基于机械接触测量方法的广州地铁车辆车轮不圆度测试结果分析

袁浩智

（广州市地下铁道总公司运营事业总部，广东 广州 510000）

0 引言

广州地铁三号线及其北延段（以下简称“三北线”）运行车辆均由南车株洲电力机车有限公司生产，该车型设计运营最高时速为120 km／h，车辆车轮采用EN13715磨耗型踏面，即把车轮踏面在一开始就做成类似磨耗后的稳定形状，可明显减小车轮与钢轨的磨耗，减少车轮磨耗后的镟修量，从而延长车轮的使用寿命，但2条线路运行车辆车轮不圆度呈不同发展趋势。车轮多边形磨损（或称“车轮不圆度”）是铁路和城市轨道交通车辆车轮的主要损伤之一，其不仅会引起车辆和轨道剧烈振动和噪声污染，影响乘坐舒适性，而且其导致的循环冲击载荷将会缩短车辆和轨道零部件的寿命，从而增加运营成本。本文采用BBM轮轨表面粗糙度测试仪对三号线和三北线运行车辆展开了车轮不圆度测试，摸清了车轮不圆度特征，并给出了车轮不圆度测试结果。

1 机械接触测量方法

车轮不圆度测试采用机械接触测量方法完成，测试设备采用BBM轮轨表面粗糙度测试仪。为保证测试过程中车轮可以绕轴心自由旋转，测试时用工装将同轴两侧轴箱抬起，BBM不圆度测试仪固定于钢轨上方，位移传感器1与车轮踏面垂直，测点位置为名义滚动圆处（如图1所示，距轮缘内侧70 mm），用于记录车轮非圆化信息。旋转传感器2用于测量车轮的周长信息，以便准确记录传感器1所测非圆化的相位信息。

图1 车轮不圆度现场测试照片及测点位置

2 三号线运行车辆车轮不圆度测试结果

根据三号线车辆车轮不圆度发展周期，本次测试选取了3列镟修后运行不同里程数的车辆，分别为：（1）055／056车，其中03A055车运行约15.79万km，03B055车和03C055车运行约6.59万km。（2）071／072车，其中03B072车和03C072车镟轮后运行约9.2万km。（3）045／046车，其中03A045车运行约10.23万km，03B045车、03C045车和03A046车运行约16.41万km，03B046车运行约5.65万km，03C046车运行约45.6万km。

测试结果表明：三号线测试车辆车轮周向非均匀磨耗以偏心磨耗为主，椭圆、3～4阶以及7～8阶的多边形也有体现，但不明显；车轮不圆度幅值随着里程数增大而相应增加；测试车辆均存在个别车轮（如03A055车1轴左轮）径跳超过0.5 mm，UIC813—2003规定车速≤120 km／h时车轮径跳值不宜超过0.5 mm，需及时镟轮；运行里程数最大的045／046车径跳最大，出现个别车轮径跳超过1 mm；对于运行里程数相同的同一列车，头车A车径跳大于B车和C车，C车径跳大于B车。03A055车4轴右侧车轮不圆度幅值如图2所示。

图2 03A055车4轴右侧车轮不圆度幅值

3 三北线运行车辆车轮不圆度测试结果

根据三北线车辆车轮不圆度发展周期以及不同车轮材质，本次测试选取了5列镟修后运行不同里程数以及车轮材质不同的车辆，分别为：（1）095／096车，该车运行约2万km，车轮材质为ER8。（2）093／094车，该车运行约4.8万km，车轮材质为ER8。（3）101／102车，该车整车镟轮后运行约6.6万km，车轮材质为ER8。（4）115／116车，该车运行约7万km，车轮材质为ER9。（5）137／138车，该车运行约6.5万km，车轮材质为ER9。

测试结果表明：三北线测试车辆车轮周向非均匀磨耗以偏心磨耗为主，3～5阶以及更高阶次的多边形也有体现，但不明显；随着里程数增大，车轮径跳也相应增加；测试车辆均存在个别车轮径跳超过0.5 mm，UIC813—2003规定车速≤120 km／h时车轮径跳值不宜超过0.5 mm，需及时镟轮；115／116车虽然车轮材质为ER9，基体硬度高，但其运行里程数最大，为7万km，车轮径跳最大，出现个别车轮径跳超过1 mm；对于运行里程数相同的同一列车，头车A车径跳大于B车和C车，这是因为A车为动车且为头车，靠轮轨粘着进行牵引和制动且为导向，C车径跳大于B车，这是由于C车为动车而B车为拖车；镟轮过的03A137车和03B137车，车轮偏心依旧存在，幅值减小到0.1 mm以下，这与镟床镟轮精度和支撑轮的不圆度有关。在运行里程相当的情况下，材质为ER9的车轮径跳比材质为ER8的车轮径跳小。

4 三号线和三北线车辆车轮不圆度测试结果对比

在相同运行里程下，三号线和三北线车轮周向非均匀磨耗均以偏心磨耗为主，3边形、4边形和高阶多边形也有体现，但不明显。当运行里程相当时，03B102车径跳大于03B055车，03C102车径跳大于03C055车，即三北线车轮径跳比三号线大一倍左右，这与三号线和三北线轨道形式有关，虽然车辆结构相同，但钢轨表面不平顺（波磨）不同，也会导致轮轨接触振动存在差异，因而车轮周向非均匀磨耗不同。

5 结语

铁道车辆运行一段时间以后，车轮踏面会产生不均匀的磨耗，当磨耗达到一定值时，车轮不圆度将会使车辆产生附加振动、冲击、噪声，影响车辆的平稳性，对列车运行安全造成严重威胁。相同车轮不圆度下轮轨相互作用力的大小与列车速度的平方成正比关系，所以若存在列车车轮不圆度则会对轮轨造成巨大的危害。因此，需要掌握线路运行车辆车轮不圆度发展趋势及周期，并结合检修周期对车轮不圆度进行准确的检测，及时以镟修车轮的方式将车轮不圆度控制在一定的范围内。

［1］王捷，钟晓波，沈钢.车轮不圆度测量方法研究［J］.铁道车辆，2012（12）

［2］谢利明，高晓蓉，罗林，等.车轮踏面不圆度在线监测技术的现状与分析［J］.铁道技术监督，2012（6）

［3］邓军.广州地铁车辆轮对损伤形式及其原因浅析［J］.机车电传动，2008（1）

［4］严隽耄，傅茂海.车辆工程［M］.第3版.北京：中国铁道出版社，2008