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(唐山軌道客車有限責(zé)任公司產(chǎn)品技術(shù)研究中心，河北 唐山 063035)

0 引 言

過去十年里，中國高速鐵路投入運(yùn)營的線路里程和運(yùn)行在這些線路上的動(dòng)車組數(shù)量都不斷增長[1]。任何列車健康問題，不管其嚴(yán)重程度，都能被不斷增長的動(dòng)車組數(shù)量放大。輕則導(dǎo)致維修保養(yǎng)成本增長，重則引起威脅乘客和線路安全的重大事故。車輪作為列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵走行部部件，動(dòng)車組用戶對(duì)其強(qiáng)度、壽命等也提出了更高的要求[2]。隨著列車?yán)锍痰脑黾樱囕喴膊粩嗍艿侥p。如果列車車輪所受的磨損不是均勻的分布在圓周上，將造成車輪多邊形現(xiàn)象，輕則導(dǎo)致列車顛簸，乘客舒適度下降，重則導(dǎo)致列車出軌[3]。

列車在行進(jìn)中輪對(duì)踏面與鋼軌不停摩擦，對(duì)踏面的磨耗會(huì)引起輪對(duì)圓周多處形成非圓形態(tài)，從而使輪對(duì)形態(tài)逐漸偏離于完美的圓[4]。輪對(duì)不圓又分為低階不圓和高階不圓[5]。一階不圓指偏心，二階不圓指橢圓，以此類推階次越高，輪圓的非圓弧邊越多。

1 數(shù)據(jù)分析

研究的樣本為上海虹橋動(dòng)車所所運(yùn)營的116列CHR380B/CHR380BL。我們獲得的數(shù)據(jù)可分為四類：多邊形檢測記錄和輪對(duì)鏇修記錄，LY檢測數(shù)據(jù)，交路、車次與里程，WTDS數(shù)據(jù)。多邊形檢測記錄和輪對(duì)鏇修記錄主要包括列車自出廠以來至多邊形檢測日期的走行里程，鏇修時(shí)里程指列車自出廠至鏇修日期的走行里程，鏇后里程指列車自鏇修日期至下一次多邊形檢測日期的走行里程。LY檢測包括了八個(gè)檢測項(xiàng)目：輪徑，輪緣高，輪緣厚，垂直磨耗，踏面磨耗，QR值，內(nèi)距和同軸輪徑差。交路、車次與里程包括不同車組在不同的日期跑過的交路，交路的具體信息，交路車次，車次具體信息等。WTDS包含一個(gè)單元車廂中電路及壓力信息。

1.1 多邊形檢測

目前動(dòng)車段對(duì)輪對(duì)進(jìn)行不圓度檢測并不是隨機(jī)的，而是根據(jù)一些觀測到的現(xiàn)象對(duì)特定的一些輪對(duì)進(jìn)行檢測。如圖1所示，軸溫傳感器線卡螺栓丟失是輪對(duì)高階多邊形的最大原因，其次是溫傳感器線夾C型支架斷裂和噪聲過大。由此可見，可通過梳理車軸和轉(zhuǎn)向架上的故障警報(bào)來預(yù)測輪的多邊形。

圖1 高階多邊形的三大起因分布

1.2 低階與高階不圓度的關(guān)系

如前所述，階次反應(yīng)了粗糙度的峰值出現(xiàn)在振蕩波形的那個(gè)頻率。如圖2，圖3可以看到在20階容易出現(xiàn)最大的粗糙度幅值，在20階的粗糙度等級(jí)也是最高的。而在低階階次中1階占了壓倒性多數(shù)，1階的粗糙度也是低階中最高的。由圖4，我們能看到多邊形檢測樣本中的檢測結(jié)果中高階不圓度和低階不圓度是呈正相關(guān)的，很可能是因?yàn)檩嗆壞Σ镣瑫r(shí)造成了低階和高階的不圓。但是低階和高階不圓度的關(guān)聯(lián)度并不大，低階和高階不圓的具體形成機(jī)理還并不一定是完全相同的。

圖2 各高階與低階不圓階次的輪次

圖3 高階和低階不圓度

圖4 高階不圓度與低階不圓度相關(guān)性

1.3 高階不圓與鏇后里程

顯而易見，由圖5能看出高階不圓度和鏇后里程存在正相關(guān)，因?yàn)殒涊喼芷趦?nèi)的里程越長，輪軌之間的磨耗機(jī)會(huì)越多。因?yàn)閯?dòng)車段目前將鏇前的最大里程定為18萬公里，導(dǎo)致鏇后里程達(dá)到18萬公里后多邊形數(shù)檢測記錄大幅減少，所以這個(gè)區(qū)間兩者的關(guān)聯(lián)并不太可信。還有一點(diǎn)要注意的是，鏇后里程是很多因子或變量的公共因子，比如鏇后里程越長，經(jīng)歷的加減速次數(shù)越多，經(jīng)歷各種故障的幾率越大。因此，將與鏇后里程相關(guān)聯(lián)的多個(gè)因子同時(shí)放進(jìn)模型里對(duì)高階多邊形的識(shí)別幫助并不會(huì)太大。圖6展示了高階多邊形在不同鏇后里程的分布情況。十萬公里以下的高階多邊形很罕見，高階多邊形大多發(fā)生在鏇后里程15萬到18萬公里。

圖6 高階多邊形在鏇后里程的分布

1.4 高階不圓與動(dòng)拖輪

有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)軸輪旋轉(zhuǎn)的輪對(duì)我們稱之為動(dòng)輪，沒有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)僅僅是被動(dòng)輪拖著旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的輪對(duì)我們稱之為拖輪。一列CRH380B車組的第1、3、6、8車廂所有軸是動(dòng)軸，其他車廂的軸是沒有動(dòng)力的拖軸。一列CRH380BL的第1、3、6、8、9、11、14、16車廂所有的軸是動(dòng)軸，其他車廂的軸是沒有動(dòng)力的拖軸。多邊形檢測記錄里大部分高階多邊形都來自于動(dòng)輪，但動(dòng)拖輪的整體高階不圓度并無太大區(qū)別。Pearson關(guān)聯(lián)測試p<0.05, 說明高階不圓度和一個(gè)輪對(duì)是否有電機(jī)驅(qū)動(dòng)是相關(guān)的。

1.5 高階不圓與車廂

在樣本中，不論是8編組還是16編組，首尾兩節(jié)車廂出現(xiàn)的高階多邊形最多(圖7)，但是從整體來看不同車廂的高階不圓度并無明顯差異(圖8)。

1.6 高階不圓與軸位

從數(shù)量上來說，出現(xiàn)在第1、4軸上(首尾軸)的高階多邊形輪對(duì)最多。從整體上來看，這兩個(gè)軸的輪對(duì)高階不圓度也比第2、3軸要高。

圖7 多邊形數(shù)量在不同車廂的分布

圖8 各車廂輪對(duì)的高階不圓度

圖9 高階不圓度與軸位

2 結(jié) 論

綜上所述，本文從動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)營及維修數(shù)據(jù)出發(fā)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分段、數(shù)據(jù)的特征值計(jì)算，把原始信息量化，其后通過變量關(guān)聯(lián)分析，得出以下結(jié)論：

1) 動(dòng)車的車軸與轉(zhuǎn)向架故障與車輪高階多邊形的發(fā)生存在強(qiáng)相關(guān)性。

2) 低階多邊形與高階多邊形之間呈正相關(guān)。

3) 高階多邊形大多發(fā)生在鏇后里程15萬到18萬公里。

4) 車輪高階不圓度與是否驅(qū)動(dòng)、車廂位置及軸位均有可見相關(guān)性。

參考文獻(xiàn):

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