DF11型機車輪對擦傷故障分析

南車戚墅堰機車有限公司 奚麗君

DF11型機車輪對擦傷故障分析

南車戚墅堰機車有限公司 奚麗君

輪對是機車走行部分的安全關(guān)鍵件，機車的全部重量都通過輪對支承在鋼軌上，通過輪對滾動使機車前進。輪對質(zhì)量直接影響行車的安全性。因此，輪對的損傷應(yīng)引起足夠的重視。

一、現(xiàn)狀

2011年下半年至2012年年初，南車戚墅堰機車有限公司對DF11、D11GF型機車進行了維修，維修過程中發(fā)現(xiàn)，雙機聯(lián)掛正線試驗以及機務(wù)運行初期時，輪對踏面擦傷，直接對機務(wù)段的運行造成困難。車輪擦傷后，需要進行單個鏇俢和全套鏇俢或更換全部閘瓦。1臺機車旋俢的費用約5 000元。這嚴重影響了公司的生產(chǎn)，對公司的聲譽造成了一定損失。因此，分析機車輪對擦傷的原因、制定合理的維修措施，勢在必行。

二、原因分析

通常，造成輪對踏面擦傷主要原因包括機車制動、輪對質(zhì)量和調(diào)車作業(yè)3個方面。

1.機車制動問題。

（1）制動閥質(zhì)量。車輛檢修質(zhì)量不高導(dǎo)致制動閥故障多發(fā)，影響車輛運行。其突出表現(xiàn)為機車在運行中途制動抱閘，這也是輪對踏面擦傷的重要原因之一。

（2）制動波不一致。制動波不同，制動緩解差異大，最先制動及最后緩解的機車不可避免地會出現(xiàn)車輪踏面擦傷。

（3）閘調(diào)器質(zhì)量。閘調(diào)器能根據(jù)閘瓦間隙的變化，自動調(diào)整制動缸活塞行程，以保證制動時機車有足夠的制動力。如果閘調(diào)器在機車運行中發(fā)生拉桿伸長不能復(fù)原的故障，閘瓦會一直抱住車輪，從而產(chǎn)生踏面擦傷。

（4）司機操作。司機頻繁使用緊急制動和未緩解完就拉車等操作都會導(dǎo)致閘瓦抱死輪對，致使輪對滑行造成踏面擦傷。

2.輪對質(zhì)量問題

（1）同一輪對2輪徑差超限。同對輪的2輪輪徑超差，在車輛運行中，輪徑大的線速度大于小輪徑的線速度，從而小徑輪出現(xiàn)滾動＋滑動的運行模式，導(dǎo)致踏面擦傷。

（2）車輪材質(zhì)問題 。車輪材質(zhì)硬度、耐磨性和相對于回轉(zhuǎn)中心的質(zhì)量偏差等問題，都會引起輪對擦踏面擦傷。

（3）調(diào)車作業(yè)問題。主要表現(xiàn)在兩個方面：一是調(diào)車作業(yè)車輛溜放時使用鐵鞋制動，踏面與鐵鞋的劇烈摩擦?xí)疖囕啿撂っ娌羵?；二是手閘未松或放風(fēng)不徹底 ，調(diào)車作業(yè)時，如果對全部車輛放風(fēng)不徹底或人力制動機未松開，在閘瓦抱死輪踏面的情況下拉動車輛，會造成車輪滑行而導(dǎo)致踏面擦傷。DF11型機車輪對擦傷實際照片如圖1所示。從擦傷的照片來看，輪對踏面有整圈的輕微閘瓦擦傷痕跡和較大擦傷一處，另外機車出現(xiàn)過緊急制動。從照片可以判斷出，較大一處是因為緊急制動閘瓦抱閘產(chǎn)生，整圈的輕微閘瓦擦傷痕跡與車輪或是閘瓦的材質(zhì)有關(guān)。DF11型機車是采用踏面制動，閘瓦是采用L2型低磨的粉末冶金閘瓦。推斷輪對的踏面擦傷的最主要的原因就是制動過程中，由于各方面原因，某個瞬間發(fā)生了滑行，輪軌黏著系數(shù)急劇下降，使車輪踏面發(fā)生擦傷剝離事故。

圖1 擦傷照片

3.黏著力計算。黏著力Fu按下述公式計算：

式（1）中，Pμ為機車總重，g為重力加速度。μz為黏著系數(shù)。

干燥軌面和潮濕軌面黏著系數(shù)分別按《列車牽引計算規(guī)程TB/T 1407–1998》中計算公式進行計算。

式（2）和式（3）中， V為機車瞬時速度。公式（2）和（3）僅適用V≤120 km/h的情況。

DF11型機車重136 t，由公式（2）和（3）可計算出機車在120 km/h時，軌黏著系數(shù)是0.182 4，干軌黏著力是243.1 kN；濕軌黏著系數(shù)是0.097 0，濕軌黏著力是129.3 kN。由于閘瓦本身在制動時也能夠改善輪軌黏著條件，起到一定的增黏作用，因此實際情況下，黏著系數(shù)值將大于理論計算的值。

4.制動力計算。全部閘瓦正壓力K計算公式如下：

式（4）中，Kk為單個閘瓦正壓力，nb為單元制動器個數(shù)，db為制動缸直徑，pb為制動時制動空氣壓力，ηb為基礎(chǔ)制動裝置傳動效率，rb為制動倍率。

查閱相關(guān)資料可知，DF11內(nèi)燃機車單元制動器相關(guān)參數(shù)為：nb＝ 20，db＝ 177 mm，ηb＝ 0.85，rb＝ 4。

實算制動力計算公式如下：

式 （5）中，B為制動力，φk為實算摩擦系數(shù)。

通過第三方認證機構(gòu)進行閘瓦1∶1試驗臺試驗數(shù)據(jù)：制動速度為120 km/h時，摩擦系數(shù)為0.155。通過計算分析可知，當制動缸壓力為420 kN時，制動力是109.4 kN；當制動缸壓力為390 kN時，制動力是101.7 kN。

5.粉末冶金閘瓦試驗。影響制動力最重要的零件之一就是閘瓦。為此筆者梭所在公司委托鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心機車車輛檢驗站，分別對半磨耗的舊閘瓦和新閘瓦進行了制動摩擦試驗，試驗依據(jù)《TB/T3005–2008機車粉末冶金閘瓦》進行。

從試驗的檢測報告發(fā)現(xiàn)，當閘瓦推力是38kN，機車速度是120 km/h時，舊閘瓦的平均摩擦系數(shù)是0.224，新閘瓦的平均摩擦系數(shù)是0.232。根據(jù)《TB/T3005–2008機車粉末冶金閘瓦》可知，對于L2型閘瓦來說，當制動速度是120 km/h時，平均摩擦系數(shù)為0.173±0.03?？梢园l(fā)現(xiàn)，閘瓦的實際摩擦系數(shù)比標準高出了0.062。

通過制動力的計算公式可以發(fā)現(xiàn)，此狀態(tài)下制動力比理論值將增加35.84%。實際的制動力是148.61 kN，制動力大于了黏著力，從而導(dǎo)致了車輪的擦傷。由此可見合格的閘瓦對機車的行車安全至關(guān)重要。

三、整改措施

通過上述的分析可知，粉末冶金的質(zhì)量對于踏面狀態(tài)起著決定性的作用，因此，筆者所在公司對閘瓦制造商嚴格要求，制造商必須嚴格按照《TB/T3005–2008機車粉末冶金閘瓦技術(shù)標準》執(zhí)行。

四、結(jié)論

經(jīng)過公司與閘瓦制造商的共同努力，更換的新閘瓦機車沒有出現(xiàn)類似的擦傷現(xiàn)象，并且運行狀況良好。