CRH3A型动车组异常振动分析及解决方法研究.pdf

Open Journal of Transportation Technologies 交通技术交通技术,2023,12(4),315-321 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ojtt https:/doi.org/10.12677/ojtt.2023.124035 文章引用文章引用:朱朝全,严皓,杜新宇.CRH3A 型动车组异常振动分析及解决方法研究J.交通技术,2023,12(4):315-321.DOI:10.12677/ojtt.2023.124035 CRH3A型动车组型动车组异常振动分析及解决方法研究异常振动分析及解决方法研究 朱朝全朱朝全1，严，严 皓皓2，杜新宇，杜新宇2 1中国铁路成都局集团有限公司，四川 成都 2中国铁路成都局集团有限公司成都动车段，四川 成都 收稿日期：2023年3月30日；录用日期：2023年7月11日；发布日期：2023年7月20日 摘摘 要要 针对针对CRH3A型动车组在运行过程中在特定地点出现异常抖动的情况，调查了异常抖动车组的车辆状态，型动车组在运行过程中在特定地点出现异常抖动的情况，调查了异常抖动车组的车辆状态，分析了车辆与实际钢轨匹配的等效锥度和轮轨接触关系。通过对分析了车辆与实际钢轨匹配的等效锥度和轮轨接触关系。通过对CRH3A型动车组等效锥度进行分析，结型动车组等效锥度进行分析，结果表明：果表明：CRH3A型动车组镟修周期内踏面凹型磨耗严重，在与实际磨耗轨匹配时，接触点存在跳跃情况，型动车组镟修周期内踏面凹型磨耗严重，在与实际磨耗轨匹配时，接触点存在跳跃情况，以至于轮轨实际匹配等效锥度过大，轮轨匹配关系不佳，通过合理制定钢轨打磨方案，及时安排车组镟以至于轮轨实际匹配等效锥度过大，轮轨匹配关系不佳，通过合理制定钢轨打磨方案，及时安排车组镟修，可有效改善轮轨匹配关系。修，可有效改善轮轨匹配关系。关键词关键词 动车组动车组，镟修周期，等效锥度，稳定性，镟修周期，等效锥度，稳定性 Study on Abnormal Vibration and Solution for CRH3A EMU Chaoquan Zhu1,Hao Yan2,Xingyu Du2 1China Railway Chengdu Group Co.,Ltd.,Chengdu Sichuan 2Chengdu EMUs Depot,China Railway Chengdu Group Co.,Ltd.,Chengdu Sichuan Received:Mar.30th,2023;accepted:Jul.11th,2023;published:Jul.20th,2023 Abstract The abnormal vibration of CRH3A EMU at some specific locations is investigated,and the equivalent conicity of wheelset and wheel-rail contact relationship for the actual rail and wheel were analyzed.Through the analysis of the equivalent conicity of CRH3A,the results show that the wheel wear of CRH3A is serious during the turning repair cycle.The wheel matching with the actual rail,there is a jump at the contact point,so that the equivalent conicity of the actual wheel-rail matching is too large,and the wheel-rail matching relationship unreasonable.Through the reasonable formulation 朱朝全 等 DOI:10.12677/ojtt.2023.124035 316 交通技术 of the rail grinding and the timely arrangement of the wheelsets repair,the wheel-rail matching relationship can be effectively improved.Keywords EMU,Turning Repair Cycle,Equivalent Conicity,Stability Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 动车组轮对使用寿命是运用单位重点关注的问题之一，其运用状态对车辆的安全性、舒适性和平稳性等动力学性能至关重要，其运维管理手段还会导致对生产组织安排以及修程修制优化等产生影响。因此，掌握轮对的应用情况对车辆的运行以及管理都十分重要。针对当前运行的动车组而言，涉及 LMA、LMB、LMD 及 XP55 等多种车轮踏面廓形，各踏面廓形的轮轨接触状态也存在较大的差异。此外，各动车组运行速度等级、车辆系统一系二系悬挂参数以及模态的影响，导致车辆在线路运行时可能出现各种异常振动的情况。等效锥度作为轮对接触关系分析的关键指标，该参数可以掌握轮对和钢轨的接触状态，分析车辆的异常振动原因。车辆异常振动的研究文献很多，主要针对当前对车辆振动影响较大的晃车抖车影响因素进行分析，其研究成果对车辆异常振动的控制也取得了一定的效果。余喆1等通过仿真计算分析，研究了钢轨廓形对车体低频晃动的影响，主要分析了钢轨廓形与等效锥度的关系，并探讨了不同廓形匹配对车辆晃车的影响，进而为控制车辆晃动以及钢轨打磨提供了参考方法。厉鑫波2针对城际列车的晃车现象，通过实测对车辆平稳性、时频特征等相关信号的分析，掌握了车辆晃动的典型特征，并采用 ODS 分析方法深入分析了整车的振动情况，探究了车辆蛇行失稳是导致晃车主要原因，并通过试验数据分析验证了该机理。陈经纬3研究了钢轨打磨廓形对车辆异常振动的影响，分析不同钢轨廓形对应的轮轨接触关系对车辆振动响应之间的变化规律，并研究了钢轨轨距角打磨量变化导致的等效锥度变化，从而分析对车辆运行性能的影响，该研究进一步说明了车辆运行性能与钢轨打磨之间的关系，有效指导钢轨合理打磨。侯茂锐4分析了不同踏面廓形与实测钢轨的等效锥度变化，给出了锥度的变化范围，为合理的轮轨匹配状态提供了支撑。以上研究重点分析了钢轨廓形变化导致轮轨接触关系变化对车辆晃动的影响，但车辆实际运行过程中，车辆仅在局部区间有晃车、抖车现象均有发生，其影响因素较复杂。本文针对 CRH3A 型动车组进行深入研究，通过分析 CRH3A 型踏面与实际磨耗钢轨匹配关系，研判车辆运行中出现异常振动的原因，进而得到通过轮轨镟修及钢轨打磨均可改善轮轨关系的结论，可有效减少晃车抖车等异常情况的发生。2.异常振动调查异常振动调查 针对 CRH3A 的晃车现象，选用 1 组线路运行的车辆进行了跟踪测试，在车体、构架以及轴箱上加装加速度传感器，通过跟踪实验测试分析车辆异常振动的特征，为故障的排查和整治提供了参考。通过跟踪测试分析，CRH3A 动车组在成绵乐交路运行时，特定的线路区间存在异常振动的情况，其振动区段分布特征上具有高度集中的特性，主要发生在站台及附近区段，过站台时异常振动现象尤为明显，严重的情况构架达振动达到了 1 g 的加速度值，而正线上振动基本上在 0.3 g 以内，如图 1、图 2 所示。Open AccessOpen Access朱朝全 等 DOI:10.12677/ojtt.2023.124035 317 交通技术 而车辆正线上运行时车辆处于稳定状态，并未发现异常振动的情况，但在站台附近振动加速度产生了明显的谐波，即出现周期性振动，其横向加速度连续 10 次超过 0.8 g，该处平稳性也严重超标，根据GB5599-2019 5和高速动车组整车试验规范，此时车辆已经处于失稳状态，导致车体出现异常振动特征，说明车辆在站台区间轮轨接触关系存在不合理的匹配。根据跟踪测试数据分析发现，车辆在站台附件 5 公里范围内的高速过站台时异常振动现象尤为明显，且不同车轮镟修周期内车辆高速过站台时均存在异常振动现象，可以断定异常振动的区间相对集中，跟线路维护状态以及道岔设置存在一定关系。此外，为了研究研究过站台的轮轨接触关系的变化，还研究了踏面廓形对应的等效锥度变化情况，实测轮对廓形与标准钢轨匹配等效锥度在 0.3050.376 之间，均值为 0.335，满足运用标准规定的范围，如图 3 所示。根据运维经验，当等效锥度值大于 0.4 时可能造成车辆的异常振动现象，小于该值的情况下观察运行。Figure 1.The vibration of bogie 图图 1.构架振动特性 Figure 2.The transverse harmonics vibration of bogie for CRH3A 图图 2.CRH3A 构架横向振动谐波 Figure 3.The distribution of equivalent conicity 图图 3.等效锥度分布 朱朝全 等 DOI:10.12677/ojtt.2023.124035 318 交通技术 3.异常振动原因分析异常振动原因分析 通过以上现象分析，车辆在线路上运行出现晃车抖车情况，主要是轮轨接触关系的不合理匹配所致，即评判轮轨接触关系的等效锥度。此外，车辆在站台附近表现明显，表明道岔对车辆振动的影响也需要关注。3.1.等效锥度影响等效锥度影响 车辆在线路上运行时，车轮和钢轨的接触区域与轮对横向移动位置、轮对摇头角、车轮踏面外形、钢轨踏面外形有关等因素均相关，而由于轮轨磨耗、轨距偏差等现实原因的影响，轮轨接触关系具有很强的离散性，而等效锥度能有效评估轮轨接触关系。等效锥度是衡量动车安全运行的重要指标，若等效锥度过大，可能导致车辆发生蛇形失稳。针对轮轨接触状态的分析，调研了 8000 余条 CRH3A 型动车组轮对踏面的等效锥度分布情况，通过锥度的变化可以深入研究车辆异常振动的原因。对镟修前等效锥度进行统计分析后发现，CRH3A 型动车组镟修前与标准钢轨对应的名义等效锥度集中分布于 0.30.32，部分轮对等效锥度出现了大于 0.35 的情况，如图 4 所示，实际钢轨廓形跟实际的轮对踏面匹配的等效锥度会存在一定的差异，整体会出现偏大的趋势，等效锥度增加导致轮轨接触点从滚动圆处向轮缘根部移动，使轮对与钢轨发生贴靠，导致转向架出现失稳，从而引起车体共振，持续时间过长或导致转向架失稳，引起安全运行风险。图 5 分析了跟踪动车组在不同走行里程下等效锥度的变化情况，不难发现该车组在镟修初期锥度值变化较快，运行 10万公里就能达到 0.3 左右，后续随着运行里程增加等效锥度变化趋于平缓，接近轮对镟修时等效锥度变大，车辆的临界速度就减小，尤其踏面接近镟修周期前，踏面的凹陷磨耗严重，车辆更容易出现失稳而引起抖车的情况。因此，车辆发生异常振动主要为轮对镟修的中后期，磨耗量会增加，超过了 0.5 mm，部分轮对存在等效锥度恶化的情况，与实测钢轨的等效锥度最大为 0.59，临近镟修周期时接触点在凹陷磨耗区域存在跳变，这将导致左右轮径差改变会严重影响等效锥度大小，还将引起轮轨的相对滑动，从 Figure 4.The distribution