摘要：随着高速铁路的发展，高速列车在实际运营过程中不可避免的产生各种不利状态，对高速列车的运行安全性和平稳性产生了极大的负影响。轮对系统是走行部重要组成部分的，其状态的变化直接而显著的影响到列车的正常运行。为此，必须结合列车运行的安全性和平稳性的指标，对轮对的各种不利状态，如踏面磨耗、擦伤和剥离等制定合理的经济的限值标准，以适应我国以CRH380B为代表的高速列车的发展和运营需要。
关键词：高速列车；轮对；踏面磨耗；擦伤；剥离
1.引言
轮对组成包括车轴、车轮、轮制动盘、轴制动盘（拖车）和齿轮箱（动车）。它承担动车组行驶、制动等功能，是转向架重要的组成部分。动车组运营速度高，同时受运营线路条件和极端天气影响，轮对组成会出现磨损、磕碰等现象[1]，因此完善的轮对检修流程和工艺直接关系到动车组的运行安全。以CRH380B代表的高速动车组采用欧系轮对，轮对组成执行EN13260标准。动车轮对组成检修时须退卸车轮，以对齿轮箱进行分解检修；拖车轮对组成检修时不退卸车轮。为了制定更加科学合理的车轮维修策略，必须对各种状态下的车轮运行状态进行合理的分析。以计划修结合状态修，共同指导车轮的养护维修。
针对目前的动车组车轮的维修标准，是否满足动车组的安全运营以及是否达到最大经济化还需深入合理的研究。本文仅从车轮运行中比较常见的不利状态进行分析，旨在对轮对检修策略有所启发和指导。常见的车轮不利状态主要有车轮踏面磨耗、车轮踏面擦伤和剥离等，其都会对动车组的安全运行以及乘坐舒适性提出了严峻的挑战。基于此，从养护维修的角度出发，制定相应地不同状态下的合理限值就显得十分必要。
2.车轮踏面的磨耗
高速列车正常运行中不可避免的发生车轮踏面磨耗现象，不同的运行速度以及不同线路和车辆状态均对车轮踏面的磨耗产生不同的影响。为了保证车辆稳定性和平稳性的要求，就必须在车轮踏面磨耗达到一定程度时，进行车轮踏面的镟修以恢复正常的车轮踏面理想形状，然而从经济性和行车安全性综合角度出发，有必要针对不同运营车轮提出不同及不同状态下的磨耗限值，以适应繁重的铁路运输计划。
如图1所示，以名义滚动圆左右各3mm的范围内滚动圆的半径差来表征车轮踏面的磨耗状态[2]，这里选取常见的0~1mm磨耗深度作为研究对象，分析其对车轮稳定性和平稳性的影响规律。如图2所示，随着踏面磨耗深度的更加，车辆的临界速度显著下降。初始无磨耗的踏面对应的车辆临界速度可达550km/h，然后当踏面磨耗深度达到1.1mm左右时，车辆的临界速度已下降至450km/h，比正常临界速度减小了达18%。图3给出了磨耗状态下车辆横向平稳性的变化情况，不难发现，踏面磨耗对车辆横向稳定性产生了显著的影响，随着磨耗的加剧，车辆的平稳性指标显著上升，在磨耗深度达到1mm时，平稳性指标已经超过评价为优的等级。可见，磨耗对平稳性也产生了不可忽视的影响。
根据以上的分析，针对不同运行速度制定更加合理的踏面磨耗不同状态下的合理限值，才能最大程度的满足高速铁路运营安全性和经济性的综合要求。
3.车轮踏面的擦伤及剥离
车轮擦伤对高速列车轮轨系统产生极大的冲击，若不对高速车轮擦伤扁疤进行镟修控制，将严重影响高速列车的运行安全和使用寿命[3]。因此，为确保高速车轮不同擦伤程度下高速列车的安全运行，需对高速车轮的擦伤情况进行实时监控。车轮擦伤主要影响轮轨垂向作用力及轮对加速度，对于轮轨垂向力，可参考以最大轮轨垂向作用力小于170kN作为评判标准。
以轮轨垂向170kN安全限值作为评定标准，对高速车轮的维修界限进行探讨。图4为列车以时速300km/h运行时，由轮轨垂向力安全限值确定的高速车轮擦伤维修界限。由图4可知，轮轨垂向力安全限值所确定的维修界限将所有可能的车轮擦伤状况分为2大区域，蓝色区域轮轨垂向力正常区域，即车轮无需立即镟修的区域；轮轨力超限界限以上的区域为轮轨垂向力超标区域，即车轮需要立即镟修的区域。上述分析表明，轮轨垂向力安全限值指标能够较好地判定车轮是否需要镟修。但若要将其运用到高速列车智能控制系统，则需解决高速列车正常运行时如何测试轮轨高频垂向作用力的问题。此外，图4也表明，车轮擦伤维修界限与车轮擦伤扁疤长度存在非线性关系。
4.结论
通过以上分析可知，车轮不利状态对高速列车的安全运行和平稳性具有显著的影响，从高速列车运行安全性和经济性的角度的出发，需要对车轮各种不同状态制定合理的限值。
（1）车轮踏面磨耗对高速列车的稳定性和平稳性影响明显，随着磨耗的加剧，列车稳定性和平稳性均有所下降，应基于此制定合理的限值。
（2）踏面的擦伤和剥离对轮轨垂向力影响较大，应合理的限值擦伤深度和长度。
图4 车速300km/h条件下车轮镟修界限
参考文献
[1]李富强,赵言贵,郭鹏飞.CRH380A型动车组轮对组成检修工艺[J].机车车辆工艺,2015(004):38-39.
[2]李静.CRH2型动车组轮对检修限度及检修工艺过程研究[D].北京交通大学,2014.
[3]凌亮,曹亚博,肖新标,等.车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响[J].铁道学报,2015,37(7):32-39.
[4]黄照伟,崔大宾,金学松.轮径差对高速列车性能的影响[J].润滑与密封,2012,37(10):34-40.
论文作者:刘东辰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/17
标签：车轮论文; 磨耗论文; 列车论文; 车组论文; 平稳论文; 限值论文; 状态论文; 《基层建设》2018年第29期论文;