机车车辆车轮损伤及检测技术研究

1 引言

铁路运输作为我国重要的交通运输方式，承担着我国70%的运输任务。铁路提速、重载的进一步发展，尤其是高速铁路的迅速发展，对铁路车辆的运行安全提出了更为严格的要求。

车轮是车辆直接与钢轨接触的部分，它将车辆的载荷传递给钢轨，并在钢轨上滚动，是直接关系到铁道车辆安全运行的最关键零件。车轮技术状态的好坏，将直接影响列车的运行安全及车辆的平稳性以及乘客乘坐的舒适性。车轮踏面与钢轨轨面接触，随着车辆的运行，车轮踏面与钢轨表面必然会产生磨损。随着列车运行速度的提高，车轮的损伤会加大，车轮的使用寿命、检修制度、检修工艺以及损伤的检测技术受到诸多学者的关注。有学者通过自己的硕士论文提出一种基于寿命预测的铁路货车车轮机会集中维修策略以优化整列车的车轮检修计划。

有学者分析研究了我国铁路车辆轮轴检修现状并提出了智能化无人值守轮轴检修优化方案,可提高轮轴检修生产效率、产品质量及自动化水平,提升企业管理水平,保障铁路行车安全。

有学者针对目前各车辆段检修人员成本高、检测精度要求高、检修成本控制严格、检修质量和安全等背景下,研究如何利用先进技术建立的轮轴检修智能化无人车间,逐步实现轮轴检修逆向建模、智能扫描、信息传输、数据接入、轮轴选配取送智能化等,从而实现轮轴检修的精准智能无人检修。

有学者研究了车轮踏面出现擦伤的原因,并对如何防范踏面擦伤的出现进行了探讨。

有学者通过动力学仿真手段对不同的车轮踏面进行动力学分析，为了提高车轮镟修的经济性,按照车轮镟修策略的制定原则对现有的车轮镟修策略提出改进建议。

2 车轮主要损伤形式及产生的原因

车轮损伤形式有车轮踏面及轮缘的磨损、裂纹、踏面的缺损、剥落、擦伤、局部凹入、辗宽、踏面上粘有熔化金属等。

2.1 踏面及轮缘磨损

车轮踏面在工作过程中，沿车轮半径方向尺寸的减小即为踏面的磨损。该磨损可以采用车轮检查器沿踏面基准线处测出，检测方式如图1所示。轮缘的磨损一般在车辆过曲线和道岔时会因为承受横向力的的作用，导致轮缘与钢轨的内侧面产生摩擦而造成轮缘磨损。轮缘磨损的检测方式如图2所示。

车轮沿轨面滚动，车轮踏面与钢轨、轮缘与钢轨各形成一对摩擦副，而摩擦副工作时，接触表面上必然产生磨损，同时当破坏了车轮踏面与钢轨接触面以及轮缘与钢轨内侧面的工作关系时，会导致车轮踏面和轮缘的磨损量急剧增长，产生不正常磨损。踏面与轮缘的磨损量决定于车轮运行的工作条件以及工作时间。

栗战书委员长在讲话中着重指出：“要加强生态环境、社会主义核心价值观、社会民生等重点领域地方立法，努力从法治上增强人民群众的获得感、幸福感、安全感。”可以说，这一“着重指出”，即是在提示我们从事地方立法工作的同志，只有通过深入学习贯彻习近平总书记关于以人民为中心的立法理念，始终坚持把惠民作为其价值取向，做到地方立法工作紧紧围绕同级党委决策部署的重点、经济社会发展的难点、人民群众关心的热点展开，才能最大限度地凝聚社会共识，让最广大的人民群众享受到最充分的地方立法之红利。

2.2 踏面裂纹

TPDS系统可以利用设在轨旁结构中的测试系统，在判定车辆的运行状态的同时，利用车轮踏面擦伤会导致列车行驶过程中轮轨间产生较大冲击力的原理，可以检测出车辆超偏载情况以及车轮是否有擦伤等缺陷。TPDS对车轮擦伤的检测过程原理如图8所示。

2.3 踏面剥离

无损检测即NDT(或NDE)，也叫无损探伤，是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学、物理参数检测的技术。无损检测技术主要类型有涡流检测(ECT)、射线照相检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT)五种。

2.4 踏面擦伤

无损检测技术在轨道车辆检修中应用较多，主要用于检测零件加工面有无缺陷，焊缝焊接质量等。最广泛应用的检测方法为超声波检测和磁粉检测。利用超声波双晶探头扫查踏面，只能检测周向裂纹，利用折射角大于62°的斜探头检测踏面的径向裂纹和斜裂纹。工作原理如图6所示。磁粉探伤是利用电磁场对检测工件进行磁化，工件表面及其附近存在缺陷时，会在其附近区域产生漏磁场，施加在工件表面的此封就会聚集形成磁痕，显示在材料表面。检测原理如图7所示。

综上所述，车轮踏面磨损、轮缘磨损、踏面裂纹、剥离以及擦伤等损伤形式与车辆运行环境、车轮结构形状等息息相关，同时这些损伤均会对车辆的安全运行产生一定的影响。为了提高车辆的运行品质，在车辆全寿命周期内，提高车轮的检测及检修质量至关重要。

3 车轮损伤检测技术

我国现阶段铁道车辆的检修制度以计划修为主，状态修为辅，两种检修制度并存的形式以保证列车运行安全性。计划修是把车辆维修划分成若干修程，有计划进行维修，而状态修则是根据车辆运行的技术状态，对车辆进行必要的维护和修理，比如25型客车A1即检修修程中车轮检修尺寸限度有：轮辋厚度≥25mm，踏面圆周磨耗≤7mm，轮缘厚度≥23mm，垂直磨耗≤15mm，踏面剥离一处≤30mm，两处每处≤20mm，踏面局部凹入及擦伤深度≤0.5mm。

车轮主要的尺寸的检测手段一般是人工检测，使用第四种检查器检测车轮踏面磨耗、轮缘磨耗等，轮对内距尺检测轮对内侧距，以及轮径尺检测车轮直径。但人工检测存在效率低，且尺寸精度收到操作者操作水平等的限制，检测精度易受认为的影响。

铁路车辆运行安全监控系统包括货车故障轨边的图像检测系统(TFDS)，红外线轴温探测系统(THDS)，滚动轴承故障轨边声学诊断系统(TADS)，车辆运行安全监控系统(TPDS)以及客车运行安全监控系统(TCDS)。其主要作用是对运行的车辆进行动态监控，联网运行，集成分析车车辆运行可能产生的故障和安全隐患，对安全隐患进行集中报警。

3.1 无损检测

随着车轮反复承载轮轨间的接触载荷(滚动载荷)，裂纹扩展，进一步由于相邻的裂纹而合为一体，车轮踏面就会产生金属剥离。

所以根据踏面产生剥离的原因可以将分为疲劳剥离和热剥离两种。踏面因热裂纹产生剥离的过程如图4所示。

踏面擦伤主要是由于车轮在轨面上滑行，而把圆形踏面磨成一块或数块平面的现象。

车轮踏面产生擦伤的主要原因是列车在制动时制动力过大或缓解不良造成车辆滑行等造成。车轮踏面擦伤如图5所示。降低车轮擦伤的主要措施首先是提高车辆基础制动系统以及制动阀的质量，其次是改善车辆运行的铁路线路，提高钢轨表面的黏着力，降低车轮滑行的概率。

因而，早在东晋建国之初，王弼《周易注》便开始以经学科目的形式从官学打入东晋儒学内部，直到刘宋时期，其被别立为玄学科目才与儒学公开抗衡。同时，因东晋玄风犹炽，王弼《周易注》在东晋世家大族的家学与中下士大夫私学中的地位更胜于郑玄与王肃《周易注》，这可从大量的东晋清谈材料与东晋经学中得到旁证，如韩康伯所注《易传》，便是王弼《周易注》的续篇。

3.2 动态检测技术应用

两种检修制度各有其优缺点，为了提高检修质量，降低检修成本，对于车辆的检测方式自然提出更高的要求，车轮作为车辆运行中影响行车安全的关键零部件，其检测技术具有一定的代表意义。

踏面裂纹形式主要有热裂纹和疲劳裂纹两种形式。热裂纹主要因为制动时闸瓦与车轮踏面产生的摩擦以及车轮滑行或空转的摩擦热使车轮急速加热，接着这种被加热表面的热能很快向踏面内外部传导、扩散使踏面急速冷却造成，如图3所示。疲劳裂纹是由于车轮在转动时，由于踏面上有很大的接触应力，在踏面的内部受剪切应力振幅作用最大的位置上产生微细裂纹，进而在运行中受到各种符合的影响，发展成为内部呈月牙状等疲劳裂纹。

疲劳裂纹多发生在踏面下面，在探伤或镟削时可以发现。

铁路客车故障轨边图像检测 TVDS 设备利用高速摄像、计算机快速处理技术，对运行客车实现对车辆信息的实时采集。在这个设备应用之下，可以全面采集主机车辆的相关信息，利用车轮传感器信号，实现对车辆的自动计轴、计辆、测速，以及对铁路客车的钩缓装置、制动装置、连接装置、转向架装置等可视部件，实现线阵图像采集的系统。

3.3 车轮智能扫描检测技术

多种西药联合应用导致的不良反应对患者的不利影响很大,因此已经引起了广大医护人员与患者的关注。西药联用导致的不良反应发生的主要原因为[3]:(1)在制度上没有完善对其的规范,当前的医疗机构对医院的临床用药情况没有足够的重视,医药监管制度跟不上。(2)一些医护人员的自身能力有限,不重视合理用药,在工作中责任意识差,专业素质低。(3)医务人员没有较强的专业素质。一些医护人员对临床常用药物相关知识了解不足,不熟悉病理机制以及中毒机制、药效学。(4)在为患者制定用药方案的时候药物配伍不佳。

1.4 统计学分析 所有数据使用SPSS 18.0统计软件分析。计量资料以（）表示，计量资料的组间比较采用t检验，计数资料的统计分析采用χ2检验，通过受试者工作曲线（ROC曲线）评价疤痕子宫再次妊娠阴道分娩结局的诊断效率。以P＜0.05为有统计学意义，P＜0.01为有显著统计学意义。

车轮智能扫描检测装置是采用高精度的光电旋转编码器作为测量传感器,检测仪由检测机构和便携式数据处理主机两部分构成，检测车轮基本外形尺寸，包括轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、踏面磨耗、轮缘磨耗和轮对内距。Sh轮缘的高度，Sd轮缘的厚度、qR轮缘形状限度，dM车轮直径等尺寸均可根据智能扫描装置进行精准检测。图9为通过车轮智能扫描检测装置扫描出的踏面结构图，其中黑色为标准踏面图，红色为实测车轮踏面图。

3.4 车轮镟修

车轮镟修是服役于铁道车辆检修的重要内容，列车运行过程中造成的车轮裂纹、磨损、剥离和擦伤，一般采用的维修方式为镟修。根据车轮损伤程度以及车辆检修的修程，车轮镟修一般由不落轮镟修和落轮镟修两种形式。车轮检修时根据对车轮的无损检测、TPDS检查以及车轮智能扫描等技术手段检测数据，为车轮镟修尺寸提供数据支撑，以此完成车轮的检查以及维修工作。

记者了解到，现如今，广东海事局制定了西江联动执法和统一执法工作制度，积极推动交界水域通航环境治理，不断提升西江水域的巡航执法效能，形成西江流域监管常态化、一体化。与此同时，广东海事局还综合沿江六市特点，完成西江流域风险源辨识和管理研究，编制《西江流域风险防控手册》，建立统一的风险类型、风险评估标准、风险管控及预警机制，实现西江沿江六市风险防控标准化，进一步夯实了协同西江、联合执法的基础。

4 结论

随着铁道车辆的快速发展，列车运行速度的快速提高，对列车的运行安全提出了更高的要求，同时对车辆的检修能力也提出了更高的要求，车轮是关系到车辆安全运行的关键零件。通过TPDS系统检测车辆动态运行中车辆超偏载情况以及车轮是否有擦伤等缺陷，对状态不良车辆通过车轮智能扫描装置以及无损检测技术检测车轮详细磨耗、擦伤以及是否存在裂纹等缺陷，根据检测数据确定车轮镟修深度。结合上述各检测方式以及维修方式，确保车轮运行性能，保证车辆行车安全。

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