韩守超 史可凡

摘 要：本文主要分析了地铁车轮不对称磨耗对车辆动力学性能的影响。然后阐述了地铁车轮不对称磨耗与地铁车辆系统动力学模型，最后对车轮不对称磨耗、对轮轨横向力的影响、对轮轨垂向力的影响等进行总结，主要目的是能够在最大程度上减少不对称磨耗情况出现。

关键词：地铁;车轮;不对称;磨耗;车辆;动力学性能

1、地铁车轮不对称磨耗分析

在如今社会快速发展背景下，城市轨道交通行业的发展，为人们出行、城市进步提供更多便利。地铁车辆如今已经成为人们日常出行中的重要组成部分，具有间距短特点、制动频繁特点等，因此，车轮也不可避免会出现磨损情况，这一问题的出现，会在不同程度上对车动力学性能产生直接影响。在二十世纪八十年代，人们开始对车轮型面磨耗、车轮不圆等方面研究车轮在出现损伤情况下，对地铁车辆动力学性能的影响。国外学者在车轮磨损分析中，主要是对机车曲线通过能力的影响研究，结果显示车辆磨损问题的出现，会影响车辆通过曲线时的安全性能，与此同时，车轮蛇形运动会更加明显[1]。通过创建钢轨仿真模型等不同方式分析可以了解到，不同车轮型面磨损程度，会对地铁车辆动力学性能产生很大影响。在不同里程背景下，车辆踏面磨耗相对均匀，在外形方面没有太大差异，但轮缘磨损相对明显。

2、地铁车辆系统动力学模型

本文主要结合某地铁车辆主要运行参数情况进行建模与仿真计算，在这一过程中，要对列车正常运行状态进行充分考虑与分析，选用地铁车辆正常承载时的车体质量，具体模型的创建如图一所示。根据图一具体参数情况，工作人员可以使用软件，创建地铁单车拖车动力学模型，可以对拖车进行简化，简化成为一个车体、两个构架、四个轮对以及八个轴箱。除了轴箱以外，其他刚体会沿着三个坐标轴，产生伸缩振动、横移振动以及浮沉振动等。与此同时，根据三个坐标轴，还能够形成侧滚振动、摇头振动等。不同刚体包括六个自由度，轴箱能够简化成为垂向振动，这属于一个自由度，共包括五十个自由度。可以将两个一系弹簧，安装在转向架与轴箱之间，同时在转向架与车体之间，还要设置垂向非线性弹力元。根据相应地铁设计规范，对运行路线进行合理设置，比如，设置总长度为1200m的s型路线，同时根据两个曲线段，进行长度与超高值的设置。

3、车轮不对称磨耗分析

在具体地铁车辆运行中，每一位轮对左右侧车轮磨耗会在不同程度上出现差异，特别是在线路设置不均匀情况下，因为轮对自身会存在轮径差问题，相同转向架的四个车轮磨耗会存在差异。此类车轮不对称磨耗問题的出现，会导致车轮不对称接触问题逐渐严重，从而造成车轮损伤，影响动力学性能。车轮不对称磨耗具体分析如下：

（1）在对地铁车辆磨损情况进行测量时，可以对Calipri非接触式轮轨外型测量仪进行合理利用，通过对这一设备的应用，能够实现对轮缘宽度参数、轮缘高度参数情况的有效检测，整个系统精确度较高，通常是≤±15μm，可重复精度≤15μm。在具体测量工作落实中，要对列车四十八个车轮，在运行0km、30000km时的车轮型面情况，每个车轮至少测量五次，并计算平均值。图二是某节拖车1#车轮分别在0km、30000km时，监测的车轮型面图。通过监测工作的落实，以及数据信息分析可以了解，车轮磨损往往集中在轮缘上，轮缘磨损较为严重，踏面磨损并不明显，可以忽略不计。造成这一问题的主要原因是，可能受到线路曲线比例大影响、运行里程短影响等。在实际分析中还可以了解到，前转向架左侧车轮轮缘处磨损情况，往往会超过右侧车轮磨损情况，而后转向架右侧位置车轮轮缘处磨损情况相较于左侧车轮轮缘处磨损更加严重，这就属于不对称磨损。除此之外，在前转向架与后转向架之间会出现反相不对称磨损情况。

（2）车轮不对称磨耗工况设置分析。结合上述不同的不对称磨耗情况，工作人员在具体工作开展中，可以设置不同工况，对车辆动力学性能影响进行分析与了解[2]。比如，工况1属于初始型面，同时将工况1作为车辆系统模型准确性、合理性检验的标准工况，如果在这一工况中计算的不同动力学参数，都能够在有效范围内，那么可以开展不同工况下的对比分析工作。工况2属于同相不对称磨耗、工况3为反相不对称磨耗、工况4为前后不对称磨耗。

4、地铁车轮不对称磨耗对车辆动力学性能的影响分析

4.1对轮轨横向力的影响

在五百米到七百米的右转曲线段中，后三种工况的左侧车轮，通常会将其用作爬轨侧车轮，会受到较大轮轨横向力影响，但在大小上没有太大差别。而在八百米到一千米的右转曲线段，右侧车轮将其作为爬柜侧车轮，需要承受较大横向力。在这一过程中，工况4左右侧横承受的横向力要小于其他三种工况，在非爬轨侧，工况2左侧车轮横向力要超过其他三种工况。

4.2对轮轨垂向力的影响

通过相关对比分析可以了解到，四种工况轮轨垂向力并没有很大差异，在右转曲线的缓和线段当中，左侧车轮轮轨垂向力具有先增大后减小特点，而右侧车轮轮轨垂向力属于先减小后增大。左转曲线段有侧车轮轮轨垂向力逐渐增加，而左侧车轮轮轨垂向力逐渐减小。

4.3对脱轨系数的影响

在非曲线段中，因为会受到轮轨横向力的影响，工况3的脱轨系数相较于其他三种工况更高，但数值并不大。在右转曲线段中，不同工况的脱轨系数之间并没有存在较大差异，都能够在安全限制内。在左转曲线段中，如果将右侧车轮作为爬轨，那么工况2与工况3的脱轨系数要高于工况4的脱轨系数，工况2的脱轨系数更大。

结束语：

综上所述，地铁车轮不对称磨耗问题的出现，会在不同程度上对车辆动力学性能产生影响，因此，针对不对称磨耗情况需要相关工作人员能够给予更多重视与关注。结合实际情况，给出有效措施，尽量减少不对称磨耗情况出现。

参考文献：

[1]陈佳明，赵鑫，蔡宇天，刘永锋，陶功权，温泽峰.地铁车轮轮缘根部滚动接触疲劳机理研究[J].铁道科学与工程学报，2020，17（09）：2372-2380.

[2]于春广，陶功权.地铁车轮磨耗测试及数值仿真[J].工程力学，2016，33 （01）：201-208+245.