彭漢操，霍浩翔

（佛山市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東佛山 528010）

1 引言

佛山地鐵2 號(hào)線采用B1 型車(chē)、4 動(dòng)2 拖6 節(jié)編組，最高運(yùn)行速度可達(dá)100 km/h，開(kāi)通初期的輪對(duì)鏇修主要采用故障性鏇修模式。至2022 年5 月，車(chē)輛檢修陸續(xù)發(fā)現(xiàn)車(chē)輪圓跳動(dòng)超差，以致列車(chē)因需上鏇床復(fù)測(cè)而扣車(chē)。為解決該問(wèn)題，計(jì)劃對(duì)所有列車(chē)集中進(jìn)行一次預(yù)防性鏇修，并借此利用鏇床測(cè)量統(tǒng)計(jì)所有車(chē)輪對(duì)數(shù)據(jù)。除此以外，為研究車(chē)輪不圓成因，隨機(jī)抽樣某一節(jié)車(chē)對(duì)其進(jìn)行車(chē)輪不圓測(cè)試，以做進(jìn)一步分析研究。

本文以解決佛山地鐵2 號(hào)線車(chē)輪不圓問(wèn)題為目的，對(duì)列車(chē)不圓情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及開(kāi)展相關(guān)測(cè)試，綜合分析佛山地鐵2 號(hào)線車(chē)輪不圓發(fā)展特點(diǎn)，對(duì)車(chē)輪不圓問(wèn)題進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化。

2 輪對(duì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)用情況

2.1 輪對(duì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于輪對(duì)檢修與鏇修方面，佛山地鐵2 號(hào)線依據(jù)維修手冊(cè)制定一系列關(guān)于電客車(chē)輪對(duì)的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)，輪對(duì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 輪對(duì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)

2.2 輪對(duì)運(yùn)用情況

輪對(duì)采用LM-32 踏面，制動(dòng)方式采用盤(pán)式制動(dòng)。從開(kāi)通至2022 年5 月（列車(chē)公里數(shù)約為8.5 萬(wàn)km），輪對(duì)磨耗情況如表2 所示。統(tǒng)計(jì)顯示，右輪磨耗相比于左輪磨耗略大，輪緣厚度一直維持在32 mm 左右。

表2 輪對(duì)磨耗情況 mm/萬(wàn)km

關(guān)于故障情況，至2022 年5 月已出現(xiàn)9 起因檢查輪對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)調(diào)車(chē)進(jìn)鏇輪庫(kù)復(fù)測(cè)或鏇修的情況。輪對(duì)故障多為車(chē)輪不圓，其次為踏面凹坑與電蝕，未發(fā)現(xiàn)同輪對(duì)同架同車(chē)輪徑差不達(dá)標(biāo)或輪緣尺寸不達(dá)標(biāo)的情況，輪對(duì)故障情況如表3 所示。

表3 輪對(duì)故障情況 起

鏇輪后，曾出現(xiàn)踏面凹坑及電蝕的輪對(duì)經(jīng)后續(xù)跟蹤觀察故障未再重現(xiàn)，且該類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)并不存在規(guī)律性。而車(chē)輪不圓問(wèn)題經(jīng)后續(xù)跟蹤觀察仍會(huì)發(fā)生且呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，因而車(chē)輪不圓問(wèn)題需重點(diǎn)關(guān)注。

3 車(chē)輪不圓發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)

針對(duì)車(chē)輪不圓問(wèn)題，本次研究選取較具有代表性的035036、045046、049050 車(chē)作為分析對(duì)象。

3.1 跟蹤列車(chē)基本情況

在相同運(yùn)營(yíng)環(huán)境下，該3 列列車(chē)較早暴露列車(chē)輪對(duì)問(wèn)題，至2023 年2 月前均已經(jīng)歷2 次鏇床整車(chē)測(cè)量，均約行駛6 萬(wàn)km 時(shí)進(jìn)行第一次復(fù)測(cè)鏇修，絕大部分輪對(duì)持續(xù)運(yùn)行達(dá)12 萬(wàn)km 左右再進(jìn)行第二次測(cè)量鏇修。不同的是，045046 及049050 車(chē)第一次鏇修發(fā)生于2022 年5 月車(chē)輪不圓問(wèn)題集中爆發(fā)前，此時(shí)為部分輪對(duì)故障性鏇修，故該2 列列車(chē)至第二次鏇修前絕大部分輪對(duì)未作修復(fù)。035036 車(chē)則作為在2022 年5 月車(chē)輪不圓問(wèn)題集中爆發(fā)后安排整車(chē)鏇輪的代表，第一次鏇修時(shí)已將所有輪對(duì)修復(fù)，如表4 所示。

表4 跟蹤列車(chē)基本情況 km

3.2 不同列車(chē)不圓發(fā)展統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)該3 列車(chē)在行駛約6 萬(wàn)km 及12 萬(wàn)km 時(shí)的車(chē)輪徑向圓跳動(dòng)情況，如圖1、圖2 所示。取第一次鏇修所測(cè)數(shù)據(jù)作為約6 萬(wàn)km 時(shí)的徑跳值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。由于035036 車(chē)第一次鏇修為整車(chē)鏇輪，故到第二次鏇修時(shí)輪對(duì)可近似為持續(xù)行駛12 萬(wàn)km。045046 與049050 車(chē)有極個(gè)別輪對(duì)在第一次鏇修時(shí)進(jìn)行過(guò)鏇修，作為近似取值，采用第一次測(cè)量的徑跳值外加第二次測(cè)量的徑跳值作為運(yùn)行約12 萬(wàn)km 時(shí)的徑跳值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖1 運(yùn)行6 萬(wàn)km 車(chē)輪徑跳值統(tǒng)計(jì)

圖2 運(yùn)行12 萬(wàn)km 車(chē)輪徑跳值統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)顯示，3 列列車(chē)車(chē)輪徑跳值在運(yùn)行6 萬(wàn)km 時(shí)數(shù)值相近，且集中在0.1～0.3 范圍內(nèi)，只有極少數(shù)輪對(duì)超過(guò)0.5 mm 的標(biāo)準(zhǔn)。然而，當(dāng)運(yùn)行公里數(shù)到達(dá)12萬(wàn)km 時(shí)，3 列列車(chē)車(chē)輪不圓的發(fā)展呈現(xiàn)出截然不同的發(fā)展趨勢(shì)，其中049050 車(chē)輪不圓趨勢(shì)發(fā)展相對(duì)較快，035036 車(chē)輪不圓趨勢(shì)發(fā)展相對(duì)較慢。

3.3 同列車(chē)鏇修前后不圓發(fā)展對(duì)比

針對(duì)同列車(chē)，035036 車(chē)作為5 月份開(kāi)始集中整車(chē)鏇修的典型，其48 個(gè)車(chē)輪不圓發(fā)展也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律特點(diǎn)，輪徑跳值發(fā)展如圖3 所示。該圖對(duì)列車(chē)在運(yùn)行至約6 萬(wàn)km 后的車(chē)輪狀態(tài)與鏇修完后再運(yùn)行至約12 萬(wàn) km 的車(chē)輪狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，其中輪1 至輪8 代表了第一節(jié)車(chē)從前端至后端的8 個(gè)車(chē)輪，后車(chē)車(chē)輪標(biāo)號(hào)以此類(lèi)推。

圖3 035036 車(chē)車(chē)輪徑跳值發(fā)展

對(duì)比列車(chē)48 個(gè)車(chē)輪，其不圓發(fā)展有著較大的差異，各節(jié)車(chē)之間并無(wú)明顯規(guī)律與關(guān)聯(lián)。而對(duì)比第一次測(cè)量與第二次測(cè)量，可以發(fā)現(xiàn)鏇輪后的車(chē)輪其不圓發(fā)展并沒(méi)有得到一致性的改善，而是保持了以往的態(tài)勢(shì)。前期曾出現(xiàn)徑跳值較大的車(chē)輪相比于其他車(chē)輪更容易發(fā)展成不圓。該特點(diǎn)為所有5 月起集中出現(xiàn)輪對(duì)問(wèn)題的鏇修車(chē)共有，非035036 車(chē)獨(dú)有。

3.4 同車(chē)輪不同階段不圓發(fā)展情況

為觀察對(duì)比單個(gè)車(chē)輪不圓發(fā)展的速度，現(xiàn)統(tǒng)計(jì)045046 與049050 車(chē)2 次鏇床測(cè)量相較上一次測(cè)量時(shí)的車(chē)輪徑跳值增長(zhǎng)幅度，并以第二次測(cè)量的各車(chē)輪徑跳值增長(zhǎng)幅度進(jìn)行從小到大排序，同時(shí)為排除故障修的影響，將故障修的車(chē)輪進(jìn)行剔除，045046 與049050 車(chē)2車(chē)的輪徑跳值如圖4、圖5 所示。

圖4 045046 車(chē)車(chē)輪徑跳值變化

圖5 049050 車(chē)車(chē)輪徑跳值發(fā)展

統(tǒng)計(jì)顯示，車(chē)輪不圓的發(fā)展速度在后一階段普遍慢于前一階段，該方面主要考慮為新線因素，在運(yùn)營(yíng)初期新輪與新鋼軌處于磨合階段，因而初期更容易產(chǎn)生車(chē)輪不圓問(wèn)題。除此以外，初始不圓度有過(guò)較大發(fā)展的車(chē)輪，盡管在后一階段不圓發(fā)展速度有所降低，但其發(fā)展速度仍普遍大于初始不圓度較小的車(chē)輪。

3.5 車(chē)輪不圓發(fā)展特點(diǎn)總結(jié)

經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)分析，2 號(hào)線列車(chē)車(chē)輪不圓發(fā)展的主要特點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）同一時(shí)間段內(nèi)不同列車(chē)車(chē)輪不圓發(fā)展的速度不盡相同，初始有較大不圓的車(chē)輪，其后期不圓發(fā)展速度普遍較快；

（2）前期曾出現(xiàn)不圓的車(chē)輪，經(jīng)過(guò)鏇修后仍保留以往的發(fā)展趨勢(shì)；

（3）隨著公里數(shù)增加，車(chē)輪不圓發(fā)展速度有減緩趨勢(shì)。

4 車(chē)輪不圓發(fā)展分析

4.1 成因分析

衡量車(chē)輪不圓一般以2 個(gè)參數(shù)決定，1 個(gè)為車(chē)輪的徑跳幅值，定義為以輪軸為中心，車(chē)輪平均方向的最大變化量；另1 個(gè)為車(chē)輪多邊形階次信息[1]。通常運(yùn)營(yíng)單位只以車(chē)輪徑跳值來(lái)判斷列車(chē)車(chē)輪是否應(yīng)該進(jìn)行鏇修，在此為研究2 號(hào)線車(chē)輪不圓的成因，選取1 列鏇后運(yùn)行公里數(shù)約為5 萬(wàn)km 的列車(chē)，對(duì)其中1 節(jié)車(chē)的8 個(gè)車(chē)輪進(jìn)行車(chē)輪不圓測(cè)試。該測(cè)試選用成都智能交通科技（CSRT）車(chē)輪不圓度儀，采用接觸測(cè)量方法完成。測(cè)試過(guò)程中位移傳感器與車(chē)輪垂直接觸，以記錄車(chē)輪不圓度信息。另外旋轉(zhuǎn)傳感器用于測(cè)量車(chē)輪的周長(zhǎng)信息，以便準(zhǔn)確記錄位移傳感器所測(cè)不圓度的相位信息。

在每個(gè)1/3 倍頻程中將所得窄帶頻譜幅值的平方再求和，并除以計(jì)算點(diǎn)數(shù)即可獲得在粗糙度的定義中，10 μm 粗糙度的有效幅值（均方根值）對(duì)應(yīng)20 dB的粗糙度等級(jí)，而1 μm 的粗糙度幅值則對(duì)應(yīng)0 dB 粗糙度等級(jí)。不圓度測(cè)試時(shí)測(cè)試點(diǎn)位于車(chē)輪踏面名義滾動(dòng)圓處。車(chē)輪不圓測(cè)試結(jié)果如圖6 所示。

圖6 車(chē)輪不圓度測(cè)試結(jié)果

關(guān)于各車(chē)輪的具體測(cè)試情況做如下統(tǒng)計(jì)，具體如表5 所示。

表5 車(chē)輪不圓度測(cè)試統(tǒng)計(jì)

車(chē)輪不圓的表現(xiàn)形式可分為車(chē)輪多邊形化和車(chē)輪踏面局部凹陷[3]?？v觀所有車(chē)輪的高階不圓階次，可以看出列車(chē)車(chē)輪并沒(méi)有形成以某一階次為主導(dǎo)的車(chē)輪多邊形化。且各車(chē)輪高階不圓對(duì)應(yīng)的粗糙度并不存在個(gè)別突出，因而先排除可能形成車(chē)輪多邊形化的潛在因素，如原始制造過(guò)程中三角爪的車(chē)輪固定方式所致、輪對(duì)一階彎曲共振所致等[4-6]。

在測(cè)量的8 個(gè)車(chē)輪中，部分車(chē)輪如5-1L、5-4L、5-4R 其徑跳值相比于其他車(chē)輪較為突出，觀其對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)下或極坐標(biāo)下的車(chē)輪不圓度曲線可以看出該部分車(chē)輪普遍存在局部凹陷情況，波長(zhǎng)范圍在200～1 000 mm不等。

關(guān)于車(chē)輪踏面局部凹陷，其成因通常與列車(chē)牽引制動(dòng)方面相關(guān)[7]。在這一點(diǎn)上，與2 號(hào)線列車(chē)正線運(yùn)營(yíng)過(guò)程中常發(fā)生的空轉(zhuǎn)滑行問(wèn)題有著較為密切的聯(lián)系。仙涌站—林岳西站區(qū)間為露天高架段，其間分布有多個(gè)坡度較大的上下坡段。當(dāng)雨天來(lái)臨時(shí)，露天濕滑的鋼軌導(dǎo)致輪軌之間的黏著系數(shù)下降，且列車(chē)日常運(yùn)營(yíng)速度最高可達(dá)100 km/h，在該條件下較容易發(fā)生輪對(duì)的空轉(zhuǎn)滑行。

在空轉(zhuǎn)滑行的影響下，列車(chē)輪對(duì)踏面形成局部偏磨甚至擦傷，因而導(dǎo)致車(chē)輪不圓。因此解決下雨天列車(chē)的空轉(zhuǎn)滑行問(wèn)題對(duì)于解決車(chē)輪不圓問(wèn)題將有較大幫助。

4.2 鏇修后車(chē)輪不圓保留以往發(fā)展趨勢(shì)的分析

在統(tǒng)計(jì)中，鏇修后車(chē)輪不圓保留了以往發(fā)展趨勢(shì)的特點(diǎn)同樣值得關(guān)注。在該特點(diǎn)下，前期曾出現(xiàn)不圓度較大的車(chē)輪相比于其他車(chē)輪更容易發(fā)展成不圓，因而該部分車(chē)輛在未來(lái)將一直成為整列車(chē)的短板。由于車(chē)輪直徑受同車(chē)、同架、同輪對(duì)偏磨量的限制，該部分輪對(duì)的鏇修維護(hù)必將連帶其他車(chē)輪一同鏇修，從而增加了不必要的鏇修成本。

關(guān)于該問(wèn)題的分析，主要考慮鏇修工藝、車(chē)輪材質(zhì)差異性2 方面。

（1）在鏇修工藝方面，曾有研究指出鏇床的加工定位方式將對(duì)鏇修質(zhì)量造成影響[8-10]。不落輪鏇床通常采用2 個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)輪的V 形結(jié)構(gòu)定位（圖7），在軸箱處缺少支撐固定，對(duì)輪對(duì)回轉(zhuǎn)中心不能形成有效約束。若車(chē)輪踏面在鏇修前存在較為嚴(yán)重的車(chē)輪多邊形或凹坑等踏面損傷，回轉(zhuǎn)中心將相對(duì)于車(chē)刀上下浮動(dòng)。因此，鏇修并不能完全消除車(chē)輪不圓痕跡。在后續(xù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，不圓將以原來(lái)的態(tài)勢(shì)發(fā)展。采用軸箱支撐以對(duì)車(chē)軸中心進(jìn)行固定，如圖8 所示，鏇修時(shí)可有效避免受車(chē)輪踏面狀態(tài)的影響。故鏇修工藝對(duì)于鏇修后車(chē)輪不圓保留以往發(fā)展趨勢(shì)的影響較小。

圖7 V 形結(jié)構(gòu)定位方式[12]

圖8 2 號(hào)線不落輪鏇床

（2）在車(chē)輪材質(zhì)方面，不同車(chē)輪踏面材質(zhì)具有一定的差異性，部分車(chē)輪相比于其他車(chē)輪更容易形成擦傷或踏面局部磨損，從而導(dǎo)致即便是鏇修完后，部分車(chē)輪仍然與往常一樣相比于其他車(chē)輪不圓發(fā)展更為迅速。而這也與上文中不圓度測(cè)試結(jié)果相吻合。

5 優(yōu)化措施

基于以上分析，結(jié)合佛山地鐵2 號(hào)線實(shí)際情況，考慮從以下方面進(jìn)行優(yōu)化。

（1）在高架上下坡段進(jìn)行降速處理。對(duì)于高架段，雨天時(shí)可通過(guò)司機(jī)人工控車(chē)或修改自動(dòng)駕駛模式（ATO）控車(chē)邏輯的方式適當(dāng)降低列車(chē)上下坡段時(shí)的行駛速度，使輪對(duì)不易產(chǎn)生空轉(zhuǎn)滑行行為[11]。

（2）增加車(chē)輪撒沙裝置。通過(guò)車(chē)輪撒沙的方式提高輪軌之間的黏著系數(shù)，以此增加輪軌摩擦力，降低車(chē)輪空轉(zhuǎn)滑行發(fā)生的可能性。

（3）提高鏇修工藝質(zhì)量。由于鏇修后車(chē)輪不圓將保持以往的趨勢(shì)發(fā)展，當(dāng)列車(chē)部分車(chē)輪出現(xiàn)較大徑向圓跳動(dòng)時(shí)，該部分車(chē)輪鏇修標(biāo)準(zhǔn)可從原來(lái)的鏇后徑跳值小于0.15 mm 修改為鏇后徑跳值小于0.1 mm，控制該部分車(chē)輪初始不圓處于一個(gè)較小的水平。

（4）調(diào)整鏇修模式。車(chē)輪不圓問(wèn)題為普遍性問(wèn)題，采用當(dāng)前故障性鏇修模式可能造成短期內(nèi)車(chē)輛再次返修，故障扎堆集中扣車(chē)。故后續(xù)主體采用計(jì)劃性整車(chē)鏇修模式以錯(cuò)開(kāi)各列車(chē)鏇修時(shí)間，同時(shí)輔以故障性維修應(yīng)對(duì)突發(fā)情況[13-15]。

（5）優(yōu)化鏇修周期。因各車(chē)輪不圓發(fā)展速度不盡相同，而發(fā)展趨勢(shì)又具有較高的保持性。因此可制定各列車(chē)差異化鏇修周期，表現(xiàn)較差的列車(chē)可適當(dāng)縮減鏇修周期，表現(xiàn)較好的列車(chē)適當(dāng)增大鏇修周期。

6 優(yōu)化后現(xiàn)狀

自2022 年5 月車(chē)輪不圓問(wèn)題集中式出現(xiàn)后，佛山地鐵2 號(hào)線已逐步開(kāi)展相關(guān)優(yōu)化措施。首先，當(dāng)前鏇修模式已從原來(lái)的故障性維修轉(zhuǎn)換為計(jì)劃性整車(chē)鏇修模式輔以故障性維修的鏇修模式，故障扎堆集中扣車(chē)問(wèn)題得以解決。其次，逐步提高鏇修工藝質(zhì)量，當(dāng)前鏇修后車(chē)輪徑跳值已基本控制在0.1 mm 以?xún)?nèi)。最后，針對(duì)高架段雨天空轉(zhuǎn)滑行問(wèn)題，現(xiàn)佛山地鐵2 號(hào)線已要求在列車(chē)滑行情況出現(xiàn)較為頻繁的區(qū)段進(jìn)行人工減速，以減少列車(chē)滑行行為。

為驗(yàn)證優(yōu)化后的效果，本次研究隨機(jī)抽取1 列047048 車(chē)進(jìn)行檢查。該車(chē)至今共計(jì)進(jìn)行2 次鏇修，鏇修時(shí)間分別為列車(chē)公里數(shù)11.2 萬(wàn)km 及24 萬(wàn)km，如圖9所示。結(jié)果表明各輪對(duì)在第二次鏇修前相比于第一次鏇修前車(chē)輪不圓度普遍更小，車(chē)輪不圓發(fā)展速度相比得以減緩。

圖9 047048 車(chē)2 次鏇修前車(chē)輪徑跳值對(duì)比

除此以外，考慮各車(chē)輪不圓發(fā)展速度不盡相同，在未來(lái)數(shù)據(jù)積累更為豐富以后，可制定各列車(chē)差異化鏇修周期，以進(jìn)一步減小鏇修成本。

7 結(jié)論

車(chē)輪不圓問(wèn)題是目前制約佛山地鐵2 號(hào)線輪對(duì)使用壽命的關(guān)鍵因素，解決不圓問(wèn)題意義重大。本文通過(guò)對(duì)佛山地鐵2 號(hào)線投入運(yùn)營(yíng)的3 列列車(chē)車(chē)輪徑跳值進(jìn)行測(cè)量跟蹤對(duì)比，發(fā)現(xiàn)輪對(duì)不圓發(fā)展的3 個(gè)特點(diǎn) 。

（1）同一時(shí)間段內(nèi)不同列車(chē)車(chē)輪不圓發(fā)展的速度不盡相同，初始有較大不圓的車(chē)輪，其后期不圓發(fā)展速度普遍較快。

（2）前期曾出現(xiàn)不圓的車(chē)輪，經(jīng)過(guò)鏇修后仍保留以往的發(fā)展趨勢(shì)?？紤]其原因主要為車(chē)輪材質(zhì)差異性所致。

（3）考慮運(yùn)營(yíng)初期新輪與新鋼軌處于磨合階段，隨著公里數(shù)增加，車(chē)輪不圓發(fā)展速度有減緩趨勢(shì)。

分析車(chē)輪不圓測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車(chē)輪不圓的主要表現(xiàn)為踏面局部凹陷，與雨天發(fā)生的空轉(zhuǎn)滑行問(wèn)題有著較為密切的聯(lián)系。

本研究結(jié)合該特點(diǎn)，提出了高架上下坡段降速、增加車(chē)輪撒沙裝置、提高鏇修工藝質(zhì)量、調(diào)整鏇修模式、優(yōu)化鏇修周期的優(yōu)化方案，為其他地鐵同行解決車(chē)輪不圓問(wèn)題提供參考。