陈经纬

摘要：通过踏面等效锥度对车辆平稳性影响的分析，介绍了运用维护中对踏面等效锥度的测量和镟轮要求的经验，建议在各动车组运用部门进行推广。

关键词：动车组；踏面；等效锥度；横向平稳行

【分类号】U461

1 引言

车辆的横向稳定性在排除车辆本身零部件无故障条件下，主要和轮轨接触状态关系密切。对车辆转向架而言，其与踏面的等效锥度关系较大。左右两车轮滚动圆半径差之半与轮对横移量之间存在函数关系，在一定横移量范围内，两者之间为直线关系，该直线的斜率即为等效锥度。

2 等效锥度的作用

等效锥度是评价轮轨接触几何状态的重要指标，是反映轮轨横向力对运行质量影响的等效平均参数，其对车辆蛇形稳定性产生重要影响。等效锥度越大，车辆的非线性临界速度越小。踏面外形变化和轮径差变化都会导致轮轨接触几何关系的非线性增强及等效锥度的增大，最终影响车辆非线性临界速度。

3 等效锥度对横向平稳性的影响

理想情况下轮对左右踏面形状是完全对称的，此时踏面与钢轨的接触点成对称分布。随着运行里程的增加，车轮出现磨耗且左右轮磨耗不均，产生了左右轮径差，轮轨接触不再对称。当轮对非对称接触形成后，会导致轮轨动态接触力和轮轨磨耗的加剧，产生较大的轮轨接触应力和较大的横向力，增加对钢轨表面的损伤，如果不及时进行处理，将导致钢轨表面出现开裂、剥落、波纹磨损等问题，造成轮轨使用寿命下降，车辆动力学性能恶化，甚至导致脱轨事故的发生。

车轮磨耗后，车辆的横向平稳性指标明显增大，即平稳性由优良转至合格边界状态。垂向平稳性指标也有所增加。这仅是在踏面磨耗后未出现车轮不圆的状况。一旦车轮在磨耗过程中出现了不圆度，动车组的垂向平稳性性能将急剧下降。导致车辆横向平稳性性能下降的原因，主要是轮轨在磨耗后，轮对利用踏面进行横移和摇头位置的调整，轮轨接触位置发生变化，在新平衡位置存在轮对横移。这一方面造成等效锥度增大，同时也造成一侧的轮缘间隙减小，在轨道激励作用下，增强了轮轨横向动作用力，则增大了轮对的横向振动。反映到车体上，则导致横向平稳性指标变化，最终影响乘客的乘坐舒适度。当然，随着工况恶劣程度的加剧，平稳性指标还将恶化，这是必须制止的。

为保证动车组安全、舒适运行，也为了给轮对检修提供科学依据，持续监测不镟轮动车组踏面的磨耗情况是有必要的。随着运行里程的增加，踏面70mm滚动圆周围出现下凹磨耗；轮缘高度、踏面锥度和qR值都近似呈线性增大，同轴左右轮径差存在变大的趋势。轮轨接触几何关系中，随着运行里程的增加，接触点分布呈现非对称，等效锥度逐次增大且出现突变，滚动圆半径差和接触角差在很小的横移量内逐渐“陡峭”且出现接触点的跳跃。车轮磨耗后，左右轮处于非对称情况，左右轮径差的均值都会不同程度地偏离零值。轮对因磨耗出现下凹型面，且左右车轮外形和轮径都存在差异。采用传统固结方式的轮对置于轨道上，在重力刚度的作用下，左右轮承受的法向载荷不再保持随轮对横移的对称性，横向分力出现差异。轮对旋修后，踏面又恢复至标准外形，上述问题都得到较好的解决。因此，镟轮可有效改善车辆的横向平稳性能。图1所示为某动车组一条轮对镟轮前后等效锥度对比。

4. 等效锥度在车辆维护中的运用

中国中车股份公司生产的CRH3系列动车组转向架所采用的S1002CN踏面，与CN60钢轨匹配的初始等效锥度为0.18。根据UIC 513-1994《铁路车辆乘坐舒适性评估》标准5.2.2中要求，在直线轨道上以及在弯曲半径R大于2500米的弯道上，正常情况下等效锥度不应超过以下最大值：V<200km/h为0.40；V>200km/h为0.30。从轮轨关系的角度上讲，车轮踏面磨耗后等效锥度超过0.35可能引起构架横向加速度的幅值增大至报警限值。

从动车组运营的经济性、国内客专（城际）线路条件等因素考虑，对等效锥度的测量建议在踏面等效锥度超过0.40时，对踏面进行修形。目前，国内的广铁集团公司广州南动车所对其配属的CRH3型系列动车组就按照此标准执行。动车组在正线运行发生横向平稳性超差时，回动车所对轮对使用车轮踏面外形测量仪进行等效锥度的测量，若测量值超出0.40，则对超限轮对进行踏面修形。通过对踏面修形的动车组在线跟踪，一般在一个镟轮周期内不再发生横向平稳性超限。

5. 总结

踏面的等效锥度对称车辆的平稳性影响较大，而等效锥度的变化就是轮轨关系变化的直接表现形式，其与车辆和轨道线路条件紧密相关，不能一味追求通过镟轮来改善等效锥度，对线路条件的维护也必不可少。当然，从车辆必须满足线路运行条件的观点出发，目前广州南动车所对车辆踏面等效锥度的测量和镟轮门槛的掌握，值得向其他配属CRH3型系列动车组的用户进行推广。

参考文献：

1.任安萍，戴春林. 轮轨关系中的等效锥度对车辆动力学性能的影响[J] 价值工程，2011（18）：51.

2.UIC 513-1994 铁路车辆乘坐舒适性评估[S].