地铁车辆轮对磨耗故障预报和镟修策略优化分析

地铁车辆轮对磨耗故障预报和镟修策略优化分析

易超 杨帆

福州地铁集团有限公司运营事业部，福建 福州 350000

【摘要】在城市轨道交通发展过程中，严格要求列车设备维保工作。在地铁车辆中，轮对设备发挥着重要的作用，直接关系到行车运行的安全性。在车辆运行过程中会不断磨损轮对，因此需要结合实际情况落实璇修措施。本文主要分析了地铁车辆轮对磨耗故障预报和璇修策略优化工作，提出针对性的工作措施，对于实际工作发挥出参考作用，及时发现轮对设备的故障，延长设备使用寿命，节省维修资金投入量。

关键词：地铁车辆；轮对；磨耗；故障预报；镟修策略

在地铁车辆运行过程中，轮缘和踏面发生磨损问题之后，将会直接影响到地铁车辆运行的安全性，导致乘客在乘坐阶段产生不适感。因此在检修地铁的过程中发现轮对磨损问题，需要立即开展璇修工作。因此相关技术人员需要加强分析地铁车辆轮对磨耗故障预报和镟修策略优化，精准性地预测车辆轮对磨损情况和剩余寿命，及时处理轮对故障，维持地铁车辆运行的安全性。

一、概述地铁车辆轮对磨耗故障

在地铁列车运行过程中，车辆轮对发挥着重要的作用，直接关系到车辆运行状态和乘客体验感。如果轮对缺陷故障十分严重，将会影响到行车安全性，提高安全事故发生率。

（一）轮对轮缘磨损

列车在曲线和道岔运行阶段，因为离心力的影响，导致钢轨或者道岔对轮缘部分造成挤压，因此加快磨损，形成严重的磨损问题。

（二）踏面剥离

其主要特点是：在踏面的各个面上产生各种凹痕，使金属板脱落。踏面的剥离又可分为热剥脱和疲劳剥脱。由于刹车的原因，导致了踏面上的热裂纹【1】。疲劳剥落是由于踏面长期受到摩擦，产生的疲劳裂缝持续地向里面扩展。若踏面剥落问题得不到解决，其开裂范围将持续扩大，进而增大剥落区域，严重降低轮对的服役寿命，还可能加重冲击与振动，给车辆的安全运营带来不利影响

（三）路径超差

在城市轨道交通中，由于两个轮子共用一个轴，因此要求各轮对的转角速率一致。当汽车的直径相同时，轮胎就会在一条线上滚动。当两个轮子的直径有差异时，轮子就会脱离轨迹，从而引起磨耗，甚至会导致列车倾倒，直接威胁到乘客的生命安全。因此需要严格控制同一轴的轮径差异性。轮径差异比较大将会影响到轮对踏面的磨损性，增加车辆的振动性，引发严重的安全问题。

（四）踏面磨损

轮对踏面通常具有一定的倾斜度，从而使汽车在行驶的时候能够自动对中。在曲线行驶过程中，由于离心力的作用，轮胎由于踏面的坡度而发生了偏移，因此，位于外轨上的轮子使用在大滚圈运行，内规的车轮利用小滚动圈运行，避免车轮和钢轨之间产生摩擦，顺利驶过曲线部分。

如果过度磨耗踏面，将会破坏踏面斜度，导致车辆很难通过曲线，导致车辆呈现出蛇形运行，还会产生严重的振动，因此磨损轨轮【2】。在踏面产生凹坑之后，将会增加轮缘的高度，当出现了严重的磨损问题，工作人员需要立即开展相应的处理工作，否则钢轨螺栓等将会出现严重的破损问题，引发列车倾倒事故。

二、地铁车辆轮对磨耗故障预报模型

针对车辆轮对磨损量预测模型的建设步骤如下所示：

（一）时间序列平稳性分析：测量位置和维修人员工作习惯以及钢轨状况等因素都会影响到地铁车辆轮对磨损数据，很容易引发数据误差。逐渐延长时间之后，整体磨耗数据呈现出下降的趋势，不利于维持车辆运行的平稳性。可以通过ADF检测检验磨耗数据时间序列的平稳性。

（二）非平稳时间序列的平稳化处理：如果磨耗数据时间序列不利于保证车辆运行的平稳性，需要落实非平稳时间序列的差分平文化处理，指的是针对时间序列，采取d阶差分处理，实现平稳化运行【3】。选择短时间序列为阶数d，可以保障ADF检验落实。

（三）模型定阶：结合AIC准则对模型阶数p和q值进行确定，将其作为模型最小值。

（四）模型参数估计：利用最大似然估计，精准性的估计模型参数φ和θ。

综上所述，建立轮对磨耗两ARIMA预测模型的流程图如下图所示。在使用轮对的过程中，轮缘厚度磨损速度通常是大于轮径磨损速度的，但是轮径发生异常磨损问题，也会导致轮径磨损速度更高一些。为了保证车轮轮廓符合标准，需要采取璇修措施，通过对部分踏面直径进行损失，因此保证轮缘厚度的正常性。

预测模型建立流程图

三、地铁车辆轮对磨耗镟修策略优化

（一）轮对异常磨耗控制措施

1. 对电动刹车的电气刹车控制软件进行了改进，对电动刹车和气动刹车的匹配进行了优化。牵引系统提前将制动力有效信号发出，同时建立2.5s制动力等信号，向空气制动系统反馈，对于空气制动系统上闸实施空气制动发挥出抑制作用。与此同时，为了防止70 km/h以上的高速行驶中出现的不正常补充气体闭锁，通过气体制动系统提高了整个制动力，并增加了电力制动容量的比例。
2. 对ATO车辆控制的控制策略进行优化【4】。消除了在刹车过程中产生的瞬时牵引信号，对其进行稳定状态或刹车空转，以解决45km/h工况下出现的非正常补气爆炸问题。

（二）车轮璇修工艺

对轨道列车开展璇轮工作，使用的是固定在地下的沉入式不落轮璇床设备。在进行璇修工作时，不需要将轮对拆开。可以将整辆车辆都拖到不落车轮床上。采用轴盒与车轮对径、侧向进行检测，降低了作业时间的投入，提高了作业效率。

1.踏面剥离璇修工艺

由于踏面剥落部位的材质具有较高的刚度，当受到周向切线的影响时，鳞片状物体就会掉落，从而在踏面上产生微小的凹陷。若切削深度不超过剥离层表面，则受刀具圆周切向力作用，很有可能会造成完整的剥离件从剥离层上掉下来，此外，高速的工具与剥离区内的物料发生碰撞、磨擦，极易造成工具损伤。所以璇轮时，除了要选用低速切削、进给小、切削深度尽量超出剥皮层底外的工具，还应选用具备较高硬度和冲击韧性的切削刃。在实际璇轮过程中，必须将剥落的部位彻底修补好，否则车轮的磨损会越来越大，从而缩短其使用寿命。

2.轮径超差选修工艺

通常是在统一车轴发生轮径超差的问题，此外在同一转向架也可能会发生这一问题，因此在璇轮之前，在实际生产中，要根据不同的工艺要求，如直径、边缘厚度等，来决定最大直径、最小边缘厚度。针对轮毂壁厚恢复量与轮毂尺寸减小密切相关的问题，通过按1:4.5的比率，确定出最小轮毂的尺寸，进而确定其它各轴线常态下的目标厚度及尺寸指标，实现璇轮工作的有序开展。

3.踏面磨损璇修工艺

当踏面被磨耗后，由于车轮滚动及踏面中间部分的凹坑，使得车轮的外圆角及外围的踏面周向表面留有很大的余隙，踏面磨耗面积随着轮缘的升高而增大，因此璇修过程中，需要控制第一刀切入深度，其深度不能过大。如果在加工过程中，机床或者工具承载力不足，需要根据轮径负切削深度为基础，去掉踏面和轮子外侧的边缘和滚角，再用车轮外形模板来确定切割深度。这种方法既能保持轮毂的外形，又不会造成轮距的损失。

结束语：

本文结合地铁车辆轮对磨耗故障出现的原因，对于地铁车辆轮对磨耗故障预报和镟修策略进行细化分析，可以对于实际工作发挥出参考作用，在最大程度上降低地铁车辆轮对磨耗问题的负面影响，保证地铁车辆运行的稳定性，推动我国交通体系的进一步完善。

参考文献：

[1]刘继永,杜敏杰,王玉鑫.基于多因素相关性分析的地铁车辆轮对磨耗量预测研究[J].机电产品开发与创新,2022,35(06):76-79+87.

[2]周浩,李彦武.地铁车辆轮对异常磨耗原因及控制措施[J].城市轨道交通研究,2020,23(01):63-67..

[3]付建鹏,刘锡顺,田树坤.西安地铁车辆轮对踏面异常磨耗原因及解决措施[J].铁道机车车辆,2019,39(03):104-109.

[4]罗华.基于不同轮缘厚度轮对外形镟修方案研究[J].现代城市轨道交通,2019(05):48-52.