姚志偉+徐興濤

摘 要：高速動車組轉(zhuǎn)向架是車輛重要的走行部位，在高速度、高密度運行一定里程后車輪圓周方向會出現(xiàn)不同程度的剝離進而出現(xiàn)車輪多邊形引發(fā)輪、軌系統(tǒng)間的劇烈震動產(chǎn)生較大滾動噪聲，進而影響旅客乘坐舒適性及檢修運用成本，針對車輪多邊形現(xiàn)象提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架；輪對踏面；轉(zhuǎn)臂；鏇修

中圖分類號： TU275.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）32-191-2

1 車輪不圓順測試與分析

隨著高速動車組長線路、高密度的運行，車輛車輪不圓化磨耗現(xiàn)象比較突出。通過現(xiàn)場實測車輪踏面圓周不圓度，分析車輪不圓的分布特征，為研究車輪不圓對車輛動力學性能提供依據(jù)。

1.1 車輪不圓度測試

BST車輪多邊形測試儀（或稱軌道車輛車輪粗糙度測量儀）是用于測量軌道車輛車輪的周向不平順，以獲得車輛車輪的平均直徑、車輪徑跳值和車輪不圓特征（即車輪不圓的階次）的儀器。

該儀器采用位移接觸式測量方法進行測量，其滾輪和位移傳感器探針直接與被測車輪踏面垂直接觸；采用USB 接口供電，并傳輸數(shù)據(jù)；采用專門的軟件進行數(shù)據(jù)的采集及處理。

車輪粗糙度的測試環(huán)境要求車輛靜止在檢修軌道上，輪對處于懸空狀態(tài)，可以自由轉(zhuǎn)動，BST車輪多邊形測試儀要求放在一個固定的平臺上，留出工作電源和試驗人員適當?shù)墓ぷ骺臻g。

BST車輪多邊形測試儀測試時，測試點可位于車輪踏面輪緣向外60mm處。

1.2 車輪不圓度測試結(jié)果分析

通過對軌道車輛車輪的不圓度測試數(shù)據(jù)分析得到車輪的階次、車輪徑跳統(tǒng)計值、粗糙度等。通常定義車輪多邊形：車輪多邊形是指車輪圓周方向存在規(guī)則的波浪形的形狀，工程常采用階次圖表示。車輪徑跳：車輪徑跳是指車輪一周中最大車輪直徑與最小直徑的差值，通常用其表征車輪不圓化的嚴重程度。

2 輪對多邊形的形成機理

2.1 輪對系統(tǒng)的自激振動頻率

將高速列車車輪動多邊形問題考慮成由輪軌系統(tǒng)間的自激振動引起，車輪多邊形變數(shù)N=fz/fω，其中fz為系統(tǒng)自激振動頻率，fω為這輪轉(zhuǎn)動頻率。

以現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)的多階多邊形為例，當車輛速度分別以200km/h、250km/h和300km/h時，系統(tǒng)自激振動頻率為fz=fω=Nv/（2∏.r）

式中：v=車輛運行速度。

R為車輪滾動圓半徑，當車輪滾動圓半徑為0.43m時，車輪周期性不圓順引起的振動頻率見表1。

2.2 輪軌異常振動機理

當輪軌激勵大，激勵出轉(zhuǎn)向架固有模態(tài)的振動，激勵消失后振動快速衰減；當輪軌持續(xù)激勵大且車輪轉(zhuǎn)速恒定，轉(zhuǎn)向架會按固有模態(tài)頻率持續(xù)諧振；車輪旋轉(zhuǎn)過程中會疊加每秒N（N=車輪旋轉(zhuǎn)周長/諧振頻率波長）次的規(guī)律振動，從而形成車輪的N階多邊形。

通過研究16至21階左右的輪對多邊形所對應(yīng)的系統(tǒng)自激振動頻率在460-617Hz之間與該轉(zhuǎn)向架的固有頻率580Hz接近，容易引發(fā)共振；同時當輪對與鋼軌之間存在500Hz以上的高頻短時間接觸振動，來不及向上和軌下傳遞，會引起輪軌間的強烈沖擊，是輪對高階多邊形形成的原因之一。

2.3 鋼軌波磨與輪對波長

鋼軌波磨是指鋼軌上表面出現(xiàn)規(guī)則的波浪形磨耗，表現(xiàn)為一高一低或一明一暗的光帶，即輪軌表面短波周期不平順

鋼軌測試結(jié)果如圖2顯示存在80mm和160mm左右的波長以現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)的20階多邊形為例，當車輛速度分別以200km/h、250km/h和300km/h時，輪對波長=v/f=137mm與鋼軌波磨測試波長相接近。車輪多邊形波長與鋼軌波磨波長相同或相近易引發(fā)輪軌高頻共振，進而形成論對多邊形。

3 解決車輪多邊形引發(fā)構(gòu)架系統(tǒng)振動措施

3.1 車輪踏面鏇修對構(gòu)架振動的緩解（圖3）

車輪踏面鏇修消除多邊形后構(gòu)架振動明顯減弱，掌握車輪多邊形的演變規(guī)律及時鏇修可以有效減緩構(gòu)架及車體振動。

3.2 波磨鋼軌打磨對構(gòu)架振動的緩解

車體結(jié)構(gòu)局部或整體模態(tài)靠近轉(zhuǎn)向架蛇行頻率是放大車體高頻振動的重要元素，通過修整振動區(qū)段的軌形：降低轉(zhuǎn)向架蛇行運動幅值和頻率（圖4）

3.3 降低高頻振動的傳遞，減少轉(zhuǎn)向架內(nèi)部耦合振動

降低高頻振動的耦合傳遞主要靠一系和二系懸掛裝置，由于現(xiàn)有車輛懸掛參數(shù)已經(jīng)非常適宜于降低高頻振動，所以改進空間較小；但可以采用更換轉(zhuǎn)臂節(jié)點，有效衰減動車輪對-轉(zhuǎn)臂-構(gòu)架間異常振動傳遞以耦合，降低車輪多邊形的形成速率。

將動車轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)臂節(jié)點換新周期由240萬公里縮短到120萬公里，故障率高發(fā)的拖車轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)臂節(jié)點同時更換；進一步確定轉(zhuǎn)向架相關(guān)減振部件的合理更換周期

車體結(jié)構(gòu)最低模態(tài)頻率對車體抖動的影響很大，應(yīng)該避免它與轉(zhuǎn)向架蛇行頻率放生耦合、產(chǎn)生共振。

3.4 軌道系統(tǒng)的剛度應(yīng)適度

軌道剛度低，列車振動傳至軌下的響應(yīng)會降低，但車內(nèi)振動會增大；軌道剛度大，則列車振動傳至軌下的響應(yīng)會增大，但列車平穩(wěn)性會較好。減振扣件的使用可以一定程度上緩解軌道結(jié)構(gòu)振動，減小振動，但如果減振扣件的剛度太大，將會引起軌道固有振動頻率降低。如到500Hz左右，有可能與轉(zhuǎn)向架部件共振，從而導致異常振動發(fā)生，增加波磨的產(chǎn)生。應(yīng)充分重視減振扣件與鋼軌波磨的關(guān)系。

3.5 輪對鏇修的優(yōu)化

將之前車輪一刀0.5mm經(jīng)濟鏇優(yōu)化為兩刀0.5+0.5mm鏇修，徹底消除已形成的多邊形；通過改進優(yōu)化不落輪旋床的定位方式，加裝轉(zhuǎn)臂支撐裝置，以減少車輪鏇修后的徑跳值同時增加車輪多邊形在線監(jiān)測功能，有效監(jiān)控鏇后質(zhì)量。

通過上述措施有效降低了上線動車組轉(zhuǎn)向架車輪多邊形高發(fā)問題，解決了因輪、軌高頻沖擊造成的部分零部件加速磨損問題，降低了檢修成本。

參 考 文 獻

[1] 孫效杰，周文祥.踏面磨耗及其對輪軌接觸幾何關(guān)系的影響[J].鐵道車2輛，2010，07.

[2] 田慶.避免城軌車輛車輪踏面異常磨耗的控制策略探討[J].鐵道車輛，2013，01.

[3] 沈玉飛.軌道輪外形及不圓度檢測研究[D].西南交通大學，2011.