浅谈轨道交通车辆车轮不圆度对列车运行的影响

2021-11-02姜浩

科技信息·学术版 2021年20期

摘要：轨道交通车辆运行过程中车轮不圆度对车辆运行的影响主要包括以下两方面：1.引起车辆不必要的自激振动;2.降低车轮使用寿命增加维护成本。

关键词：轨道交通车辆;车轮不圆度

随着我国经济的飞速发展，目前轨道车辆的运行特点也表现为：高速、高密度、重载。伴随着上述发展方向的确定，车轮故障率也逐步提升，如何迅速准确的判断车轮故障成因并修复成为了保证轨道车辆得以实现高速重载运行的重要因素之一。

车轮轮对作为轨道交通车辆运行过程中的核心构件，在承载车辆载荷及自重的同时，也承担着车辆与轨道间驱动力与制动力传递纽带的角色。由此可知，轮对在负担着较大静载荷的同时，也会受到车辆运行过程中各种动应力及内应力的作用，包括制动过程中产生的热应力，生产过程中留存的预装应力，及车辆转弯时产生的径向导向力、构架力和离心力等。

1、车轮不圆度影响方式

故此，明确车轮不圆度对列车运行的影响因素及方式就变得重要且必要。经大量理论研究及实践验证结果表明，車轮不圆度对车辆运行的影响方式主要包含引发车辆振动及影响轮对使用寿命两部分，具体说明如下：

1.1车辆振动

在轨道车辆的实际生产和运行中，车轮无法加工成为完美的几何圆，加之现实中的铁路轨道不可能做到完全平直或绝对刚度，轨道表面存在着诸多的缺陷因素，故此，车辆实际跑行过程中，轮对与轨道间会存在各种实时变化的相对作用力，这些作用力有些是列车运行必不可少的，而有些是具有破坏性的。

而车辆不圆度就是影响车辆正常运行的负面因素之一，车辆不圆度超出界定合理范围会给车辆本身及轨道带来额外的振动和噪声，并且给轮对的承重轴承和轨道造成巨大的动载荷，这其中尤为突出的便是踏面擦伤引起的载荷陡增，甚至于随擦伤程度及车辆承重和运行速度的增加，车辆及轨道所受载荷达到静止状况下的几十倍。同时，由于车轮在轨道上做滚动运动，故这种动载荷会呈周期性的对车辆及轨道造成影响，加剧车辆轮轴损坏及轨道、轨枕断裂的风险。

1.2影响轮对使用寿命使车辆维护成本上升

轮对作为轨道车辆三大易耗件之一，其本身的维护保养以及更换的成本就占据了轨道车辆维护成本的很大一部分。当车轮的不圆度超界定范围后，不但会使车辆运行的舒适程度和安全性能下降，同时还会对轨道的使用寿命造成负面影响。故此，必须对车轮的各项参数进行实时检测，并及时合理的对有需要的车轮进行镟修或更换，以保证车辆的安全运行。

但需要注意的是，虽然镟修可以使车轮的几何参数回归到正常指标范围内，但同时，镟修也是降低车轮使用寿命的主要原因之一，频繁的镟修会使车轮的使用寿命缩短，提前进入报废阶段，这将使得轨道车辆的运营维护成本增加。因此，选用合理有效的车辆不圆度检测手段，及时准确的获得轮对参数，制定合理、安全、低成本的运行计划和检修修程就成为了轨道车辆运行过程中的一项重要任务。

2、车轮不圆度成因分析

车轮不圆度在几何层面表现为车轮踏面径向值最大值与最小值之差，通常也可称为椭圆度或失圆度。由轨道动力学相关理论可知，轮对与轨道间的作用力与冲量随不圆度的增大而上升，且运行速度越快所受载荷越大，由此可知，车辆不圆度如若超出合理范围，将对轨道车辆的正常运行带来严重影响，甚至威胁到运行安全，高速运行的轨道车辆所受威胁尤为突出。

车轮不圆度受其成因不同可主要划分为三大类：车轮偏心、车轮磨损、车轮擦伤，下面将对这三种车轮不圆度产生方式及影响原理进行说明。

2.1车轮偏心

车轮在生产及镟修过程中，受加工设备精度及操作者技术的限制，部分车轮在出厂时可能就存在一定的偏心。车轮中心与车轴中心间的偏心距离可直接影响车辆的振动幅度，其受车轮中心与车轴中心间的偏心距离影响呈周期性变化，偏心距离越大，车辆运行过程中的振动幅度也就越大。

2.2车轮磨损

受车辆运行线路条件所限，车轮在轨道上运行时，由于轮轨间所受摩擦不均匀等因素的影响，车轮周向易发生不同程度的磨损导致车轮不圆度上升。同时，当车辆通过曲率半径较小的弯道且润滑不充分时，也容易使车轮产生不圆。

2.3车轮擦伤

车轮踏面存在擦伤时，车轮滚过擦伤处，车轮与轨道间发生冲击，轨道受到冲量向下，冲量大小受擦伤处长度及深度两个因素共同影响，车轮踏面处擦伤越长、越深，则车轮及轨道所受到的冲量就越大。同时，由车轮做滚动运动可知，该冲量呈周期性出现。

车轮踏面擦伤的两种典型方式包括：踏面擦伤、踏面剥离。

以上所分析的即为车轮不圆度产生的三大类主要成因，同时根据理论分析可以看出，车轮不圆度的大小将会直接影响到轮轨接触运行特性及相互间载荷作用，进而影响车辆运行。由此，为保证车辆的稳定运行，及时准确掌握车辆不圆度的相关信息是必要的。

参考文献：

[1]郑晓阳.高速动车组车轮不圆度试验及仿真研究[D].北京建筑大学，2013.

[2]陆缙华.广州地铁一号线车辆的磨耗情况分析[J].电力机车与城轨车辆，2001， 24（3）：16-17.