服役动车组车轮踏面旋修周期跟踪研究

吴晨恺, 刘保臣

(1 华东交通大学， 江西南昌 330013；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所， 北京 100081；3 北京纵横机电技术开发公司， 北京 100094 )



服役动车组车轮踏面旋修周期跟踪研究

吴晨恺1,2, 刘保臣3

(1 华东交通大学， 江西南昌 330013；2 中国铁道科学研究院 机车车辆研究所， 北京 100081；3 北京纵横机电技术开发公司， 北京 100094 )

对某条线路服役的两列CRH1型车进行了长期跟踪测试，获得了车轮外形及车辆振动性能的演变规律。研究发现，两列跟踪动车组在以30万km为旋修周期时，旋修前各项振动性能、磨耗情况均满足标准限值要求，且距标准限值均有较大冗余，因此建议LMD踏面采用30万km作为其旋修周期。

车轮外形； 实测跟踪； 旋修周期验证

为改善CRH1型动车组振动性能，BST公司研制了LMD车轮外形。由于各种踏面外形的磨耗状态各不相同，因此对于这一新型的踏面外形，需要重新对该车车轮的踏面旋修周期进行实际试验，以确定其可行的车轮旋修周期。

根据文献[1]研究，旋修周期与动车组运行的安全性、平稳性、经济性密切相关，若车轮旋修周期过长，会导致车轮与钢轨接触状态恶化，降低乘坐舒适度，甚至危及行车安全；若车轮旋修周期过短，车轮踏面旋修频繁，旋修工作量大，车轮使用寿命短，经济性差。因此，结合文献[1]提出的旋修周期验证策略，以车轮外形(车轮踏面磨耗量、车轮踏面等效锥度、轮轨接触几何关系)和车辆振动性能(构架横向稳定性、车体平稳性)为评价指标，对LMD踏面旋修周期进行跟踪和验证。

此外，对两列旋成LMD踏面的CRH1型车进行了长期的磨耗及振动跟踪试验，其中，动车组1旋修后运行了29万km，动车组2旋修后运行了31.3万km。选取这两列动车组为研究对象，以验证LMD踏面合理的旋修周期。

1 车轮外形

1.1 车轮踏面磨耗量

对动车组1共进行了7次车轮外形测量，对动车组2共进行了8次车轮外形测量，文中以头车的磨耗数据进行统计，说明车轮踏面的磨耗情况。

从表1～表2及图1～图2可以得出结论：两列动车组踏面磨耗量随运行里程的增加而增大，但磨耗速度未见明显增加趋势。

1.2 车轮踏面等效锥度

由文献[2](等效锥度的计算及验证)所述，车轮踏面等效锥度影响着车辆的动力学性能，是轮轨关系的一个重要几何参数。以两列车轮轴横移量3 mm处的等效锥度为对象，分析其头车等效锥度平均值随里程变化规律。

表1 动车组1中车轮踏面磨耗量 mm

图1 动车组1中车轮踏面磨耗量随里程变化

图2 动车组2中车轮踏面磨耗量随里程变化

表3 动车组1横移量3 mm处等效锥度 mm

图3 动车组1横移量3 mm处等效锥度平均值随运行里程变化

图4 动车组2横移量3 mm处等效锥度平均值随运行里程变化

从表3～表4及图3～图4可以得出结论：

(1) 两种型号动车组头车轮轴横移量3mm处的等效锥度，动车组1最大值为0.27，最大平均值为0.25；动车组2最大值为0.25，最大平均值为0.22。根据UIC 518[3]规定，当速度≤200 km/h时，LMD踏面的最大等效锥度0.27≤0.4(规定值)，其符合标准要求。

(2) 动车组1和动车组2两列动车组等效锥度总体趋势随运行里程的增加而缓慢增大，但总体还是平稳的。

1.3 轮轨接触几何关系

图5～图8为动车组1和动车组2两列动车组振动测点所在位置的轮轨接触几何关系，从上述图表可知：

(1) 两列动车组轮轨接触几何关系均无明显变化。

(2) 两列动车组采用LMD车轮外形时，轮轨接触主要发生在名义滚动圆两侧区域，使得轮对横移量3 mm处等效锥度无明显增加的趋势，对改善轮轨接触关系有利。

图7 动车组2第1次测试

图8 动车组2第8次测试

2 车辆振动性能

2.1 构架横向稳定性

根据《高速动车组整车试验规范》及《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》，在5～10 Hz滤波后，构架横向加速度峰值不得连续6次以上达到或超过8～10 m/s2，即符合规范要求。

如图9～图10所示，以头车为研究对象，得出以下结论：动车组1旋修后运行29.0万km时构架横向加速度最大值为6.8 m/s2，动车组2旋修后运行31.3万km时构架横向加速度最大值为4.9 m/s2，均满足规范要求。

图9 动车组1构架横向加速度

图10 动车组2构架横向加速度

2.2 车体平稳性

根据《高速动车组整车试验规范》及《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》，在0.5～40 Hz滤波后，平稳性W<2.5为优、在2.5～2.75之间为良、在2.75～2. 5之间合格。

由图11～图14可得出：

动车组1旋修后运行29.0万km时车体横向平稳性最大值为2.39，动车组2旋修后运行31.3万km时车体横向平稳性最大值为2.44。两列动车组车体横向平稳性均为优。

动车组1旋修后运行29.0万km时车体垂向平稳性最大值为2.25，动车组2旋修后运行31.3万km时车体垂向平稳性最大值为2.55。车体垂向平稳性除了动车组2出现一点为良外，其他各点均为优， 动车组1垂向平稳性均为优。

图11 动车组1车体横向平稳性

图12 动车组2车体横向平稳性

图13 动车组1车体垂向平稳性

图14 动车组2车体垂向平稳性

3 结 论

根据动车组1和动车组2两列动车组车轮外形(车轮踏面磨耗量、车轮踏面等效锥度、轮轨接触几何关系)和车辆振动性能(构架横向稳定性、车体平稳性)的跟踪测试结果，得出以下结论：

(1) 磨耗量：两列动车组踏面磨耗量随运行里程的增加而增大，但磨耗速度未见明显增加趋势。

(2) 轮轨几何关系：车轮采用LMD外形时，轮轨接触主要发生在滚动圆两侧区域，使得横移量3 mm处等效锥度无明显增加的趋势，对改善轮轨接触关系有利；等效锥度的总体趋势随运行里程的增加而缓慢增大，但总体还是平稳的，最大值0.27符合规范要求。

(3) 车辆振动性能：两列动车组在跟踪周期内车辆振动性能随列车运行里程的增加未出现明显的增大趋势，也未发生明显变恶劣的现象，车辆振动性能(构架横向稳定性、车体平稳性)均满足规范要求。

因此，两列跟踪动车组以30万km作为旋修周期时，旋修前各项振动性能、磨耗情况均满足标准限值要求，且距标准限值均有较大冗余。本文建议，对于新型的LMD车轮踏面外形，可以采用30万km作为其车轮旋修周期。

[1] 董孝卿，王悦明，王林栋,等.高速动车组车轮踏面旋修策略研究[J].中国铁道科学,2013,34(1):84-94.

[2] 吴 宁，董孝卿，林凤涛,等.等效锥度的计算及验证[J].铁道机车车辆，2013,33(1):49-52.

[3] UIC 518. Test and approval of railway vehicles from the point of their dynamic behavior-Safety-Track fatigue-Ride quality[S].International Union of Railways,2005.

[4] 刁晓明，朱韶光，董孝卿.武广客专动车组车轮磨耗及振动性能跟踪研究[J]. 铁道机车车辆，2013,33(2):1-6.

[5] 中华人民共和国铁道部. TB/T 449-2003机车车辆车轮轮缘踏面外形[S]. 北京:中华人民共和国铁道部，2003.

[6] 王福天. 车辆动力学[M]. 北京:中国铁道出版社，1981.Serving the CRH Wheel Tread Repair Cycle Tracking Research

WUChenkai1,2,LIUBaochen3

(1 East China Jiaotong University, Nanchang 330013 Jiangxi, China；2 Locomotive & Car Research Institute， China Academy Of Railway Sciences, Beijing 100081, China；3 Beijing Zhongheng Electro-Mechanical Technology Develoment Co, Beijing 100094, China)

In this paper, a long track test is carried out for the two CRH1 type vehicle which served in a certain line. And the evolution law of wheel profile and vehicle vibration performance was obtained. For data analysis, when the two columns of CRH tracking in 300 thousand km lathing cycle, lathing before the vibration performance, wear all meet the standard limits, and from the standard limit value has a large gap. It is recommended that the tread of LMD using 300 thousand kilometers as the lathing cycle.

wheel profile; actual measurement and tracking; lathing cycle verification

��)男，硕士研究生(

2016-04-18)

1008-7842 (2016) 05-0040-04

U269.6

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2016.05.08