一種軌道交通車輛輪對鏇修的評定方法與流程

本發明涉及一種軌道交通車輛輪對的鏇修評定方法，具體涉及一種基于車內噪聲監測及車輪多邊形特征鏇修的評定方法，應用于軌道交通高速動車組車輛領域。

背景技術：

隨著高速鐵路網的日益發展,高速動車組有著廣闊的應用前景,而轉向架在長大距離下的高強度、高密度運行,是整個動車組的核心部件,而輪對又是轉向架中直接與鋼軌接觸的部件,受力復雜,因此極易出現諸如輪緣磨耗、輪徑差、踏面剝離等損傷，對軌道車輛的行車安全性、乘坐舒適性以及鋼軌使用壽命都有重要影響，因此需要對輪對進行鏇修處理，以維持輪對正常的幾何參數。

根據高速列車運營情況分析，部分高速列車出現軸振動異常、車內噪聲急劇增加等問題，主要是高速列車輪對上均存在不同程度的高階多邊形所致，如圖1所示，以18-22變形占主導，容易在運行情況下激發三分之一倍頻帶中心頻率630hz的車輛/軌道系統振動，形成顯著振動噪聲響應。國內外專家、學者對車輪對上存在的高階多邊形進行大量分析論證，如kreuze對荷蘭鐵路上出現的車輪多邊形情況進行了調查與統計；ohansson對3階車輪非圓進行了深入調查與分析；金學松等對地鐵9階車輪非圓進行了深入調查，分析其成因并提出了有效的減控措施；韓光旭調查分析了高鐵20階車輪非圓的特征及其對振動噪聲響應的影響，并初步分析了其成因。

截至目前，對車輪多邊形(尤其是18-22高階)的產生、形成和發展的內在機理認識還遠遠不夠，短時期內想從車輛/軌道系統結構上采取有效防控措施還難以實現。現在最有效的辦法是對問題車輪進行鏇修，將已出現的顯著車輪多邊形鏇削掉。但在實施對問題車輪進行鏇修過程中存在兩個問題：(1)由于逐個對車輪進行周向非圓測試，然后判斷車輪多邊形特征，在路局大量運營列車和動車庫作業時間有限的實際現場情況下，不具備實際操作可行性，因此，高速列車運用維護需要有快速判斷車輪多邊形特征的方法。(2)考慮到鏇床資源有限且車輪鏇修耗時較長，且頻繁鏇輪會加速車輪磨耗到限，從而造成高速列車運營成本急劇增高，如何在保障高速列車安全、舒適運行不受車輪高階非圓影響的前提下，對存在車輪非圓的車輪進行“鏇修”判定。

因此，研究軌道車輛輪對的鏇修策略，提高軌道車輛輪對對運行安全性與降低檢修成本，具有重要的經濟價值和工程意義。

技術實現要素：

本發明的目的是針對軌道車輛輪對鏇修的兩個急需解決的問題，提供一種軌道交通車輛輪對的鏇修評定方法，基于車內噪聲監測原理、車輪多邊形特征，采用車內噪聲總值與車輪非圓等級，進而制訂具有可操作性的車輪“鏇修”判斷限值，為車輪鏇修判定提供依據。

為實現本發明所述目的，本發明提供一種軌道交通車輛輪對鏇修的評定方法，包含以下步驟：

步驟1、建立車輪多邊形的階次與車內噪聲頻譜中的頻率對應關系；

式中，n為車輪非圓的階次；v為列車運行的速度，單位為m/s；d為車輪直徑，單位為m；fn為車輪n階非圓對應的激勵頻率，單位為hz；

步驟2、測量車廂內噪聲，測試方式為車輛勻速狀態的轉向架輪對正上方車內噪聲；

步驟3、對獲取車廂內噪聲進行頻譜分析，根據測點處噪聲信號頻譜第一峰值聲壓級與均值之差△l的大小進行車輪非圓等級評判，評判依據具體分為3個等級：

當△l不超過15db時，認為車輪非圓不明顯，車輪狀態良好，車輪非圓等級為3級，；

當△l介于15db～25db時，認為車輪非圓狀態一般，車輪非圓等級為2級；

當△l超過25db時，認為車輪非圓特征顯著，車輪狀態惡劣，車輪非圓等級為1級；

步驟4、對車輛輪對是否需要鏇修評定，評定標準為：

第一種：車輪非圓特征等級為1級，而且轉向架正上方車內噪聲a計權等效聲壓級大于等于75dba，則判定為鏇修；

第二種：車輪非圓特征等級為2級，而且轉向架正上方車內噪聲a計權等效聲壓級大于等于80dba，則判定為鏇修；

第三種：車輪非圓特征等級為3級或轉向架上方車內噪聲a計權等效聲壓級小于75dba；則判定維持現狀。

本發明的有益效果是：基于車內噪聲原理，通過車內噪聲監測，利用其頻譜特性快速判斷車輪多邊形特征，并且，采用車內噪聲總值與車輪非圓等級，結合現場高速列車運用維護實際情況，制訂具有現場可操作性的車輪“鏇修”判斷限值，為車輪鏇修判評定提供依據，進而解決了高速車輪鏇修的兩個急需解決的現場問題，具有顯著的經濟價值。

附圖說明

圖1是本發明的車內噪聲頻譜、車輪非圓階次及車輪表面粗糙度的示意圖；

圖2是本發明的軌道車輛輪對非圓特征等級評定示意圖。

具體實施例

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明，以高速動車組為例。

建立車輪多邊形的階次與車內噪聲頻譜中的頻率對應關系；

式中，n為車輪非圓的階次；v為列車運行的速度，單位為m/s；d為車輪直徑，單位為m。fn為車輪n階非圓對應的激勵頻率，單位為hz；

當列車運行速度為300km/h、車輪直徑為0.86m、階次n為1時，f1對應的頻率為30.8hz，對應車輪一階偏心引起的車輪旋轉激勵頻率，若階次n為19時，f19對應的頻率為586.0hz，對應車輪19階車輪非圓導致的輪軌激勵頻率；

一個轉向架對應四個車輪，當某一個車輪具有較顯著非圓特征時，這會影響到整個轉向架上方的噪聲頻譜，使其具有相應的強迫響應頻率峰值，所以各個車輪的影響是疊加的。

圖1給出了典型的轉向架車輪非圓特征與車內噪聲頻譜。車輪非圓數據包括整個轉向架所有的4個車輪。為了明確車輪非圓與車內噪聲的相干關系，車輪多邊形階次坐標已轉變成車內噪聲的頻率坐標，計算公式如(1)式所示。列車運行速度為300km/h，車輪名義直徑為0.86m，車內噪聲測點位于該轉向架中心上方的車廂內部。

由圖1可見，車輪非圓在1階、10階、15階、18階、19階和23階具有較顯著局部峰值，這些峰值階次對應的頻率非常明顯地體現到車內噪聲頻譜中。換言之，車輪非圓階次與車內噪聲頻譜中的峰值對應關系明確。

以此為依據，針對高速車輪運維兩個急需解決的現場問題，本發明基于車內噪聲原理，提出通過車內噪聲測試，獲取運營情況下勻速狀態的轉向架上方車內噪聲，再對其進行頻譜分析，根據測點處噪聲信號頻譜第一峰值聲壓級與均值之差△l的大小進行車輪非圓等級評判。評判依據具體分為3個等級見圖2：

當△l不超過15db時，認為車輪非圓不明顯，車輪狀態良好，車輪非圓等級為3級，如圖2最下方子圖所示；

當△l介于15db～25db時，認為車輪非圓狀態一般，車輪非圓等級為2級，如圖2中間子圖所示；

當△l超過25db時，認為車輪非圓特征顯著，車輪狀態惡劣，車輪非圓等級為1級，如圖2最上方子圖所示。

考慮到實際現場測試數據中，往往有不少在630hz頻段內出現多個顯著尖峰的現象，而其對應的車輪非圓測試數據發現車輪可能在該高階非圓附近連續幾個階次都較顯著，對此，在根據上述標準判定的非圓特征等級的基礎上提升1級，最高截止于1級。

考慮到動車庫、鏇床設備和人力資源調配的實際情況，應現場工程師反饋信息和動車所要求，對車輪非圓測試或鏇修迫切狀態劃分成“鏇修”和“維持現狀”兩種狀態，具體評判依據如下：

表1車輪鏇修評定限值

定義動車組整車的車輪非圓化測試和車輪鏇修工作安排分成“鏇修”和“維持現狀”兩種狀態，“鏇修”表示建議對車輪進行鏇修或車輪非圓測試，“維持現狀”表示不作處理，維持現在的狀態。

第一種：車輪非圓特征等級為1級，而且轉向架上方車內噪聲a計權等效聲壓級大于等于75dba，則判定為“鏇修”；

第二種：車輪非圓特征等級為2級，而且轉向架上方車內噪聲a計權等效聲壓級大于等于80dba，則判定為“鏇修”；

第三種：車輪非圓特征等級為3級或轉向架上方車內噪聲a計權等效聲壓級小于75dba；則判斷為“維持現狀”。

本發明基于車內噪聲原理，通過車內噪聲監測，利用其頻譜特性快速判斷車輪多邊形特征，結合現場高速列車運用維護實際情況，制訂具有現場可操作性的車輪“鏇修”判斷限值，為車輪鏇修判定提供依據。