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摘要：转向架轮对作为地铁车辆的重要走行部件，是车辆架修及大修期间的重点检修部件，本文根据现场采集的轮对轮径数据，通过计算轮径运营损耗率及镟修损耗率，科学、合理的建立轮径值预估模型，该模型能为轮对大修轮径更换标准提供参考，延长车轮更换实践，从而降低地铁车辆转向架轮对检修成本。

关键词：地铁ZMA120-D型转向架;运营损耗;镟修损耗;轮径值预估模型

0 引言

目前，地铁车辆ZMA120-D型转向架轮径（DIN5573踏面模型）使用标准为841mm≤D≤770mm，此标准为全寿命周期标准，而国内地铁车辆转向架轮对大修轮径值更换标准不统一，借鉴意义不强，所以有必要对轮对的磨耗规律进行深入探索与研究，对其剩余使用寿命进行合理预估，以便对轮对更换工作进行整体规划和长远构想，本文基于轮对镟修设备所测量的轮对数据为基础，挑选车辆的轮径测量数据，分析计算出车辆的轮径运营损耗率和镟修损耗率，建立基于运营损耗率和镟轮损耗率的轮径值预估模型，对车辆第一次大修和第二次架修时的轮径值进行预估，同时根据轮径预估值提出了关于降低轮径损耗速率的几点应对措施，以期为大修期轮对的更换提供参考，最大限度的减少转向架轮对架修检修成本。

1 轮径磨耗统计分析

转向架轮对是列车运用环境较为复杂、深刻影响列车安全性的部件之一，其与轨道有着复杂的轮轨关系，在列车运营过程中会不断进行磨耗。车轮的运营磨耗有踏面磨耗，即对轮径产生的轮径磨耗，还有轮缘磨耗。由于车辆运营磨耗导致的轮缘厚度和踏面直径的减少，以及镟修引起的踏面直径减少，是影响轮对使用寿命的关键因素[1]。其中，轮缘磨耗是可修复的磨耗，而轮径磨耗则不可修复。鉴于此种特性，本文主要以轮径值作为轮对寿命的判断标准。ZMA120-D型号转向架所使用的轮对，其新轮直径为8400+1mm，全磨耗轮径为770mm，当车轮直径小于770mm时，即认为车轮达到报废标准。对轮缘的修复需要通过镟轮完成，根据相关研究，轮缘厚度每恢复1mm，轮径损失约4.5mm甚至10mm[2]。因此，轮对镟修作业对轮径值造成的损耗也是影响轮对寿命的重要因素之一。

综上所述，本文将采用轮径值作为车轮寿命的判断标准。同时，将车轮的磨耗分为运营损耗和镟轮损耗进行分析。

1.1 车辆架修、大修检修周期简介

根据ZMA120-D型转向架架修、大修规程，运营里程约以65万公里为一个检修周期。车辆检修周期的选择，与下文各阶段车辆的轮径值预估模型建立密切相关，车辆架修、大修运营里程标准为，约65万公里或5年第一次架修，约130万公里或10年第一次大修，约195万公里或15年第二次架修。

1.2 轮径运营损耗分析

车辆轮径的运营损耗是导致轮径减少的因素之一，本文以每万公里的磨耗量作为轮径磨耗的计量标准，建立轮径的运营损耗模型如下：

其中：

是车轮的运营损耗，单位为mm/万km;

和分别为列车运营总里程达和时对应的车轮直径，单位为mm;

和分别为测量车轮直径和时列车对应的运营总里程，单位为km。

本文将列车在两次镟轮之间的运营周期定义为一个运营阶段，在一个运营阶段内，列车的轮径损耗全部来自于列车运营，无其他因素导致车轮直径减少。经统计车辆6个运营阶段的轮径数据和运营里程，运用上述模型计算得出如下数据。

在上表的各个运营阶段中，运营阶段1为列车上线运营的初期阶段，其轮轨关系处于剧烈变化的磨合期，因此轮径的磨耗率明显高于其他阶段。随着列车运行里程的增加，车轮踏面与轨道反复磨合，两者间的磨合接触点增多，列车车轮与轨道的关系也趋于缓和，轮径的磨耗率开始逐步降低并趋于稳定。

1.3 轮径镟修损耗分析

镟轮作为修复车轮型面的主要手段，在运用过程中不可避免的会造成轮径损耗。本文以每一次镟轮引起的轮径减少量作为轮径镟轮损耗的衡量标准，建立模型如下：

其中：（为轮对的镟轮损耗，单位为mm/次;为镟轮前不落轮镟床所测量的轮径值，单位为mm;为镟轮后不落轮镟床所测量的轮径值，单位为mm。）

运用模型随机选取地铁车辆测量轮径值，轮径镟修损耗结果见下表。

一次镟轮为列车刚开始进行镟轮作业的阶段，车轮与钢轨处于磨合期，镟修损耗较大，之后镟修根据车轮运营磨耗情况，结合镟床参数设置、现场生产安排、镟修参数研究等不同情况，镟修数据呈现不规律的损耗情况，但可以肯定的是经过几轮的镟修研究，基本确定13-15万公里一次镟修，镟修参数每次车轮直径损耗1-2mm，这样对于车辆的状态和镟修的经济性，两方面都达到了最优。

1.4 轮径磨耗规律总结

本节分析计算了车轮的运营损耗率与镟轮损耗率。由表1可知，列车的运营损耗率与列车的上线运营里程存在着一定的相关性，运营初期其运营损耗率较高，可达0.15mm/万km。随着轮轨关系趋于稳定，其损耗率也开始逐步降低并稳定在0.05mm/万km左右;由表2可知，列车的镟轮损耗率镟轮策略的选择、镟床的参数设置等因素有关，平均镟修损耗为1.33mm/次。

2 轮径值预估模型建立

经过前文的统计分析，列车轮对的运营损耗和镟轮损耗规律已基本明晰。运用建立的轮径运营损耗及镟轮损耗模型，对不同阶段的轮径值进行模型建立是本文的主要目的。鉴于本文所统计分析的列车均已完成了第一次架修，同时结合当前轮对的实际使用情况，本文将着重对第一次大修和第二次架修两个阶段的轮径值进行模型建立。

根据1.1节的定义可知，当列车运营里程达130万km或运营时间为10年时将进行第一次大修。由于本文的运营损耗是以运营里程为标尺来衡量的，故而本文以运营里程达130万km作为列车第一次大修的节点。而在一次架修与一次大修之间，一次大修与二次架修之间，往往伴随着多次镟轮，根据本线路列车的镟轮规定及日常维护经验，列车每运营约13万km将进行一次镟轮。

2.1 第一次大修时轮径值预估模型

根据前文的定义及分析，影响列车车轮直径减少的两大主要因素为镟轮损耗和运营损耗。因此，建立以下模型对列车第一次大修时的轮径值进行预估：

在（3）、（4）、（5）式中（为第一次大修时的轮径预估值，单位为mm; 为当前轮径值，单位为mm;为从当前轮径值至第一次大修时，轮径的运营总损耗量，单位为mm;为从当前轮径值至第一次大修时，轮径的镟轮总损耗量，单位为mm; 为截止目前某列车的运营总里程，单位为km;为轮径的运营损耗率，单位为mm/万km;为轮径的镟轮损耗率，单位为mm/次）。

确定模型后，本文随机选取了3列车共计72个车轮进行轮径数据统计，见表3。

统计完成后运用上述模型对其进行第一次大修轮径值的分析预测。在轮径预估时，为了尽可能的接近目前运营状况，参考运营阶段六所计算得出的运营损耗率及镟修损耗率，同时为保证预测结果的可靠性，获得较为保守的预测结果，并尽可能囊括其他影响轮径值的因素，故在运营阶段六5%截尾均值的基础上将运营损耗率扩大2倍，即设=0.12mm/万km进行分析计算。对于镟轮损耗率则取第六次镟轮损耗率的5%截尾均值进行计算，即设=1.89mm/次。3列车72个车轮的大修后轮径分析预测值结果见下表。

由上表的统计结果可知，到第一次大修时，未出现轮径值小于770mm的情况，轮径值全部合格，可以满足使用要求。

2.2 第二次架修时轮径值预估模型

为了更好的对转向架架修、大修期间轮对更换工作进行整体规划和长远构想，轮对使用寿命需保证大修至第二次架修运营要求，即保证第二次架修前轮径≥770mm。轮对大修更换轮径标准需对轮对第二次架修轮径值进行预估模型建立。

第二次架修的轮径值预估模型与第一次大修时的轮径值模型方式相同，建立模型如下：

其中：（为第二次架修时的轮径预测值，单位为mm;为第一次大修时的轮径预测值，单位为mm;为第一次大修与第二次架修之间的运营总损耗量，单位为mm;为第一次大修与第二次架修之间的镟轮总损耗量，单位为mm。）

第二次架修与第一次大修之间，列车运营里程为65万km。因此，运营总损耗量与镟轮总损耗量计算模型简化如下：

鉴于本阶段轮径值已接近全磨耗轮径，根据列车维保经验，该阶段轮径损耗率将逐渐升高，因此设该阶段的轮径运营损耗率=0.2mm/万km。同时，设镟轮损耗率=1.89mm。根据上述模型，以2.1节中所预测的第一次大修数据为基础，进行第二次架修时的轮径值预测。计算结果如下表（预计大修至第二次架修期间轮径损耗为23mm）：

由上表的统计结果可知，到第二次架修时，列车轮径预估值最小值为778mm，其值仍大于全磨耗轮径770mm。因此，可以认为到第二次架修时列车轮径值能满足使用要求。因此，无需在第一次大修时提前对列车轮对进行更换。

3 结论

本文通过以上轮径损耗分析建模，可以预估大修至第二次架修期间轮径损耗为23mm，结合现场运营及镟修损耗误差，建议列车转向架大修轮径更换参考标准为800mm;并且通过轮对损耗模型可以看出，列车运营损耗率相对于镟修损耗变动幅度不大，且镟修损耗远大于运营损耗，为了降低轮对镟修损耗，可以引入经济镟修、增加轮对计划镟修公里数至15万公里、保证轮缘润滑装置工作正常、提升现场镟修人员作业水平等方面开展轮对镟修工作的优化，对于大修期间因轮径小于800mm更换下来的轮对，可作为大修后至第二次架修前进行轮对更换作业备件，减少车辆架修、大修检修成本。

参考文献

[1]许宏，员华，王凌，等. 基于高斯过程的地铁车辆轮对磨耗建模及其镟修策略优化[J]. 机械工程学报， 2010（24）：8.

[2]曾全君. 地铁车辆车轮寿命分析[J]. 电力机车与城轨车辆， 2005， 28（2）：3.

[3]北京城建设计研究总院有限责任公司. GB 50157-2013 地铁设计规范[M]. 中国建筑工业出版社， 2014.