地铁车辆轮对失圆分析及对策

杨宇博,李榕倫

(洛阳市轨道交通集团有限责任公司,河南 洛阳 471023)

1 轮对的作用

轮对作为转向架的主要部件之一,作用是支撑车辆在轨道上运行,承受从车体、轨道两处反馈的作用力,是影响车辆运行安全性的重要部件之一。轮对作为列车与轨道之间的接触部件,主要功能是传递牵引力和制动力,承载列车重量,引导列车沿轨道安全运行。

2 轮对失圆原因

轮对失圆原因复杂,尚没有一致的看法。从固体力学的观点看,轮轨间的接触应力和表面应力会导致车轮出现塑性变形和疲劳损伤;从摩擦力学的观点看,车轮失圆与轮轨关系及车辆所处环境有关,不同的轮轨摩擦情况、载荷冲击都可能导致不一样的磨耗。洛阳地铁1号线开通运营大约一年后,车辆出现噪声及振动偏大、一系钢簧断裂、轮对擦伤等问题,于是开展轮对镟修工作并分析失圆原因。

2.1 轮对材质的影响

轮对在轨道上会产生滚动和滑动两种运动,车轮与轨道间会产生挤压和摩擦,若材质有问题会导致车轮踏面出现接触疲劳剥离、制动剥离等,踏面剥离会导致轮对多边形。

2.2 轮轨关系分析

洛阳地铁1号线列车为B2型车,采用闸瓦制动方式,车轮材质为ER9,踏面形式为LM 型。开通时轨道未打磨,且红山站为地上车站,轮轨关系为开放式,轨道表面容易积累灰尘、油污等杂质,可能导致车轮发生滑行或异常磨耗。车轮滑行时,轮对接触轨道的部分温度迅速升高,金属材料组织发生相变,形成硬而脆的马氏体层,马氏体层在轮对与轨道接触的冲击作用下产生裂纹,造成踏面剥离、扁疤等缺陷[1]。

地铁长期高速运营,轮对每天承受着来自轨道的激励作用,车轮踏面一定会发生改变,从而导致车轮在圆周方向出现形变。

2.3 运营数据分析

通过测量统计,镟修前列车运营大约6万公里轮对径跳值就出现超标现象,镟修后运营超过10万公里的列车仅有个别车轮径跳值超标,说明镟修对于抑制径跳值有较好作用。

3 轮对失圆影响

(1)轮对失圆使列车振动严重且轮对消耗过快。这种问题难以预料,洛阳地铁深受其害,运营以来多次出现乘客投诉舒适度、悬挂装置受损等问题。

(2)对于失圆轮对较多、较严重的车辆,行驶过程中轮轨之间的冲击力更大、车体振动表现更强烈,严重影响了行车稳定性、安全性及车辆各部件的使用寿命。

(3)轮对失圆主要对一系悬挂装置的影响比较大。一系悬挂包括垂向减震器和钢弹簧,目前主要方法还是依靠镟修消除径跳,恢复轮对形状。但是镟修需要考虑日常运营问题和经济性问题,不能一劳永逸,只能减小失圆所带来的影响[2]。一般在轮对失圆线路上车辆构架问题多发,钢簧断裂、渗油问题比较常见,且无法避免。在开通运营初期,检修人员应关注轮轨关系不好线路车辆的减震器和钢弹簧状态。正线驻站巡检人员应密切注意车下异响,感受车辆的振动、噪音等问题,做到故障预防。

(4)轮对是最不容易更换的部件,使用年限应与车辆大修保持一致,但是轮对失圆会导致车辆镟修频繁,加速轮对的消耗。当径跳值超出规定范围时,必须进行轮对镟修,改善轮对多边形情况。失圆轮对在目前镟修模式中切削量大,消耗较大,是一笔较大的支出。为了保证线路运营质量和轮对使用寿命,需要结合实际情况制定合理的镟修方法,积累镟修数据,分析总结轮对失圆发展规律,计划性镟修是值得考虑的选项。

综上所述,车轮失圆的主要原因有:车辆状况和运行环境,轮对材质或性能,部分轨道的固有频率与失圆轮对的频率产生共振,列车制动力不均或过大。失圆造成的主要问题有:降低乘客舒适度,转向架部件难以预料的不可逆损伤,镟修的成本压力。

4 轮对失圆解决办法

主要对策:一是研究分析线路情况,选择合适的轮对材质;二是在开通前对轨道进行打磨;三是研究分析镟修数据,选择适当的镟修方法,增加镟修经济性以节约成本。尽可能在轮对径跳影响列车运营之前镟修,将列车振动过大可能带来的故障问题消除在萌芽状态。

5 结语

轮对镟修对轨道交通运营的经济性有非常大的影响,同时对车辆安全性也有极大作用。根据列车运行状态研究计划性镟修策略,提高镟修经济性,防止列车振动较大给乘客带来不良体验,以及对车辆造成不可逆损害。