阮保榮，王 琦

（1.北京京北職業(yè)技術學院 機電工程系，北京 101400；2.武漢鐵路局 武漢動車基地，湖北 武漢430000）

隨著強，列導車致運輪行軌速磨度耗的加提劇高。，輪輪軌軌磨間耗相對互輪作對用產(chǎn)加生的最直接影響是造成車輪不圓、輪徑產(chǎn)生偏差和車輪型面發(fā)生改變。其中，車輪型面改變必將伴隨名義滾動圓半徑和等效錐度的變化，這些變化都將直接反映到輪軌接觸幾何關系中，從而影響到車輛的動力學性能。有關專家學者們十分重視這方面的研究，包括非線性輪軌接觸模型對鐵道車輛動力學性能影響[1]；利用仿真計算磨耗對車輪型面的影響[2]；針對不同輪軌的幾何匹配、輪軌結構參數(shù)，對動力學性能的影響進行比較[3-5]；著重于輪軌型面的設計與動態(tài)接觸問題研究[6-7]；車輪踏面的輪徑差對車輛動力學性能的影響[8]。因此，車輪的磨耗和鏇修對高速動車組的動力學性能影響尤為突出。

1 建立仿真模型

在仿真計算中采用 ERRI 標準考題的車輛模型作為研究對象，使用動力學仿真軟件 admas/rail 建立高速車輛動力學模型。模型由1個車體、2 個構架、8 個軸箱和4個輪對構成，如圖1所示。軌道不平順采用武廣高速鐵路實測的數(shù)據(jù)資料。

構架與車體之間通過懸掛單元和阻尼器連接。懸掛單元定義了二系縱向、二系垂向和二系橫向連接剛度；構架與車體之間的阻尼器包括垂向、橫向和縱向阻尼器，分別定義二系垂向減振器、二系橫向減振器和抗蛇行減振器的阻尼特性?？紤]到構架與車體之間的橫向相對位移增大到一定值時，會產(chǎn)生很大的力，模型中采用止擋單元 (Bumpstop) 來模擬這種現(xiàn)象。

2 車輪磨耗和鏇修后的輪軌接觸狀態(tài)分析

研究輪軌接觸選用 S1002G 新輪、磨耗后舊輪和鏇修后車輪踏面與 CHN60 鋼軌的輪軌匹配情況，其中磨耗后舊輪走行了 26萬 km，其計算結果如圖2—圖4所示。

良好的輪軌接觸幾何關系是接觸點應盡可能在車輪踏面上均勻分布開來，這樣車輪的磨耗分布開來，有利于車輪型面的穩(wěn)定。同時接觸點又不能分布太大，如果分布的太開，影響車輛的蛇行穩(wěn)定性。所以良好的輪軌接觸幾何關系需要同時考慮車輪型面的保持和車輛的蛇行穩(wěn)定性問題。由圖2 和圖4的不同車輪接觸點分布可知，鏇修后的車輪踏面與 CHN60 鋼軌接觸時的接觸點分布基本與S1002G 新輪踏面的接觸點分布一致，接觸點分布較寬且比較均勻。由圖3可以看出磨耗后的車輪踏面與 CHN60 鋼軌的輪軌接觸點分布情況，踏面上輪軌接觸點分布過于集中，而且有很明顯跳移現(xiàn)象，這不利于車輪型面保持。

當名義滾動圓間距為 1.5 m 時，3 組 S1002G 車輪踏面與 CHN60 鋼軌匹配的等效錐度比較如圖5所示，磨耗后舊輪踏面的等效錐度最大，這樣高的等效錐度將嚴重影響車輛的臨界速度，從而影響行車安全。當橫移量大于 2 mm 時，鏇修后車輪踏面與S1002G 新輪踏面的等效錐度曲線接近；當橫移量小于 2 mm 時，鏇修后車輪踏面比 S1002G 新輪踏面的等效錐度稍大一點。由此也可看出，鏇修后車輪的等效錐度明顯降低，改善了磨耗后車輪型面不好的輪軌匹配情況。

圖5 CHN60 與 3 種車輪踏面匹配時的等效錐度比較

3 車輪磨耗和鏇修對車輛穩(wěn)定性的影響

臨界速度是高速車輛穩(wěn)定性的一個最主要參數(shù)，以車輛臨界速度為參考研究車輪磨耗和鏇修對車輛穩(wěn)定性的影響。

鐵道車輛系統(tǒng)的臨界速度分為線性臨界速度和非線性臨界速度，線性臨界速度是使用 adams/rail仿真軟件通過求解線性化系統(tǒng)的特征值得到的，非線性臨界速度是實際系統(tǒng)的臨界速度，其值往往小于線性臨界速度。在鋼軌選用 CHN60 的情況下，不同車輪踏面對車輛臨界速度的影響如表1所示。

表1 不同車輪踏面對車輛臨界速度的影響

從表1可以看出，車輪的磨耗對車輛臨界速度影響比較大，明顯降低了車輛臨界速度。車輪鏇修可以重新提高車輛臨界速度，因此對于高速鐵路需要重點監(jiān)控車輪磨耗情況，制定一個合理的車輪鏇修制度，以保障高速鐵路列車運行安全。

4 車輪磨耗和鏇修對車輛平穩(wěn)性的影響

將建立的高速車輛模型分別在 250 km/h、280 km/h、300 km/h、330 km/h、350 km/h、380 km/h這6個不同速度等級下進行仿真計算，軌道不平順使用武廣高速鐵路實測的數(shù)據(jù)資料，使用 Sperling平穩(wěn)性計算方法，分別計算3種車輪踏面情況下的車輛橫向平穩(wěn)性和垂向平穩(wěn)性，計算結果如圖6、圖7所示。

圖6 3 種車輪踏面在不同速度等級下的橫向平穩(wěn)性比較

圖7 3 種車輪踏面在不同速度等級下的垂向平穩(wěn)性比較

從圖6、圖7可以看出，車輪磨耗時的車輛平穩(wěn)性指標明顯升高，平穩(wěn)性顯著下降，其中橫向平穩(wěn)性下降最多，說明車輪磨耗對車輛的橫向平穩(wěn)性影響最大。車輪鏇修后的車輛平穩(wěn)性指標迅速下降，平穩(wěn)性提高，和新輪相比有小幅升高，但差別不大，平穩(wěn)性依然屬于優(yōu)。說明車輪鏇修后可以顯著改善車輪磨耗后的車輛平穩(wěn)性，改善輪軌匹配狀態(tài)，提高車輛平穩(wěn)性。

5 結論

（1）車輪磨耗后的輪軌接觸情況不理想，有明顯的跳移現(xiàn)象，車輪的等效錐度明顯增大，車輪鏇修后的輪軌匹配情況明顯得到改善，在橫移量大于2 mm 后，其等效錐度曲線與新輪幾乎一致。

（2）車輪磨耗后的車輛穩(wěn)定性 (臨界速度) 遠低于新輪和鏇修后車輪，新輪和鏇修后車輪在臨界速度方面差別不大。臨界速度關系到車輛運行安全，因此需要加強監(jiān)控車輪的磨耗情況，保障車輛的運行安全。

（3）在平穩(wěn)性方面，車輪磨耗后車輛平穩(wěn)性遠低于新輪和鏇修后車輪。其中，車輪磨耗對車輛的橫向平穩(wěn)性影響最大。車輪鏇修后車輛平穩(wěn)性與新輪差別不大。因此，鏇修車輪可以明顯改善車輪磨耗對車輛平穩(wěn)性的影響，有效改善輪軌匹配狀態(tài)。

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