晏紹杰 張經華

(重慶市軌道交通(集團)有限公司,400042,重慶∥第一作者,高級工程師)

重慶跨坐式獨軌列車走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)研究

晏紹杰 張經華

(重慶市軌道交通(集團)有限公司,400042,重慶∥第一作者,高級工程師)

以重慶跨坐式獨軌列車6年多的運行情況為依據(jù),對走行輪輪胎的磨耗進行了分析。通過大量數(shù)據(jù)處理,建立了走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)。結果表明,該系統(tǒng)能夠有效地預測走行輪磨耗到限時間和檢測磨耗異常,可達到提高維修效率、降低維修成本的目的。

跨坐式獨軌;走行輪;輪胎磨耗;狀態(tài)分析

First-author's addressChongqing Rail Transit(Group)Co.,Ltd.,400042,Chongqing,China

跨坐式獨軌列車走行輪承載著列車的主要走行功能,其輪胎為橡膠充氣輪胎。在車輛運行過程中,輪胎磨耗失效的問題比較突出。其輪胎價格昂貴,目前重慶輕軌2號線輪胎更換費用已占到了總維修成本的20%～30%。如何有效使用和更換輪胎,是運營中亟待解決的一個重要問題。

1 跨坐式獨軌車輛系統(tǒng)簡介

不同于傳統(tǒng)的鋼輪-鋼軌系統(tǒng),跨坐式獨軌車輛的轉向架為二軸無搖枕轉向架,騎跨在軌道梁上(見圖1);它采用走行輪傳動,通過設在轉向架兩側的水平輪胎導向和穩(wěn)定車體,走行輪對同時兼有傳動和導向的功能,所采用的橡膠輪胎與軌道梁接觸的變形和受力機理都不同于鋼制輪軌;其在發(fā)揮緩沖效果的同時,由于較高的粘著力,使車輛具有較高的加、減速性能,但同時也不可避免地增大了運行阻力。

圖1 獨軌列車轉向架示意圖

2 走行輪的磨耗

獨軌車輛走行輪輪胎除正常磨耗外,還有兩種異常損耗:一種是偏磨,一種是剝離。正常磨耗就是輪胎經過一段時間的工作,由于輪胎與軌道梁的摩擦,沿輪胎外周花紋均勻磨損。偏磨是輪胎經過一段時間工作后,在輪胎輪肩處出現(xiàn)的不規(guī)則磨損。剝離是輪胎經過一段時間工作后,在輪面中部出現(xiàn)的表層與鄰近層分離,并形成裂口。偏離和剝離現(xiàn)象直接影響到列車的正常運營。

根據(jù)幾年的運營經驗,走行輪輪胎正常磨耗到限通常在運行12萬km后,而輪胎異常損耗一般出現(xiàn)在運行6萬km左右時。出現(xiàn)異常損耗后的輪胎持續(xù)走行公里數(shù)僅為2萬～3萬km。輪胎異常損耗危害甚大。就重慶輕軌2號線來說,輪胎設計壽命可達到20萬km,但輪胎實際壽命僅為運行12萬km,與期望值有一定的差距。

3 走行輪的更換

輪胎磨耗程度是根據(jù)輪胎花紋溝槽深度來判斷的。新品輪胎溝槽深度均為8.6 mm。按照檢修工藝要求,存在以下幾種需要換輪的情況:①正常磨耗任一溝槽深度小于1.0 mm;②嚴重偏磨;③剝離深度達到10 mm或長度達到50 mm;④爆胎、嚴重漏氣等異常狀況。

換輪要求考慮同軸上的輪胎磨耗狀態(tài)相當,且同一轉向架上兩軸的輪胎磨耗狀態(tài)接近。目前動力轉向架上的走行輪更換周期大約為1年,非動力轉向架上的走行輪更換周期能達到1.5年。

目前檢修中存在的一些問題:①獨軌列車換輪需要使用特定換輪設備,但該設備在2號線僅有1套,若同時出現(xiàn)2輛以上車輛需要換輪,則需要扣修等待,從而造成正線運營車輛不足,影響運營。②更換到限輪胎時,為了防止同軸上輪胎的高差過大形成跳動,會一并更換非換輪目標的輪胎,而該非目標輪胎磨耗狀態(tài)也許十分良好。③換輪工作比較繁瑣和耗時,拆卸1個轉向架需要2 d時間(無論換1條或是4條輪胎),更換輪胎時往往考慮更換掉即將到限的輪胎(其余量往往還剩3～4 mm,甚至更多),這就形成了不必要但不可避免的浪費。

4 走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)

4.1 建立系統(tǒng)的目的

(1)掌握走行輪的磨耗情況,通過走行輪判斷車輛運行狀態(tài);

(2)以大量的數(shù)據(jù)分析,推算出一個走行輪磨耗公式;

(3)通過走行輪磨耗公式,判斷輪胎磨耗到限時間,以便準確調整換輪計劃;

(4)對異常磨耗或其他異常狀態(tài)給予關注和預警提醒;

(5)逐步改善走行輪磨耗狀態(tài),達到資源合理利用、節(jié)約運營成本的目的。

4.2 系統(tǒng)建立依據(jù)

通過大量數(shù)據(jù)分析,排除異常磨耗和異常狀態(tài),走行輪在正常磨耗下的磨耗與時間和輪胎所處部位相關,車輛各個部位的輪胎磨耗符合正態(tài)規(guī)律分布,隨機性較小,且偏磨也基本符合正態(tài)分布。由此,依據(jù)有規(guī)律的數(shù)據(jù),建立一種簡單、有效預測走行輪磨耗到限時間和檢測異常的系統(tǒng)是可行的。

4.3 系統(tǒng)的基本功能

根據(jù)系統(tǒng)建立原則,走行輪狀態(tài)分析系統(tǒng)的主要功能為:正常數(shù)據(jù)(溝槽深度)的記錄與讀取,偏磨狀態(tài)的記錄,磨耗到限的預警,磨耗到限的時間預測等。

4.3.1 正常數(shù)據(jù)(溝槽深度)的記錄與讀取

走行輪定期檢查時,工作人員通過表1進行錄入,達到數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計的目的。表1中,車輛號表示第幾節(jié)車(重慶獨軌目前為4節(jié)編組),軸號表示該輪胎所在轉向架的第幾軸(該轉向架為2軸轉向架),輪胎位置表示該輪胎處于軸上的位置(每軸設計為2個輪胎)。

表1 走行輪溝槽記錄填寫表

相關人員需要查詢時,可以查看表2,查詢到任意車次、檢查時間、磨耗狀態(tài)、走行公里數(shù)等信息。

4.3.2 偏磨狀態(tài)的記錄

偏磨狀態(tài)的記錄見表1、表2。在表1的偏磨狀態(tài)一欄,工作人員可根據(jù)檢查狀況選擇“無”、“微偏”、“中偏”、“重偏”共4種狀態(tài)。微偏,指輪胎剛開始有偏磨狀態(tài)發(fā)生;中偏,表示偏磨持續(xù)發(fā)展到一定程度;重偏,偏磨磨耗到胎側“米其林小人”標志處(見圖2)。當磨耗達到中偏時,需要在檢修中密切關注此輪胎;若為重偏時,則需要換輪。

4.3.3 磨耗到限的預警

由表2、圖3可進行磨耗到限的預警。如表2中系統(tǒng)控制溝槽小于2.5 mm或達到中偏時進行預警提示,數(shù)據(jù)變?yōu)榧t色;同時在圖3“關注車輛”一欄顯示需要注意的車輛,通過查詢可確定位置及情況。在計算時,左中右三條溝槽深度取情況最惡劣的進行分析。

表2 走行輪溝槽深度檢查記錄表

圖2 偏磨標記(圈內為標記)

4.3.4 磨耗到限的時間計算

圖3 關注車輛狀態(tài)

圖4 輪胎狀態(tài)目錄

圖5 輪胎磨耗曲線圖

通過數(shù)據(jù)的積累與正態(tài)分析,可以根據(jù)磨耗狀態(tài)預測某位置輪胎磨耗到限的時間與公里數(shù),從而使換輪計劃更加準確化、有效化。如圖4、圖5所示,在圖4中選擇需要查看的輪胎磨耗狀態(tài),其對應輪胎的歷史磨耗曲線將會反映在圖5中。因為測量的誤差和輪周磨耗的不規(guī)則,曲線會產生小幅波動,屬于正?，F(xiàn)象。

4.3.5 提供針對檢修的依據(jù)

若某個位置的輪胎常常出現(xiàn)磨耗異常或者磨耗速度較快,可以根據(jù)此信息對該位置的安裝工藝、設備零件、運行情況等做針對性的檢查,以解決該不良狀態(tài),保障輪胎的正常磨耗。

4.3.6 密碼功能

該系統(tǒng)作為走行輪磨耗狀況的統(tǒng)計系統(tǒng),可以階段性地反應車輛的磨合狀態(tài)、走行輪使用情況、歷史數(shù)據(jù)的保存等,所以系統(tǒng)設置了用戶登陸系統(tǒng),并分配了管理、記錄和查看權限,做到了保密性、安全性和通用性并存。

4.4 系統(tǒng)的進階功能

4.4.1 走行公里數(shù)計算

可根據(jù)磨耗的正態(tài)分布特性,建立以下公式,來計算輪胎的剩余可走行公里數(shù)。

式中:

D——該輪胎剩余可走行公里數(shù),km;

Δ h——檢查測量同一溝槽深度的平均值,mm;

d——修正公里數(shù),取值500 km;

J——輪胎磨損系數(shù)(動力轉向架輪胎正常磨耗時取1.46萬km/mm,有偏磨狀況時取0.85萬km/mm,非動力轉向架輪胎正常磨耗時取1.71萬km/mm,有偏磨狀況時取0.85萬km/mm)。

式(1)中,磨損系數(shù)J的取值通過已有大量數(shù)據(jù)平均而得,其計算表達式為:

表3中計算出的D為理論剩余走行公里數(shù),通過大量的數(shù)據(jù)驗證基本符合目前磨耗情況。

表3 剩余公里數(shù)、到限時間查詢表

4.4.2 換輪日期推算

列車正常運行情況下,每日走行公里數(shù)約為360 km,通過D與其的比值,可以推算出換輪前該輪胎理論剩余走行天數(shù)?？紤]到檢修中存在列檢(每3d一檢)和月檢(每3月一檢),輪胎剩余可走行天數(shù)計算式為:

式中:

T——輪胎剩余可走行天數(shù);

D——該輪胎剩余可走行公里數(shù),km

L——列檢周期,目前取值3 d;

TL——列檢占用天數(shù),目前取值1/4 d;

Y——月檢周期,目前取值90 d;

TY——月檢占用天數(shù),目前取值3 d。

根據(jù)上述計算的輪胎剩余可走行天數(shù)見表3。同一列車上輪胎的磨耗狀態(tài)有所差異,可能造成剩余公里數(shù)在不同輪胎上的表現(xiàn)相差甚多。換輪計劃的安排者可不用考慮他們之間的差異。因為每次檢查后數(shù)據(jù)會隨溝槽深度的變化而變化,僅當剩余可走行天數(shù)小于7 d時再作為檢修計劃考慮(大于7 d可作為整體檢修的全面考慮參考)。

4.5 系統(tǒng)的不足

目前對走行輪溝槽的測量和偏磨的判斷均采用人工測量,針對同一輪胎的溝槽在一周(360°)上均有一定差異,同一輪胎不同人測量也存在一定誤差。本系統(tǒng)目前缺少對錯誤或有偏差的數(shù)據(jù)的分析隔離功能,不能自動判斷數(shù)據(jù)的真?zhèn)?有待改進。

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State-analysis System of Straddle-type Monorail Running Wheel in Chongqing

Yan Shaojie,Zhang Jinghua

According to six years‘operational'experience of straddle-type monorail train in Chongqing,the abrasion of running wheel is introduced and an analysis system based on a number of data is set up.The result shows that the system can effectively forecast the abrasion deadline of running wheel and check the a bnormity of abrasion in order to achieve higher opertion efficiency and reduce the maintenance costs.

straddle-type monorail;running wheel;wheel abrasion;state-analysis

U 232

2010-10-11)