關(guān)于鐵路貨車車輛輪對(duì)故障及其解決方案的思考

劉文瑞

（呼和浩特鐵路局 包頭西車輛段，內(nèi)蒙古 包頭014011）

輪對(duì)是鐵道車輛走行部的重要部件，它是在承載車輛總重量并高速旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)運(yùn)行，以及由此產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)的狀態(tài)下工作的。因此，車輛不可避免地要受到損傷。 從輪對(duì)的作用可知，輪對(duì)是車輛安全運(yùn)行最重要的因素之一，隨著車輛運(yùn)行速度的不斷提高，車輛對(duì)輪對(duì)的運(yùn)用性能和安全性要求越來(lái)越高。同時(shí)，輪對(duì)的損傷也越來(lái)越嚴(yán)重，不但嚴(yán)重影響車輛安全運(yùn)行，而且使車輛的運(yùn)用成本增大。所以，提高車輛輪對(duì)的運(yùn)用性能，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)確保安全生產(chǎn)、降低工作成本、提高生產(chǎn)效益意義重大。

1 課題研究背景

近年來(lái)，隨著列車運(yùn)行速度的提高和長(zhǎng)大重載列車的開(kāi)行，車輛的運(yùn)行條件發(fā)生了一定程度的變化， 輪對(duì)損傷情況也變得也較復(fù)雜。從生產(chǎn)實(shí)踐的調(diào)研情況來(lái)看，輪對(duì)踏面擦傷、剝離、圓周磨耗、輪緣垂直磨耗、裂紋等損傷出現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。 這些損傷帶來(lái)的危害是可想而知的，如踏面擦傷、剝離會(huì)急劇增加車輛的振動(dòng)，加速零碎部件的損傷；圓周磨耗嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致車輪踏面失去標(biāo)準(zhǔn)外型，車輛運(yùn)用性能惡化，磨耗速度加快；輪緣垂直磨耗過(guò)限后，容易致使輪緣靠軌頭過(guò)于緊密，造成道岔?yè)p傷或夾板螺栓切斷，引起脫軌等事故；輪對(duì)的缺損、裂紋更是影響車輛安全運(yùn)行的直接因素。輪對(duì)損傷的修復(fù)將增加輪對(duì)的旋修量，如果超限則要報(bào)廢，這均導(dǎo)致輪對(duì)使用壽命縮短，車輛使用成本增高。

圖1

2 輪對(duì)損傷的原因分析

從生產(chǎn)實(shí)踐的調(diào)研情況來(lái)看，輪對(duì)踏面擦傷、剝離、圓周磨耗、輪緣垂直磨耗、裂紋等損傷出現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。 這些損傷帶來(lái)的危害是可想而知的，如踏面擦傷、剝離會(huì)急劇增加車輛的振動(dòng)，加速零碎部件的損傷；圓周磨耗嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致車輪踏面失去標(biāo)準(zhǔn)外型，車輛運(yùn)用性能惡化，磨耗速度加快；輪緣垂直磨耗過(guò)限后，容易致使輪緣靠軌頭過(guò)于緊密，造成道岔?yè)p傷或夾板螺栓切斷，引起脫軌等事故；輪對(duì)的缺損、裂紋更是影響車輛安全運(yùn)行的直接因素。 輪對(duì)損傷的修復(fù)將增加輪對(duì)的旋修量，如果超限則要報(bào)廢，這均導(dǎo)致輪對(duì)使用壽命縮短，車輛使用成本增高。

2.1 踏面擦傷、剝離原因

通過(guò)專題調(diào)研發(fā)現(xiàn)，輪對(duì)踏面擦傷、剝離的主要原因是由于制動(dòng)機(jī)性能達(dá)不到列車運(yùn)行條件變化的要求， 機(jī)車司機(jī)不能合理操縱，導(dǎo)致輪對(duì)在鋼軌上滑行。

而造成車輪在軌面上滑行的原因，是車輛在運(yùn)行中調(diào)速或制動(dòng)后緩解不到位開(kāi)車，使得制動(dòng)力大于輪軌間沾著力，導(dǎo)致閘瓦抱死車輪，進(jìn)而由滾動(dòng)變?yōu)榛瑒?dòng)。這種滑行產(chǎn)生的車輪擦傷程度，隨著承載重量、滑行距離長(zhǎng)度的不同而不同。 載重越大，滑行距離越長(zhǎng)，擦傷越嚴(yán)重。制動(dòng)力大于輪軌之間的粘著力的情況發(fā)生在車輛低速運(yùn)行時(shí)施行調(diào)速制動(dòng)，制動(dòng)力過(guò)大的情形。 這是因?yàn)榭諝庵苿?dòng)機(jī)的特點(diǎn)是空氣壓力變化控制基礎(chǔ)制動(dòng)裝置動(dòng)作，使閘瓦壓迫車輪產(chǎn)生摩擦力，即閘瓦壓力。當(dāng)車輛運(yùn)行速度較低時(shí)，如一次減壓量過(guò)大，使閘瓦壓力產(chǎn)生的制動(dòng)力矩大于輪對(duì)自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與輪軌間粘著力矩之和時(shí)，車輪便不再轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)車輛動(dòng)能若還未消失，車輪便在軌面上發(fā)生滑行，直至動(dòng)能完全消失為止。 另外，制動(dòng)停車后再開(kāi)車時(shí)，車輛緩解不徹底或不緩解。 制動(dòng)機(jī)作用不良造成非正常制動(dòng)發(fā)生，運(yùn)行中產(chǎn)生自然制動(dòng)或再制動(dòng)，重車調(diào)整手柄位置不正確使空車時(shí)產(chǎn)生重車制動(dòng)力，閘瓦間隙調(diào)整不當(dāng)、閘調(diào)器作用不良使制動(dòng)缸勾貝行程過(guò)短；對(duì)于長(zhǎng)大列車由于制動(dòng)波速的限制，使前、后部車輛制動(dòng)、緩解動(dòng)作的時(shí)差較大，造成后部車輛在低速狀態(tài)下制動(dòng)；輪軌間接觸面不清潔，粘著系數(shù)較低等情況，均易造成車輪被抱死，發(fā)生滑動(dòng)，擦傷踏面。 至于車輛在通過(guò)小曲線半徑的彎道時(shí)發(fā)生的車輪相對(duì)滑動(dòng)，其擦傷車輪極其輕微，一般不會(huì)造成危害。 車輪踏面擦傷后，滾動(dòng)阻力增大，更易引起滑行，使擦傷擴(kuò)大。

車輪踏面剝離主要是由于材質(zhì)不良，存在金屬缺陷；踏面金屬受擠壓后，發(fā)生組織變形，表面硬化、金屬疲勞；再加上制動(dòng)時(shí)閘瓦的作用力，以及由此產(chǎn)生的摩擦熱反復(fù)作用形成的表面顯微裂紋，輪對(duì)在鋼軌上發(fā)生滑行時(shí)產(chǎn)生的“剝離作用力”等，均易引起踏面剝離的發(fā)生。 另一方面，當(dāng)車輪被擦傷后，車輪滾動(dòng)時(shí)沿圓周上的受力不均勻，擦傷部位受力較大，這樣一來(lái)，當(dāng)車輛運(yùn)行速度提高后，車輛踏面受的沖擊力急劇增加，也易造成剝離發(fā)生。

2.2 踏面圓周、輪緣磨耗的原因

2.2.1 車輪踏面磨耗是輪對(duì)在滾動(dòng)或發(fā)生相結(jié)滑動(dòng)和制動(dòng)時(shí)閘瓦摩擦產(chǎn)生的自然磨耗。引起這種磨耗的原因是踏面與鋼軌接觸處的材料受擠壓和剪切，經(jīng)反復(fù)作用，使表面金屬疲勞而磨耗；閘瓦制動(dòng)時(shí)與踏面磨擦產(chǎn)生磨損。 由于踏面滾動(dòng)磨耗與接觸面有關(guān)，所以不同的表面形狀其磨耗速度不同；不同硬度的材質(zhì)，其磨耗速度不同。目前所使用的車輪中，磨耗形踏面外形是磨耗速度相對(duì)較慢的一種外形。

2.2.2 輪緣磨耗是由車輪在運(yùn)行中與鋼軌洋部側(cè)面摩擦形成，引起這種摩擦的原因有正常與非正常兩種情況。正常摩擦：一是，因車輪作蛇形運(yùn)動(dòng)時(shí)輪緣與鋼軌發(fā)生沖撞和接觸產(chǎn)生的摩擦；二是，車輛通過(guò)曲線、道岔時(shí)因離心力的作用，輪對(duì)向外側(cè)擠壓鋼軌，輪緣緊貼軌道頭的側(cè)面，從而產(chǎn)生很大的摩擦引起的摩擦。這種正常摩擦是不可避免的，而且引起的磨耗也不十分嚴(yán)重。非正常摩擦是由轉(zhuǎn)向架兩側(cè)固定軸距差過(guò)大；圓周兩輪直徑差過(guò)大，以及壓裝車輪時(shí)兩輪至軸端的距離不等；轉(zhuǎn)向架變形嚴(yán)重；中梁旁彎較大導(dǎo)致前后上心盤(pán)縱向中心線不重合，偏差較大；車輛在固定區(qū)段不變向的長(zhǎng)期運(yùn)行等原因引起。上述引起非正常摩擦的種種情況，導(dǎo)致輪對(duì)與鋼軌的相對(duì)位置不正常，輪對(duì)偏向線路一側(cè)，使輪緣發(fā)生嚴(yán)重摩擦，即偏磨。這種非正常磨耗比正常磨耗大得多，但這種磨耗是可以消除的。

2.3 車輪踏面、輪緣缺損、車輪裂紋的原因

2.3.1 車輪踏面與輪緣缺損主要是由于不良或磨耗量過(guò)大， 強(qiáng)度不足，運(yùn)行中沖擊力太大所造成。 當(dāng)車輛在調(diào)整運(yùn)行時(shí)，若車輪路面、鋼軌表面有擦傷、剝離、腐蝕等情況存在，車輪與鋼軌的沖擊力更大，加之材質(zhì)本身存在雜質(zhì)、裂紋等缺陷，很容易造成車輪路面、輪緣的缺損發(fā)生。

2.3.2 車輪裂紋的原因與缺損的原因有類似之處。從現(xiàn)場(chǎng)反映的情況來(lái)看，車輪裂紋在列車提速后發(fā)生的較多，而且裂紋多發(fā)生輻板孔周圍、輻板與輪輞交界處，車輞外側(cè)路面及輪緣根部。 這說(shuō)明沖擊力大，強(qiáng)度不足，應(yīng)力集中是主要根源。沖擊力大主要是由車輪、鋼軌存在損傷和車輛運(yùn)行速度高所引起；強(qiáng)度不足是由車輪多次加修后尺寸變小和輻板設(shè)計(jì)尺寸薄，不能滿足提速后增大的沖擊振動(dòng)等運(yùn)行惡化的工作環(huán)境的要求而造成；應(yīng)力集中產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在產(chǎn)生應(yīng)力集中源所造成。

圖2

3 防止、減少、輪對(duì)損傷的措施

從以上輪對(duì)幾種損傷產(chǎn)生的原因分析可知， 輪對(duì)損傷與工作情況、運(yùn)用速度、自身材質(zhì)等多種因素有關(guān)。所以，要減小或消除損傷，應(yīng)針對(duì)不同損傷產(chǎn)生的原因采取相應(yīng)的措施。

3.1 踏面擦傷、剝離的防止措施

3.1.1 前文分析可知，踏面擦傷主要是由制動(dòng)引起，所以防止踏面擦傷要從改善制動(dòng)性能、提高司機(jī)操縱水平，增強(qiáng)車輛檢修人員責(zé)任意識(shí)，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)等方面入手。 貨車制動(dòng)機(jī)可采取增加制動(dòng)閥的階段緩解作用，防滑控制作用；進(jìn)一步提高制動(dòng)功能的穩(wěn)定性和制動(dòng)緩解波速；正確及時(shí)調(diào)整車輛空重調(diào)整手柄；嚴(yán)格制動(dòng)機(jī)各部檢修工藝進(jìn)行檢修；適時(shí)調(diào)整制動(dòng)缸勾貝行程；提高鑄鐵閘瓦的耐磨性和摩擦系數(shù)；提高合成閘瓦的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性、散熱性，及時(shí)調(diào)整好閘瓦間隙等措施。

3.1.2 增加制動(dòng)機(jī)的階段緩解作用，可使車輛制動(dòng)后，在低速時(shí)適當(dāng)降低制動(dòng)力，達(dá)到制動(dòng)力與輪軌間的粘著力相匹配，防止車輪被抱死，提高制動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性，增加防滑裝置。可消除正常制動(dòng)、緩解不良等制動(dòng)故障引起的車輪滑行。提前制動(dòng)、緩解波速可縮短制動(dòng)空走時(shí)間，減小制動(dòng)力，改進(jìn)閘瓦性能可提高閘瓦初制動(dòng)力，降低或保持終制動(dòng)力。這些措施均可達(dá)到有效合理防止車輪發(fā)生滑行，擦傷車輪的效果。

3.1.3 另外，機(jī)車司機(jī)正確合理地操縱制動(dòng)機(jī)，列檢人員認(rèn)真檢查制動(dòng)機(jī)功能，保證制動(dòng)機(jī)作用靈活可靠，并及時(shí)將車輛制動(dòng)情況提供司機(jī)，這些也能有效地防止車輪擦傷的發(fā)生。

3.2 降低踏面、輪雙腿磨砂耗的速度的措施

針對(duì)影響車輪踏面、輪緣磨耗的因素，降低踏面、輪緣磨耗的速度應(yīng)采取以下措施：一是，貨車制動(dòng)方式也要逐漸推動(dòng)盤(pán)形制動(dòng)、盤(pán)形與踏面制動(dòng)相結(jié)合，電阻、電磁制動(dòng)等現(xiàn)代制動(dòng)技術(shù)。 二是，提高車輪的耐磨性能和剛度，消除踏面、軌面的擦傷、剝離、腐蝕等缺陷，及時(shí)消除踏面上閘瓦及其它粘著物。 檢修嚴(yán)格掌握各部位限度尺寸和檢修工藝，合理調(diào)整各部間隙，控制檢修時(shí)車輪的切削量，保持磨耗踏面外形。這樣就從源頭上消除或控制非正常磨耗，減小正常磨耗的速度，提高車輪的使用壽命。

3.3 踏面、輪緣缺損和車輪裂紋的防止措施

3.3.1 車輪踏面、輪緣缺損的防止措施主要是提高車輪材質(zhì)和制造工藝，消除踏面擦傷、剝離、腐蝕和軌面不平、軌縫過(guò)寬等缺陷，從而減少輪軌間的沖擊力，保持合理的踏面外型，減少或消除踏面和輪緣的偏磨，保持其強(qiáng)度。

3.3.2 防止車輪裂紋的措施與子防止缺損的基本相同，主要是提高車輪的材質(zhì)和制造工藝，減少材質(zhì)的內(nèi)部缺陷；消除車輪擦傷、剝離和各種損傷，消除軌面的損傷，以減小輪軌間的沖擊力；改進(jìn)輪輻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加輪輻厚度，嚴(yán)格控制輪輞厚度，防止輪輞過(guò)??；改進(jìn)制動(dòng)方式，盡量采用盤(pán)形制動(dòng)；改善踏面制動(dòng)的散熱條件，以減小車輪局部溫度過(guò)高引起的熱裂紋或車輪剛度不足的變形量。

［1］楊紹清.鐵路貨車段修技術(shù)與管理[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.

［2］嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2011.

［3］孫志才.鐵道車輛技術(shù)[Z].北京：四方車輛研究所，2010.

［4］劉巖.車輛修造工藝與裝備[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.