CN107167233B - 一种轨道交通车辆轮对镟修的评定方法 - Google Patents

Abstract

一种轨道交通车辆轮对镟修的评定方法，首先建立车轮多边形的阶次与车内噪声频谱中的频率对应关系；

测量车厢内噪声；对噪声进行频谱分析，评判车轮非圆等级，当噪声信号频谱第一峰值声压级与均值之差△L不超过15dB时，非圆等级为3级；当△L介于15dB～25dB时，为2级；当△L超过25dB时，为1级；镟修评定，评定标准为：等级为1级，且噪声A计权等效声压级大于等于75dBA，则判定为镟修；等级为2级，且噪声A计权等效声压级大于等于80dBA，则判定为镟修；等级为3级或转向架上方车内噪声A计权等效声压级小于75dBA；则判定维持现状。利用本发明方法制订具有现场可操作性的车轮“镟修”判断限值，为车轮镟修判评定提供依据，进而解决了高速车轮镟修的两个急需解决的现场问题，具有显著的经济价值。

Description

一种轨道交通车辆轮对镟修的评定方法

技术领域

本发明涉及一种轨道交通车辆轮对的镟修评定方法，具体涉及一种基于车内噪声监测及车轮多边形特征镟修的评定方法，应用于轨道交通高速动车组车辆领域。

背景技术

随着高速铁路网的日益发展,高速动车组有着广阔的应用前景,而转向架在长大距离下的高强度、高密度运行,是整个动车组的核心部件,而轮对又是转向架中直接与钢轨接触的部件,受力复杂,因此极易出现诸如轮缘磨耗、轮径差、踏面剥离等损伤，对轨道车辆的行车安全性、乘坐舒适性以及钢轨使用寿命都有重要影响，因此需要对轮对进行镟修处理，以维持轮对正常的几何参数。

根据高速列车运营情况分析，部分高速列车出现轴振动异常、车内噪声急剧增加等问题，主要是高速列车轮对上均存在不同程度的高阶多边形所致，如图1所示，以18-22变形占主导，容易在运行情况下激发三分之一倍频带中心频率630Hz的车辆/轨道系统振动，形成显著振动噪声响应。国内外专家、学者对车轮对上存在的高阶多边形进行大量分析论证，如Kreuze对荷兰铁路上出现的车轮多边形情况进行了调查与统计；ohansson对3阶车轮非圆进行了深入调查与分析；金学松等对地铁9阶车轮非圆进行了深入调查，分析其成因并提出了有效的减控措施；韩光旭调查分析了高铁20阶车轮非圆的特征及其对振动噪声响应的影响，并初步分析了其成因。

截至目前，对车轮多边形(尤其是18-22高阶)的产生、形成和发展的内在机理认识还远远不够，短时期内想从车辆/轨道系统结构上采取有效防控措施还难以实现。现在最有效的办法是对问题车轮进行镟修，将已出现的显著车轮多边形镟削掉。但在实施对问题车轮进行镟修过程中存在两个问题：(1)由于逐个对车轮进行周向非圆测试，然后判断车轮多边形特征，在路局大量运营列车和动车库作业时间有限的实际现场情况下，不具备实际操作可行性，因此，高速列车运用维护需要有快速判断车轮多边形特征的方法。(2)考虑到镟床资源有限且车轮镟修耗时较长，且频繁镟轮会加速车轮磨耗到限，从而造成高速列车运营成本急剧增高，如何在保障高速列车安全、舒适运行不受车轮高阶非圆影响的前提下，对存在车轮非圆的车轮进行“镟修”判定。

因此，研究轨道车辆轮对的镟修策略，提高轨道车辆轮对对运行安全性与降低检修成本，具有重要的经济价值和工程意义。

发明内容

本发明的目的是针对轨道车辆轮对镟修的两个急需解决的问题，提供一种轨道交通车辆轮对的镟修评定方法，基于车内噪声监测原理、车轮多边形特征，采用车内噪声总值与车轮非圆等级，进而制订具有可操作性的车轮“镟修”判断限值，为车轮镟修判定提供依据。

为实现本发明所述目的，本发明提供一种轨道交通车辆轮对镟修的评定方法，包含以下步骤：

步骤1、建立车轮多边形的阶次与车内噪声频谱中的频率对应关系；

式中，n为车轮非圆的阶次；v为列车运行的速度，单位为m/s；D为车轮直径，单位为m；f_n为车轮n阶非圆对应的激励频率，单位为Hz；

步骤2、测量车厢内噪声，测试方式为车辆匀速状态的转向架轮对正上方车内噪声；

步骤3、对获取车厢内噪声进行频谱分析，根据测点处噪声信号频谱第一峰值声压级与均值之差△L的大小进行车轮非圆等级评判，评判依据具体分为3个等级：

当△L不超过15dB时，认为车轮非圆不明显，车轮状态良好，车轮非圆等级为3级，；

当△L介于15dB～25dB时，认为车轮非圆状态一般，车轮非圆等级为2级；

当△L超过25dB时，认为车轮非圆特征显著，车轮状态恶劣，车轮非圆等级为1级；

步骤4、对车辆轮对是否需要镟修评定，评定标准为：

第一种：车轮非圆特征等级为1级，而且转向架正上方车内噪声A计权等效声压级大于等于75dBA，则判定为镟修；

第二种：车轮非圆特征等级为2级，而且转向架正上方车内噪声A计权等效声压级大于等于80dBA，则判定为镟修；

第三种：车轮非圆特征等级为3级或转向架上方车内噪声A计权等效声压级小于75dBA；则判定维持现状。

本发明的有益效果是：基于车内噪声原理，通过车内噪声监测，利用其频谱特性快速判断车轮多边形特征，并且，采用车内噪声总值与车轮非圆等级，结合现场高速列车运用维护实际情况，制订具有现场可操作性的车轮“镟修”判断限值，为车轮镟修判评定提供依据，进而解决了高速车轮镟修的两个急需解决的现场问题，具有显著的经济价值。

附图说明

图1是本发明的车内噪声频谱、车轮非圆阶次及车轮表面粗糙度的示意图；

图2是本发明的轨道车辆轮对非圆特征等级评定示意图。

具体实施例

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，以高速动车组为例。

建立车轮多边形的阶次与车内噪声频谱中的频率对应关系；

式中，n为车轮非圆的阶次；v为列车运行的速度，单位为m/s；D为车轮直径，单位为m。f_n为车轮n阶非圆对应的激励频率，单位为Hz；

当列车运行速度为300km/h、车轮直径为0.86m、阶次n为1时，f₁对应的频率为30.8Hz，对应车轮一阶偏心引起的车轮旋转激励频率，若阶次n为19时，f₁₉对应的频率为586.0Hz，对应车轮19阶车轮非圆导致的轮轨激励频率；

一个转向架对应四个车轮，当某一个车轮具有较显著非圆特征时，这会影响到整个转向架上方的噪声频谱，使其具有相应的强迫响应频率峰值，所以各个车轮的影响是叠加的。

图1给出了典型的转向架车轮非圆特征与车内噪声频谱。车轮非圆数据包括整个转向架所有的4个车轮。为了明确车轮非圆与车内噪声的相干关系，车轮多边形阶次坐标已转变成车内噪声的频率坐标，计算公式如(1)式所示。列车运行速度为300km/h，车轮名义直径为0.86m，车内噪声测点位于该转向架中心上方的车厢内部。

由图1可见，车轮非圆在1阶、10阶、15阶、18阶、19阶和23阶具有较显著局部峰值，这些峰值阶次对应的频率非常明显地体现到车内噪声频谱中。换言之，车轮非圆阶次与车内噪声频谱中的峰值对应关系明确。

以此为依据，针对高速车轮运维两个急需解决的现场问题，本发明基于车内噪声原理，提出通过车内噪声测试，获取运营情况下匀速状态的转向架上方车内噪声，再对其进行频谱分析，根据测点处噪声信号频谱第一峰值声压级与均值之差△L的大小进行车轮非圆等级评判。评判依据具体分为3个等级见图2：

当△L不超过15dB时，认为车轮非圆不明显，车轮状态良好，车轮非圆等级为3级，如图2最下方子图所示；

当△L介于15dB～25dB时，认为车轮非圆状态一般，车轮非圆等级为2级，如图2中间子图所示；

当△L超过25dB时，认为车轮非圆特征显著，车轮状态恶劣，车轮非圆等级为1级，如图2最上方子图所示。

考虑到实际现场测试数据中，往往有不少在630Hz频段内出现多个显著尖峰的现象，而其对应的车轮非圆测试数据发现车轮可能在该高阶非圆附近连续几个阶次都较显著，对此，在根据上述标准判定的非圆特征等级的基础上提升1级，最高截止于1级。

考虑到动车库、镟床设备和人力资源调配的实际情况，应现场工程师反馈信息和动车所要求，对车轮非圆测试或镟修迫切状态划分成“镟修”和“维持现状”两种状态，具体评判依据如下：

表1车轮镟修评定限值

定义动车组整车的车轮非圆化测试和车轮镟修工作安排分成“镟修”和“维持现状”两种状态，“镟修”表示建议对车轮进行镟修或车轮非圆测试，“维持现状”表示不作处理，维持现在的状态。

第一种：车轮非圆特征等级为1级，而且转向架上方车内噪声A计权等效声压级大于等于75dBA，则判定为“镟修”；

第二种：车轮非圆特征等级为2级，而且转向架上方车内噪声A计权等效声压级大于等于80dBA，则判定为“镟修”；

第三种：车轮非圆特征等级为3级或转向架上方车内噪声A计权等效声压级小于75dBA；则判断为“维持现状”。

本发明基于车内噪声原理，通过车内噪声监测，利用其频谱特性快速判断车轮多边形特征，结合现场高速列车运用维护实际情况，制订具有现场可操作性的车轮“镟修”判断限值，为车轮镟修判定提供依据。

Claims (1)

1.一种轨道交通车辆轮对镟修的评定方法，包含以下步骤：

步骤1、建立车轮多边形的阶次与车内噪声频谱中的频率对应关系；

式中，n为车轮非圆的阶次；v为列车运行的速度，单位为m/s；D为车轮直径，单位为m；f_n为车轮n阶非圆对应的激励频率，单位为Hz；

步骤2、测量车厢内噪声，测试方式为车辆匀速状态的转向架轮对正上方车内噪声；

步骤3、对获取车厢内噪声进行频谱分析，根据测点处噪声信号频谱第一峰值声压级与均值之差△L的大小进行车轮非圆等级评判，评判依据具体分为3个等级：

当△L不超过15dB时，认为车轮非圆不明显，车轮状态良好，车轮非圆等级为3级；

当△L介于15dB～25dB时，认为车轮非圆状态一般，车轮非圆等级为2级；

当△L超过25dB时，认为车轮非圆特征显著，车轮状态恶劣，车轮非圆等级为1级；

步骤4、对车辆轮对是否需要镟修评定，评定标准为：

第一种：车轮非圆特征等级为1级，而且转向架正上方车内噪声A计权等效声压级大于等于75dBA，则判定为镟修；

第二种：车轮非圆特征等级为2级，而且转向架正上方车内噪声A计权等效声压级大于等于80dBA，则判定为镟修；

第三种：车轮非圆特征等级为3级或转向架上方车内噪声A计权等效声压级小于75dBA；则判定维持现状。

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