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[摘 要]通过车轮踏面不圆度和振动试验的方法对高速列车车轮多变形进行镟修前后对比测量，试验结果表明高速列车在运行17万公里以后会出现不同程度的多变形，比较突出的是19阶车轮多变形。这种现象通过经济镟修可以改善车轮多变形，但是无法根除。本试验所测试的高速列车振动值未超出限制，满足失稳要求。
[关键词]多变形；镟修；振动；高速列车；19阶
中图分类号：U270.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0337-02
The study on the relation Between EMU wheel polygon and vibration
Zhou Yang
（Bombardier Sifang（Qingdao） Transportation LTD， Shandong Qingdao，266111）
[Abstract]EMU wheel polygon is measured before and after wheel re-profiling by the method of wheel thread out-of-round and vibration test. The test result show that EMU occurred different degrees wheel polygon after running 170 thousand kilometers and stand out 19th order. This phenomenon can improved by wheel economic profiling， but it difficult to deracinate. This test which we measured show that the vibration value is in the limit， meet the requirements of instability.
[Key words]polygon， profiling， vibration； EMU；19th order
前言
车轮圆周非圆化现象广泛存在于铁路运输现场[1]。车轮圆周的种种非圆化将引起车辆轨道系统一系列动力响应的变化，对行车稳定性和安全性以及车辆轨道系统各个部件使用寿命有很大影响[2-3]。车轮低阶多边形化将引起车辆横向发生周期性运动，加剧轮轨间磨损，如直線轨道钢轨出现长波长侧磨，车轮凹坑形侧磨，不仅影响轮轨服役时间，严重的情况可能引发脱轨。
车轮表面非圆化的研究手段以试验调查和数值仿真为主，早期研究对象主要集中在德国、澳大利亚、瑞典等地区。Kalousek等[4]于1992年，在加拿大列车车轮上发现了多边形磨耗，并提出可以采用修正钢轨和车轮的型面的方法来减少钢轨与车轮之间的共形度，从而缓解车轮和钢轨的磨耗。JENKINS等[5]计算了不同类型非圆化的冲击载荷，提出车轮设计的改进方法。NEWTON[6]等研究了车轮扁疤引起的冲击载荷。AHLBECK[7]应用数学模型预测不同类型的车轮缺陷引起的冲击载荷，说明了高频和低频冲击载荷的不同影响程度，认为这些冲击载荷都将随着缺陷波长、深度的增加而增大。
但是到目前为止，对车轮周期性非圆化引起的车辆系统横向稳定性问题未有研究。而横向稳定性又是列车安全运行首要考虑的问题之一，一旦车辆系统出现蛇行失稳，运行品质恶化，平稳性降低，并导致轮轨间强烈相互作用，引起轮轨之间较大的作用力，加速轮轨磨损和疲劳，毁害线路的几何尺寸，甚至会引发脱轨危险。因此，分析车辆的横向运动稳定性具有极为重要的意义。本文通过对高速列车轴箱，构架和车体振动测试，对比镟修前后振动量和频谱特性规律，初步探明高速列车振动与车轮圆周非圆化的关系。并为进一步研究振动和车轮多变行的演变规律积累数据。
1 车轮多变形测试方案
在列车运行17万公里左右使用MULLER-BBM进行车轮不圆度测量。为保证测试过程中车轮可以绕轴心自由旋转，测试时用千斤顶将同轴两侧转臂抬起，BBM不圆度测试仪固定于钢轨上方，位移传感器与车轮垂直接触，测试结果如图1。针对出现的多变形问题，随即对列车在成绵乐城际和成渝高铁进行振动测试。1月19日该列车以经济镟模式进行了整列镟修，时值车辆运行238176km。试验运行线路具体如下：
2 计算结果与讨论
轮径值为919.4mm，200km/h速度级基频为18.75Hz，19阶频率约为356Hz ；300km/h速度级基频为28.37Hz，19阶频率约为540Hz。
首先，对构架横加加速度进行0.5～10Hz滤波，判断转向架失稳性。判定标准：连续振动10次以上达到或者超过极限值8～10m/s2，判定转向架失稳。
其次，对轴箱、构架和车体垂向数据按照标准GB_5599_1985进行的最大平均值统计，结果如表2：
最后，对轴箱垂向数据进行800Hz，6阶butterworth低通滤波处理。并对1轴2位轴箱垂向选取200km/h和300km/h稳速段进行频域分析，结果如图3和4。
通过上述频谱图可以看出，200km/h速度级对应19阶的多边形振动量级比较小。300km/h速度级镟修前表现出19阶540Hz频率，镟修后明显减少。
3 结论
通过以上的数据分析结果可得：
轴箱振动值较小，横向稳定性满足要求。200km/h速度级对应19阶的多边形振动量级比较小，300km/h速度级时表现出19阶多边形特征。镟修可以改善多边形效应，但是车轮镟修并不能改变车轮非圆化特征。
参考文献 [1] NIELSEN J C O，JOHANSSON A.Out-of-round railway wheels-A literature survey[J].IMechE Journal of Rail and Rapid Transit.，2000，214（F）：79-91.
[2] BARKE D W CHIU W K. A review of the effects of out-of-round wheels on track and vehicle components[J].IMechE Journal of Rail and Rapid Transit.，2005，219（F）：151-175.
[3] JOHANSSON A.Out-of-round railway wheels-literature survey， field tests and numerical simulations[D].Goteborg：Chalmers University of Technology，2003.
[4] Kalousek J，Johnson K L.An investigation of short pitch wheel and rail corrugations on the Vancouver mass transit system[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail and Rapid Transit，1992，206（2）：127-1 35.
[5] JENKINS H，STEPHENSON H.The effect of track and vehicle parameters on wheel/rail vertical dynamic forces[J].Railway Engng.J，1974：2-16.
[6]NEWTON S G，CLARK R A.An investigation into the dynamic effects on the track of wheelflats on railway vehicles[J].J.Mech.Engng.Sci，1979，21（4）：287-297.
[7] AHLBECK D R. A study of dynamic impact load effects due to railroad wheel profile roughness[C]/ Proceedings of l0th IAVSD Symposium， Prague，CSSR.1987：13-16.
[关键词]多变形；镟修；振动；高速列车；19阶
中图分类号：U270.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0337-02
The study on the relation Between EMU wheel polygon and vibration
Zhou Yang
（Bombardier Sifang（Qingdao） Transportation LTD， Shandong Qingdao，266111）
[Abstract]EMU wheel polygon is measured before and after wheel re-profiling by the method of wheel thread out-of-round and vibration test. The test result show that EMU occurred different degrees wheel polygon after running 170 thousand kilometers and stand out 19th order. This phenomenon can improved by wheel economic profiling， but it difficult to deracinate. This test which we measured show that the vibration value is in the limit， meet the requirements of instability.
[Key words]polygon， profiling， vibration； EMU；19th order
前言
车轮圆周非圆化现象广泛存在于铁路运输现场[1]。车轮圆周的种种非圆化将引起车辆轨道系统一系列动力响应的变化，对行车稳定性和安全性以及车辆轨道系统各个部件使用寿命有很大影响[2-3]。车轮低阶多边形化将引起车辆横向发生周期性运动，加剧轮轨间磨损，如直線轨道钢轨出现长波长侧磨，车轮凹坑形侧磨，不仅影响轮轨服役时间，严重的情况可能引发脱轨。
车轮表面非圆化的研究手段以试验调查和数值仿真为主，早期研究对象主要集中在德国、澳大利亚、瑞典等地区。Kalousek等[4]于1992年，在加拿大列车车轮上发现了多边形磨耗，并提出可以采用修正钢轨和车轮的型面的方法来减少钢轨与车轮之间的共形度，从而缓解车轮和钢轨的磨耗。JENKINS等[5]计算了不同类型非圆化的冲击载荷，提出车轮设计的改进方法。NEWTON[6]等研究了车轮扁疤引起的冲击载荷。AHLBECK[7]应用数学模型预测不同类型的车轮缺陷引起的冲击载荷，说明了高频和低频冲击载荷的不同影响程度，认为这些冲击载荷都将随着缺陷波长、深度的增加而增大。
但是到目前为止，对车轮周期性非圆化引起的车辆系统横向稳定性问题未有研究。而横向稳定性又是列车安全运行首要考虑的问题之一，一旦车辆系统出现蛇行失稳，运行品质恶化，平稳性降低，并导致轮轨间强烈相互作用，引起轮轨之间较大的作用力，加速轮轨磨损和疲劳，毁害线路的几何尺寸，甚至会引发脱轨危险。因此，分析车辆的横向运动稳定性具有极为重要的意义。本文通过对高速列车轴箱，构架和车体振动测试，对比镟修前后振动量和频谱特性规律，初步探明高速列车振动与车轮圆周非圆化的关系。并为进一步研究振动和车轮多变行的演变规律积累数据。
1 车轮多变形测试方案
在列车运行17万公里左右使用MULLER-BBM进行车轮不圆度测量。为保证测试过程中车轮可以绕轴心自由旋转，测试时用千斤顶将同轴两侧转臂抬起，BBM不圆度测试仪固定于钢轨上方，位移传感器与车轮垂直接触，测试结果如图1。针对出现的多变形问题，随即对列车在成绵乐城际和成渝高铁进行振动测试。1月19日该列车以经济镟模式进行了整列镟修，时值车辆运行238176km。试验运行线路具体如下：
2 计算结果与讨论
轮径值为919.4mm，200km/h速度级基频为18.75Hz，19阶频率约为356Hz ；300km/h速度级基频为28.37Hz，19阶频率约为540Hz。
首先，对构架横加加速度进行0.5～10Hz滤波，判断转向架失稳性。判定标准：连续振动10次以上达到或者超过极限值8～10m/s2，判定转向架失稳。
其次，对轴箱、构架和车体垂向数据按照标准GB_5599_1985进行的最大平均值统计，结果如表2：
最后，对轴箱垂向数据进行800Hz，6阶butterworth低通滤波处理。并对1轴2位轴箱垂向选取200km/h和300km/h稳速段进行频域分析，结果如图3和4。
通过上述频谱图可以看出，200km/h速度级对应19阶的多边形振动量级比较小。300km/h速度级镟修前表现出19阶540Hz频率，镟修后明显减少。
3 结论
通过以上的数据分析结果可得：
轴箱振动值较小，横向稳定性满足要求。200km/h速度级对应19阶的多边形振动量级比较小，300km/h速度级时表现出19阶多边形特征。镟修可以改善多边形效应，但是车轮镟修并不能改变车轮非圆化特征。
参考文献 [1] NIELSEN J C O，JOHANSSON A.Out-of-round railway wheels-A literature survey[J].IMechE Journal of Rail and Rapid Transit.，2000，214（F）：79-91.
[2] BARKE D W CHIU W K. A review of the effects of out-of-round wheels on track and vehicle components[J].IMechE Journal of Rail and Rapid Transit.，2005，219（F）：151-175.
[3] JOHANSSON A.Out-of-round railway wheels-literature survey， field tests and numerical simulations[D].Goteborg：Chalmers University of Technology，2003.
[4] Kalousek J，Johnson K L.An investigation of short pitch wheel and rail corrugations on the Vancouver mass transit system[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part F：Journal of Rail and Rapid Transit，1992，206（2）：127-1 35.
[5] JENKINS H，STEPHENSON H.The effect of track and vehicle parameters on wheel/rail vertical dynamic forces[J].Railway Engng.J，1974：2-16.
[6]NEWTON S G，CLARK R A.An investigation into the dynamic effects on the track of wheelflats on railway vehicles[J].J.Mech.Engng.Sci，1979，21（4）：287-297.
[7] AHLBECK D R. A study of dynamic impact load effects due to railroad wheel profile roughness[C]/ Proceedings of l0th IAVSD Symposium， Prague，CSSR.1987：13-16.