隆

装备机械 2021年3期

□ 曾隆隆

广州地铁集团有限公司广州 510310

1 分析背景

城市轨道交通是城市公共交通的骨干,具有安全、舒适、节能、环保、大运量等特点,属于绿色环保交通体系[1]。广州轨道交通14号线是典型的城郊线路,在常规运营模式的基础上开行快车模式,线路全长76.3 km,其中地下线44.3 km,高架线32 km,具有站间距长、运行速度高、高架线路多等特点。广州轨道交通14号线采用6节编组B型列车,编组形式为—A+B+C=C+B+A—,A车为拖车,B车和C车为动车,—表示全自动车钩,+表示半永久牵引杆,=表示半自动车钩[2]。

广州轨道交通14号线运营以来,列车陆续出现轮对径向圆跳动超标、轮缘厚度超标等问题。列车因轮对参数超标而扣停镟修,容易造成正线供车紧张,影响运营生产[3]。此外,列车轮对频繁镟修,将增大轮对镟修量,缩短轮对使用寿命[4-5]。优化列车轮对镟修策略,既有利于提高列车良好率,延长轮对使用寿命,又有利于保障列车运营正常安全,节省运营成本[6-7]。

2 列车轮对管理标准

广州轨道交通14号线列车最高运行速度为120 km/h,采用直辐板整体辗钢车轮和轮盘制动方式,踏面采用LM型踏面廓形,轮对材质为ER9,符合EN 13262:2004标准[8]。LM型踏面廓形靠近机车中心内侧由半径依次为100 mm、500 mm、220 mm的三段圆弧相切组成,车轮轮缘高度为27 mm,由半径依次为24 mm、12 mm、18 mm、14 mm的四段圆弧组成。LM型踏面廓形如图1所示。

图1 LM型踏面廓形

列车轮对镟修指列车轮对外形尺寸不符合运用标准时所实施的列车轮对加工修复过程[9]。判断列车轮对是否需要镟修,根据列车轮对参数是否超过运用标准而定。广州轨道交通14号线列车轮对参数运用标准见表1。当列车轮对的任意一个参数超出运用标准范围时,列车轮对必须进行镟修。

表1 列车轮对参数运用标准 mm

3 列车轮对磨耗特征分析

3.1 轮径磨耗

列车左右侧轮对轮径磨耗率如图2所示。由图2可知,列车左侧轮对轮径磨耗率为0.199 mm/104km,列车右侧轮对轮径磨耗率为0.200 mm/104km。数据表明,列车右侧轮对轮径磨耗率略高于左侧轮对轮径磨耗率,列车左右侧轮对轮径磨耗率不存在明显的偏磨现象。

图2 列车左右侧轮对轮径磨耗率

列车拖车与动车轮对轮径磨耗率如图3所示。由图3可知,列车拖车轮对轮径磨耗率为0.198 mm/104km,列车动车轮对轮径磨耗率为0.200 mm/104km。数据表明,列车动车轮对轮径磨耗率略高于拖车轮对轮径磨耗率。由于动车轮对为驱动轮对,因此动车轮对轮径磨耗率略高于拖车轮对轮径磨耗率属于正常现象。

图3 列车拖车与动车轮对轮径磨耗率

轮缘润滑装置对列车轮对轮径磨耗率的影响如图4所示。由图4可知,有轮缘润滑列车轮对轮径磨耗率为0.216 mm/104km,无轮缘润滑列车轮对轮径磨耗率为0.218 mm/104km,轮缘润滑装置可以降低列车轮对轮径磨耗率。数据表明,轮缘润滑装置有利于降低列车轮对轮径磨耗率,可较好地保护列车轮对轮径,从而延长列车轮对的使用寿命。

图4 轮缘润滑装置对列车轮对轮径磨耗率影响

列车轮对轮径磨耗率与运行里程变化趋势如图5所示。由图5可知,列车轮对轮径磨耗率随着运行里程的增加总体呈下降趋势,列车运营里程达到300 000 km后,列车轮对轮径磨耗率逐步趋于稳定。由于上线运营前期列车轮对与钢轨尚处于磨合期,轮轨磨合暂不稳定,因此轮轨磨耗相对较为严重,列车轮对轮径磨耗率相对较高。运行一段时间后,列车轮对与钢轨磨合逐渐稳定成型,轮轨接触逐渐吻合,列车轮对轮径磨耗率逐渐降低并趋于稳定。

图5 列车轮对轮径磨耗率与运行里程变化趋势

3.2 轮缘厚度磨耗

列车左右侧轮对轮缘厚度磨耗率如图6所示。由图6可知,列车左侧轮对轮缘厚度磨耗率为0.014 5 mm/104km,列车右侧轮对轮缘厚度磨耗率为0.014 mm/104km。数据表明,列车左右侧轮对轮缘厚度表现为轻微正磨耗,列车左侧轮对轮缘厚度磨耗率与列车右侧轮对轮缘厚度磨耗率基本一致,列车左右侧轮对轮缘厚度磨耗率不存在明显的偏磨现象。

图6 列车左右侧轮对轮缘厚度磨耗率

列车拖车与动车轮对轮缘厚度磨耗率如图7所示。由图7可知,列车拖车轮对轮缘厚度磨耗率为0.014 5 mm/104km,列车动车轮对轮缘厚度磨耗率为0.014 mm/104km。数据表明,列车拖车与动车轮对轮缘厚度表现为轻微正磨耗,列车拖车轮对轮缘厚度磨耗率与列车动车轮对轮缘厚度磨耗率基本一致。

图7 列车拖车与动车轮对轮缘厚度磨耗率

轮缘润滑装置对列车轮对轮缘厚度磨耗率的影响如图8所示。由图8可知,有轮缘润滑列车轮对轮缘厚度磨耗率为-0.014 mm/104km,无轮缘润滑列车轮对轮缘厚度磨耗率为0.016 mm/104km。数据表明,轮缘润滑装置有利于降低轮对轮缘厚度磨耗率,可较好地保护列车轮对轮缘厚度,从而延长列车轮对的使用寿命。

图8 轮缘润滑装置对列车轮对轮缘厚度磨耗率影响

3.3 径向圆跳动

列车轮对径向圆跳动分布如图9所示。由图9可知,列车轮对径向圆跳动主要分布在0.1～0.3 mm范围内,径向圆跳动超出0.5 mm的百分比为7.4%,超出0.7 mm的百分比仅为1.2%。列车轮对径向圆跳动平均值为0.25 mm,表明列车轮对径向圆跳动控制在较低水平。

图9 列车轮对径向圆跳动分布

列车轮对径向圆跳动发展率与运行里程变化趋势如图10所示。由图10可知,列车轮对径向圆跳动发展率随着运行里程的增加呈现下降趋势,运行400 000 km后,列车轮对径向圆跳动发展率逐步趋于稳定。数据表明,列车轮对径向圆跳动发展率与列车轮对轮径磨耗率相关性较好,两者均随着运行里程的增加呈现下降趋势,并逐步趋于稳定。

图10 列车轮对径向圆跳动发展率与运行里程变化趋势

4 列车轮对镟修情况

列车轮对镟修原因分布如图11所示。由图11可知,列车轮对径向圆跳动超标是列车轮对镟修的主要原因,占比高达64.2%,轮缘厚度超标引起的列车轮对镟修百分比为18.3%,同转向架轮径超差引起的列车轮对镟修百分比为7.3%,同轴轮径超差引起的列车轮对镟修百分比仅为0.9%。

图11 列车轮对镟修原因分布

5 镟修策略优化

列车轮对镟修的主要原因有径向圆跳动超标、轮缘厚度超标、同转向架轮径超差等[10]。从列车轮对镟修精度控制、同转向架列车轮对镟修标准优化、轮缘厚度加工目标值等方面分析,使镟修后的列车轮对参数在最优范围内,最大限度保护列车轮对的轮径,延长列车轮对的镟修周期。

5.1 镟修精度控制

如果同轴轮径超差,同转向架轮径超差,同节车轮径超差,会使列车在直线运行时的蛇形运动加剧,造成列车蛇形失稳现象。如果同轴轮径超差、同转向架轮径超差、同节车轮径超差严重,会使列车在曲线运行时车轮减载,引起悬浮脱轨。

为确保列车轮对镟修后同轴轮径差、同转向架轮径差、同节车轮径差在最优范围内,且同轴轮径差、同转向架轮径差、同节车轮径差在一个轮对参数测量周期内不超标,需制定严格的轮对镟修精度控制标准。列车轮对镟修后,列车左右侧轮对轮径差不大于0.5 mm,同一转向架最大轮径与最小轮径差不大于2 mm,同一节车任意两个轮径差不大于4 mm。列车轮对链修精度控制见表2。

表2 列车轮对镟修精度控制 mm

5.2 同转向架列车轮对镟修标准优化

双轴式数控不落轮镟床可同时对同一转向架的两条列车轮对踏面轮廓进行在线测量和镟修。根据双轴式数控不落轮镟床的特点,在尽可能保护轮径值的前提下,制定更为严格的同转向架列车轮对镟修标准。同一转向架某条列车轮对径向圆跳动不小于0.3 mm,另一条列车轮对径向圆跳动在0.2～0.3 mm之间,需要对整个转向架进行镟修。对同一转向架的两条列车轮对同步镟修,既有利于同一转向架两条列车轮对径向圆跳动维持在相同等级水平,又有利于避免由于单条列车轮对镟修引起的同转向架轮径超差。

5.3 轮缘厚度加工目标值

列车轮对轮缘厚度过小,会导致轮轨间距增大,使列车蛇形运动加剧,轮缘横向力增大。列车轮对轮缘厚度过大,会导致轮轨间距减小,增大行车阻力,列车在弯道容易出现爬轨[11]。根据列车轮对镟修经验,轮缘厚度的修正值和列车轮对轮径的切削量成正比关系,轮缘厚度切削量越大,列车轮对直径的减小量就越大[12]。

若列车轮对轮缘厚度为负磨耗,列车轮对轮缘厚度随着运行里程的增加而增大,应适当将轮缘厚度加工目标值调小,使列车轮对镟修后轮缘厚度在最优范围内,避免因列车轮对轮缘厚度超标引起扣车镟修。若列车轮对轮缘厚度为正磨耗,列车轮对轮缘厚度随着运行里程的增加而减小,应最大限度保护列车轮对轮径值,根据列车轮对轮缘厚度设定轮缘厚度加工目标值。不同列车轮对轮缘厚度加工目标值见表3。