如何解决车辆通过曲线时车轮产生啸叫声

如何解决车辆通过曲线时车轮产生啸叫声 如何解决车辆通过曲线时车轮产生啸叫声Andr6Kofmehl(瑞士)27 文章编号:1002—7610(2012)02—0027—04 如何解决车辆通过曲线时车轮产生啸叫声 Andr6Kofmehl(瑞士) 摘要:概述了车辆通过曲线时车轮产生啸叫声的原因,并提出了解决啸叫声的方法. 关键词:车轮;啸叫声;润滑;瑞士 中图分类号:U270.331.1文献标识码:B HowtoSolveWheelsScreechingwhenVehiclesNegotiatingCurves Andr4Kofmehl(Switzerland) Abstract:Thecausestowheelsscreechingwhenvehiclesnegotiatingcurvesaredescribedge nerally,and themethodtosolvescreechingisputforward. Keywords:wheel;screeching;lubrication;Switzerland 许多铁路运营商都明确表示打算消除过曲线时车 轮产生的啸叫声.作者对该课题花费了20年时间进 行研究,本文总结其研究成果,并公布了解决的. 专家都知道为何列车通过曲线时会发出啸叫 声.产生啸叫声的原因主要是内侧轨轨头的粘滑效 应,其次是轮缘和外侧轨道边缘相互接触(图1).这 些形式的摩擦引起所有车轮振动.这种振动形式好 比音乐杯产生的振动,不同之处在于车轮的振动频 率最高可达8000Hz,在极端情况下音量高达ll0 dB.在制动的时候也会出现相似的现象,除了产生 噪声,还会导致摩擦件磨损.这种摩擦会导致诸如 钢轨顶面形成短波波纹(图2),以及轮缘和/或钢轨 边缘磨损这样的后果. 图1通过曲线时的摩擦面 收稿日期:201l_O5—24 图2外侧轨道形成的短波波纹 1啸叫声 内外侧钢轨振动形成的方式不同,因此产生的啸 叫声也不一样.一方面轮缘处产生的具有尖声调的刺 耳噪声,是由损害轮对的附加张应力引起的,该噪声重 复发生的间隔非常短.另一方面,钢轨表面的粘滑效 应产生的噪声与汽笛的呜咽声相似.经测量,每秒钟 能产生高达1000次噪声.这两种类型的啸叫声测得 的频率和音量相同. 当出现啸叫声的时候,通常是2种类型的啸叫声 同时出现,不过在某些曲线上也可能只出现其中一种 啸叫声.大多数情况下,只对内侧轨轨头进行处理,然 而与其相对的外侧轨道的啸叫声也随之消失了.如果 通过加湿改变轨头摩擦系数,摩擦对轮对的影响会比 干燥状态小,从而减少了对外侧轨道的压力. 没有必要在整个曲线长度的轨头上涂上一整层润 28国外铁道车辆第49卷第2期2o12年3月 滑剂.即使是一层消耗殆尽的润滑剂也足以防止激振 发生,因为振动需要一定的时间传递.如果振动的累 积被反复打断,就不会发出噪声. 2对策 为了消除过曲线产生的啸叫声,必须减少或阻止 车轮与钢轨之间的激振.可通过减小摩擦系数的方法 实现.专家经常把使摩擦系数发生改变的产品称为 "摩擦改进剂".简单地说,摩擦改进剂其实就是在两 个相互摩擦的表面使用的润滑剂,但是专家并不喜欢 使用术语"润滑剂".本文中,作者无视这种习惯,使用 "润滑剂"而不是"摩擦改进剂". 也可以使用其他一种或多种方法相结合减少啸叫 声.诸如在车轮和钢轨上贴上机械消音装置和/或在 轨道旁边架设吸声结构.这些解决方案不采用润滑 剂,不属于本文讨论的范畴. 2.1润滑系统 在市面上有许多各式各样的润滑系统,均可用于 将润滑剂涂到车轮和钢轨上.然而,直到现在还没有 能直接润滑轨头的系统.大多数铁路运营商认为轨头 是不可侵犯的.引入润滑系统必须要满足所有与安全 相关的条件,此外还包括可靠,容易操作和满足环保标 准.从而使得情形更加复杂,如果未来系统需要扩展, 还会产生更多费用.安装使用这些系统将是一大笔费 用支出. 为了防止过曲线产生啸叫声,必须使用润滑系统 对曲线内侧的轨头和曲线外侧的轮缘或钢轨边缘分别 进行润滑.直接在车轮运行表面涂润滑剂毫无意义, 因为由于离心力作用润滑剂会被甩掉.大多数情况下 已经安装了轮缘或钢轨外沿润滑系统. 2.2引入轨头润滑系统的 润滑系统必须保证当轨头上润滑剂即将耗尽时能 够及时对轨头进行润滑.必须在给定时段的特定时 间,将规定数量的润滑剂喷涂在规定位置(钢轨内侧 和/或外侧,顶面和/或边缘).润滑系统如想获得成 功,必须至少满足上述4个条件中的3个.在此基础 上还要妥善处理既有条件的限制,如轨道布局,曲线半 径和列车通过频次. 2.3各种润滑系统的比较 目前市场上存在的润滑系统根据功能,安装和维 护不同,大致分为2大种类.简单地说,就是固定式和 移动式润滑系统.固定式润滑系统安装在轨道上,分 别用单独的头对外侧钢轨的边缘和内侧钢轨的轨头涂 润滑剂.油膜覆盖住车轮驶过的整个弯道.不利的天 气条件可能会损耗润滑油膜,因此,损耗了就必须要重 建油膜.在完成重建之前,啸叫声依旧会出现. 移动式润滑系统又可细分为机械施加润滑剂型和 喷涂型.现在石墨棒仍在一些国家得到广泛应用,可 以非常简单地把石墨棒夹安装在转向架上,这是一种 令人信服的低成本技术.然而它的缺点是不能满足上 述主要标准,例如,既不能度量需要使用的剂量多少, 也不能确定时间间隔.这些限制因素意味着石墨棒总 是消耗得很快. 润滑剂喷涂系统(图3)在600kPa,800kPa(6 bar~8bar)气压下工作.该系统的缺点是由于许多 现代轨道车辆,尤其是有轨电车不再内置空气压缩系 统,所以需要另外配置空气压缩机.移动式润滑剂喷 涂系统易于维护而且价格便宜.1支车队只要很少的 车辆配备该系统,就能解决所有噪声问题严重的弯道. 图3用轨头喷嘴喷涂润滑剂 2.4保证安全的电控系统 20年前,在轨头施加润滑剂是不可能的.由于电 子技术和GPS应用的发展,现在市面上的产品已经可 以精确控制润滑剂的使用.如果安装最合适的控制 器,就可以免装车载曲线感应器.电子控制器应该是 独立的系统,这是广泛应用移动式轨头润滑系统的前 提条件.这种控制器从既有的GPS装置或网络指挥 控制系统上接收信号,事先被告知线路每条曲线的开 始和结束位置,以及曲线方向.控制器利用这些数据, 在充分考虑预先确定的喷涂时间和精确的润滑剂用量 后,计算出喷涂润滑剂间隔时间,并对相关的轨头进行 润滑.喷涂系统在潮湿的天气下停用.喷涂系统不会 过多使用润滑剂,因为做了多种预防工作,包括监测在 同一区域内同时有多少配有喷涂系统的车辆在运行, 如市中心正在运行的有轨电车的数量.当达到一定数 量的时候,就会选定一些润滑系统停止工作. 如何解决车辆通过曲线时车轮产生啸叫声Andr6Kofmehl(瑞士)29 至今,这种多功能的控制系统只被安装在移动式 润滑剂喷涂系统.如果喷涂控制器是独立于网络指挥 和控制系统之外的,要对其进行更改也很方便快捷. 也可以使用司机室的短弹簧控制杆,手动开启向 轨头喷涂润滑剂(图4).但这种方式非常依赖司机, 因此,司机遵守操作规程显得非常重要. 图4集成在司机控制台上的润滑系统控制杆 2.5润滑系统的工作原理 固定式和移动式润滑系统形成油膜的方式是不同 的.油膜的作用是保持摩擦系数恒定.固定式润滑系 统是通过在单点用压力喷嘴或贯通轨身的/J,~L喷涂润 滑剂.也有些系统是在轨道的一侧安装润滑盘,从其 缝隙中挤出润滑剂.而移动式润滑系统则是沿着轨头 均匀地喷涂润滑剂形成油膜. 采用固定式系统,在很短的时间内就会在线路或 轨道边缘形成污染(图5).多余的油脂会附着泥土和 沙子.这样会导致轨头失去附着力,可能还会导致危 险情况的发生,尤其是对于有轨电车运营.在一些地 区,运营商会在钢轨两侧安装油槽.这样可以收集没 有命中喷涂区域或者多喷的油.每当下雨的时候,油 会溢出并污染土地. 移动式喷油系统需要定期对其功能和喷头位置进 行检查,这些简单的检测可以在库房执行.这套系统 被为不会过多喷涂润滑油.选择固定式还是移动 式喷油装置的决定因素是效率和性价比. 3合适的轨头润滑剂 适合润滑轨头的润滑剂配方必须有以下特性:高 比例固态润滑剂,易于形成具有恒定摩擦系数的油膜, 有防水效果的良好的干式附着特性,有良好的铺展性 和生物降解能力. 图5固定式轨头润滑器 高比例固态润滑剂保证了期望的摩擦系数能够维 持很长时间.当受到高压,固体润滑剂会填满钢轨和 车轮表面的微小缝隙和/J,~L.这样就增加了摩擦件的 接触面积,使油膜更加稳定.不含高比例(例如小于 15)固态润滑剂的润滑油脂不能满足要求,因此,不 得不加大使用剂量.结果可能会导致过度润滑和润滑 剂飞溅的危险,产生负面作用.另一个重要的特性是 润滑剂要具有防水性,不会因为潮湿的天气改变摩擦 系数. 瑞士苏黎世的Igralub公司通过与众多润滑系统 生产商多年的合作,已开发出大量合适的润滑剂. 4试验和使用案例 任何试图购买润滑系统的客户在最终做决定之 前,都要了解润滑系统确实能减少列车过曲线产生的 啸叫声.让客户放心的好办法是事先进行现场噪声检 测试验.至少在试验初期,润滑剂必须能提供令人信 服的结果.在干燥的天气用刷子或喷雾器手工喷涂润 滑剂足以满足试验目的.尽管这种喷涂润滑剂的方式 违背了铁路安全相关措施,不过还是允许的.这样试 验就不需要耗费大量的时间和人力就能得到有意义的 结果.随后用噪声测试仪评估试验结果,并写出试验 报告. 采用这种试验方法事先假定试验人员有能力准确 确定在曲线上何处进行测试.因此,应该在试验前对 曲线发生的啸叫声进行分析.然后把具有良好铺展性 的润滑剂喷涂在轨头上,从曲线起始处以前就开始喷 涂.只需要喷涂一遍.过多地喷涂润滑剂会产生粘着 力降低问题,立即就能在车辆上反应出来.如果在试 验中出现这种情况,很难使客户信服这种轨头润滑方 式.一旦一辆或多辆车通过测试位置,用手指就足以 3O国外铁道车辆第49卷第2期2012年3月 检查整个曲线长度是否覆盖润滑剂,以及轨头上是否 已经开始形成油膜. 上述试验过程后通常会紧跟一个制动试验.作为 一 个附加指标,水被泼在油膜上.如果客户偏爱移动 式喷涂系统,可能要改造现有的轮缘润滑系统,以满足 轨头试验.只要稍微改造一下喷嘴方向,使其不再对 准轮缘而对准轨头.建议将轨头喷嘴安装在前转向架 后面.接下来说明喷涂指令的作用.指令通过安装在 司机控制台的短弹簧控制杆发出.在试验阶段,没有 必要对左侧和右侧轨道区别对待,实际上,用于试验的 简化设备并没有安装具有选择两条钢轨中的一条进行 处理这样功能的机械设备. 在短弯道,润滑系统控制杆开启约10S完成一次 润滑剂喷涂.如果长弯道lOS不够,就再次开启控制 杆,再次喷涂润滑剂.试验设备足以适应在任何弯道 喷涂润滑剂和评估系统初步效果. 使用固定式润滑系统的情况下,为了节约成本,通 常在一个弯道只安装一台试验装置.需要的润滑装置 数量取决于所选择的系统.对于固定式润滑系统,噪 声严重的弯道数量决定了需要的润滑装置数量.对于 移动式润滑系统,车队的规模是决定因素.对于有轨 电车运营商来说,整个车队最多需在5辆,7辆车上 安装.运营商也可以只使用1辆轨道服务车对所有的 弯道进行维护.更小规模的有轨电车网络可以选用道 路或道路/轨道两用服务车对钢轨进行维护,包括防止 过曲线时车轮发出的啸叫声.这也是一种切实可行的 解决方案. 采购这两种型式的润滑系统,费用上也有很大差 异.购买一套固定式润滑系统的费用,可以购买3套 , 4套移动式润滑系统. 5使用经验 由于GPS的引入和电控技术的进一步发展,轨头 润滑器的需求大幅增加. 多年来,Igralub公司活跃在消减列车过曲线时轮 轨产生啸叫声这一领域,对各种润滑系统具有丰富的 经验.噪声降低最大值达到了20dB,噪声持续时间 减少了多达98.轨头润滑的好处是不但能减少过 曲线时的啸叫声,还能防止直线上轨头和车轮接触面 形成短波波纹. 改用具有高比例固态润滑剂的配方也能带来性能 的提升,包括使既有的固定式润滑系统的性能最佳化. 经验表明,采用这样一个改变,就能减少相当多的润滑 剂使用量. 亚洲也在付出巨大的努力进行噪声控制.2008 年,Igralub公司在香港为KCRC公司进行有轨电车 过曲线的噪声控制工作,车轮发出的啸叫声下降了 90%以上.瑞士,德国和奥地利的铁路和有轨电车运 营商也宣布取得了类似的效果. 延长润滑处理时间之后,测得的轨头摩擦系数在 0.25,0.5之间,平均0.37. 如果润滑系统想在减少弯道车轮啸叫声方面取得 成功,那就必须事先保证满足本文中提及的安全标准. 陈铭译自《RTR)>2009, ?3,12,15 阎锋校 西门子公司准备推出第四代Velaro 西门子公司正对首列第四代Velaro高速列车进 行最后的收尾工作,2010年晚些时候向其用户德 国铁路(DB)交付.VelaroD为8辆编组,DB将其归 类为407型.列车可运输460名乘客,比上一代406 型ICE3列车多运输3O名,407型列车可与ICE3列 车联挂运行. 2007年年末,DB为15列多制式高速列车招标, 标书规定了6000多个个性化要求.2008年12月,西 门子公司赢得了这份价值5亿欧元的.2009年 10月,首列VelaroD在西门子公司德国克雷菲尔德 工厂开始组装. 2010年8月,首列VelaroD将开始调试,列车将 首先在德国,法国和比利时进行运行检验.西门子公 司将于2011年第三季度向DB交付列车,列车将于 2011年12月份冬季列车时刻表变更时,投入法兰克 福至法国多个城市之间的线路上运营. 首列VelaroD将在2010年9月21日一24日举 行的德国柏林国际轨道交通技术展览会上展出. 邹婷婷译自《IRJ》2010,No5,8 阎锋校