关于铁路货车车辆轮对故障及其解决方案的思考

刘文瑞

（呼和浩特铁路局 包头西车辆段，内蒙古 包头014011）

轮对是铁道车辆走行部的重要部件，它是在承载车辆总重量并高速旋转滚动运行，以及由此产生的冲击振动的状态下工作的。因此，车辆不可避免地要受到损伤。 从轮对的作用可知，轮对是车辆安全运行最重要的因素之一，随着车辆运行速度的不断提高，车辆对轮对的运用性能和安全性要求越来越高。同时，轮对的损伤也越来越严重，不但严重影响车辆安全运行，而且使车辆的运用成本增大。所以，提高车辆轮对的运用性能，延长使用寿命，对确保安全生产、降低工作成本、提高生产效益意义重大。

1 课题研究背景

近年来，随着列车运行速度的提高和长大重载列车的开行，车辆的运行条件发生了一定程度的变化， 轮对损伤情况也变得也较复杂。从生产实践的调研情况来看，轮对踏面擦伤、剥离、圆周磨耗、轮缘垂直磨耗、裂纹等损伤出现不断上升的趋势。 这些损伤带来的危害是可想而知的，如踏面擦伤、剥离会急剧增加车辆的振动，加速零碎部件的损伤；圆周磨耗严重时会导致车轮踏面失去标准外型，车辆运用性能恶化，磨耗速度加快；轮缘垂直磨耗过限后，容易致使轮缘靠轨头过于紧密，造成道岔损伤或夹板螺栓切断，引起脱轨等事故；轮对的缺损、裂纹更是影响车辆安全运行的直接因素。轮对损伤的修复将增加轮对的旋修量，如果超限则要报废，这均导致轮对使用寿命缩短，车辆使用成本增高。

图1

2 轮对损伤的原因分析

从生产实践的调研情况来看，轮对踏面擦伤、剥离、圆周磨耗、轮缘垂直磨耗、裂纹等损伤出现不断上升的趋势。 这些损伤带来的危害是可想而知的，如踏面擦伤、剥离会急剧增加车辆的振动，加速零碎部件的损伤；圆周磨耗严重时会导致车轮踏面失去标准外型，车辆运用性能恶化，磨耗速度加快；轮缘垂直磨耗过限后，容易致使轮缘靠轨头过于紧密，造成道岔损伤或夹板螺栓切断，引起脱轨等事故；轮对的缺损、裂纹更是影响车辆安全运行的直接因素。 轮对损伤的修复将增加轮对的旋修量，如果超限则要报废，这均导致轮对使用寿命缩短，车辆使用成本增高。

2.1 踏面擦伤、剥离原因

通过专题调研发现，轮对踏面擦伤、剥离的主要原因是由于制动机性能达不到列车运行条件变化的要求， 机车司机不能合理操纵，导致轮对在钢轨上滑行。

而造成车轮在轨面上滑行的原因，是车辆在运行中调速或制动后缓解不到位开车，使得制动力大于轮轨间沾着力，导致闸瓦抱死车轮，进而由滚动变为滑动。这种滑行产生的车轮擦伤程度，随着承载重量、滑行距离长度的不同而不同。 载重越大，滑行距离越长，擦伤越严重。制动力大于轮轨之间的粘着力的情况发生在车辆低速运行时施行调速制动，制动力过大的情形。 这是因为空气制动机的特点是空气压力变化控制基础制动装置动作，使闸瓦压迫车轮产生摩擦力，即闸瓦压力。当车辆运行速度较低时，如一次减压量过大，使闸瓦压力产生的制动力矩大于轮对自身转动惯量与轮轨间粘着力矩之和时，车轮便不再转动，这时车辆动能若还未消失，车轮便在轨面上发生滑行，直至动能完全消失为止。 另外，制动停车后再开车时，车辆缓解不彻底或不缓解。 制动机作用不良造成非正常制动发生，运行中产生自然制动或再制动，重车调整手柄位置不正确使空车时产生重车制动力，闸瓦间隙调整不当、闸调器作用不良使制动缸勾贝行程过短；对于长大列车由于制动波速的限制，使前、后部车辆制动、缓解动作的时差较大，造成后部车辆在低速状态下制动；轮轨间接触面不清洁，粘着系数较低等情况，均易造成车轮被抱死，发生滑动，擦伤踏面。 至于车辆在通过小曲线半径的弯道时发生的车轮相对滑动，其擦伤车轮极其轻微，一般不会造成危害。 车轮踏面擦伤后，滚动阻力增大，更易引起滑行，使擦伤扩大。

车轮踏面剥离主要是由于材质不良，存在金属缺陷；踏面金属受挤压后，发生组织变形，表面硬化、金属疲劳；再加上制动时闸瓦的作用力，以及由此产生的摩擦热反复作用形成的表面显微裂纹，轮对在钢轨上发生滑行时产生的“剥离作用力”等，均易引起踏面剥离的发生。 另一方面，当车轮被擦伤后，车轮滚动时沿圆周上的受力不均匀，擦伤部位受力较大，这样一来，当车辆运行速度提高后，车辆踏面受的冲击力急剧增加，也易造成剥离发生。

2.2 踏面圆周、轮缘磨耗的原因

2.2.1 车轮踏面磨耗是轮对在滚动或发生相结滑动和制动时闸瓦摩擦产生的自然磨耗。引起这种磨耗的原因是踏面与钢轨接触处的材料受挤压和剪切，经反复作用，使表面金属疲劳而磨耗；闸瓦制动时与踏面磨擦产生磨损。 由于踏面滚动磨耗与接触面有关，所以不同的表面形状其磨耗速度不同；不同硬度的材质，其磨耗速度不同。目前所使用的车轮中，磨耗形踏面外形是磨耗速度相对较慢的一种外形。

2.2.2 轮缘磨耗是由车轮在运行中与钢轨洋部侧面摩擦形成，引起这种摩擦的原因有正常与非正常两种情况。正常摩擦：一是，因车轮作蛇形运动时轮缘与钢轨发生冲撞和接触产生的摩擦；二是，车辆通过曲线、道岔时因离心力的作用，轮对向外侧挤压钢轨，轮缘紧贴轨道头的侧面，从而产生很大的摩擦引起的摩擦。这种正常摩擦是不可避免的，而且引起的磨耗也不十分严重。非正常摩擦是由转向架两侧固定轴距差过大；圆周两轮直径差过大，以及压装车轮时两轮至轴端的距离不等；转向架变形严重；中梁旁弯较大导致前后上心盘纵向中心线不重合，偏差较大；车辆在固定区段不变向的长期运行等原因引起。上述引起非正常摩擦的种种情况，导致轮对与钢轨的相对位置不正常，轮对偏向线路一侧，使轮缘发生严重摩擦，即偏磨。这种非正常磨耗比正常磨耗大得多，但这种磨耗是可以消除的。

2.3 车轮踏面、轮缘缺损、车轮裂纹的原因

2.3.1 车轮踏面与轮缘缺损主要是由于不良或磨耗量过大， 强度不足，运行中冲击力太大所造成。 当车辆在调整运行时，若车轮路面、钢轨表面有擦伤、剥离、腐蚀等情况存在，车轮与钢轨的冲击力更大，加之材质本身存在杂质、裂纹等缺陷，很容易造成车轮路面、轮缘的缺损发生。

2.3.2 车轮裂纹的原因与缺损的原因有类似之处。从现场反映的情况来看，车轮裂纹在列车提速后发生的较多，而且裂纹多发生辐板孔周围、辐板与轮辋交界处，车辋外侧路面及轮缘根部。 这说明冲击力大，强度不足，应力集中是主要根源。冲击力大主要是由车轮、钢轨存在损伤和车辆运行速度高所引起；强度不足是由车轮多次加修后尺寸变小和辐板设计尺寸薄，不能满足提速后增大的冲击振动等运行恶化的工作环境的要求而造成；应力集中产生的原因主要是设计结构存在产生应力集中源所造成。

图2

3 防止、减少、轮对损伤的措施

从以上轮对几种损伤产生的原因分析可知， 轮对损伤与工作情况、运用速度、自身材质等多种因素有关。所以，要减小或消除损伤，应针对不同损伤产生的原因采取相应的措施。

3.1 踏面擦伤、剥离的防止措施

3.1.1 前文分析可知，踏面擦伤主要是由制动引起，所以防止踏面擦伤要从改善制动性能、提高司机操纵水平，增强车辆检修人员责任意识，严把质量关等方面入手。 货车制动机可采取增加制动阀的阶段缓解作用，防滑控制作用；进一步提高制动功能的稳定性和制动缓解波速；正确及时调整车辆空重调整手柄；严格制动机各部检修工艺进行检修；适时调整制动缸勾贝行程；提高铸铁闸瓦的耐磨性和摩擦系数；提高合成闸瓦的摩擦系数的稳定性、散热性，及时调整好闸瓦间隙等措施。

3.1.2 增加制动机的阶段缓解作用，可使车辆制动后，在低速时适当降低制动力，达到制动力与轮轨间的粘着力相匹配，防止车轮被抱死，提高制动机稳定性，增加防滑装置。可消除正常制动、缓解不良等制动故障引起的车轮滑行。提前制动、缓解波速可缩短制动空走时间，减小制动力，改进闸瓦性能可提高闸瓦初制动力，降低或保持终制动力。这些措施均可达到有效合理防止车轮发生滑行，擦伤车轮的效果。

3.1.3 另外，机车司机正确合理地操纵制动机，列检人员认真检查制动机功能，保证制动机作用灵活可靠，并及时将车辆制动情况提供司机，这些也能有效地防止车轮擦伤的发生。

3.2 降低踏面、轮双腿磨砂耗的速度的措施

针对影响车轮踏面、轮缘磨耗的因素，降低踏面、轮缘磨耗的速度应采取以下措施：一是，货车制动方式也要逐渐推动盘形制动、盘形与踏面制动相结合，电阻、电磁制动等现代制动技术。 二是，提高车轮的耐磨性能和刚度，消除踏面、轨面的擦伤、剥离、腐蚀等缺陷，及时消除踏面上闸瓦及其它粘着物。 检修严格掌握各部位限度尺寸和检修工艺，合理调整各部间隙，控制检修时车轮的切削量，保持磨耗踏面外形。这样就从源头上消除或控制非正常磨耗，减小正常磨耗的速度，提高车轮的使用寿命。

3.3 踏面、轮缘缺损和车轮裂纹的防止措施

3.3.1 车轮踏面、轮缘缺损的防止措施主要是提高车轮材质和制造工艺，消除踏面擦伤、剥离、腐蚀和轨面不平、轨缝过宽等缺陷，从而减少轮轨间的冲击力，保持合理的踏面外型，减少或消除踏面和轮缘的偏磨，保持其强度。

3.3.2 防止车轮裂纹的措施与子防止缺损的基本相同，主要是提高车轮的材质和制造工艺，减少材质的内部缺陷；消除车轮擦伤、剥离和各种损伤，消除轨面的损伤，以减小轮轨间的冲击力；改进轮辐的结构设计，增加轮辐厚度，严格控制轮辋厚度，防止轮辋过薄；改进制动方式，尽量采用盘形制动；改善踏面制动的散热条件，以减小车轮局部温度过高引起的热裂纹或车轮刚度不足的变形量。

［1］杨绍清.铁路货车段修技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2004.

［2］严隽耄.车辆工程[M].北京:中国铁道出版社，2011.

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