杜彪 江亞男 何平 楊文喜 李春林 劉瑞軍

摘 要：文章通過對大量鐵路貨車輪對段修數(shù)據(jù)樣本的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)輪對磨耗故障特性，并基于分析結(jié)果提出合理化運(yùn)維管理建議。分析結(jié)果表明，該鐵路貨車運(yùn)營單位的輪對存在輪徑差超限、踏面局部凹陷和踏面剝離三大主要故障類型，其故障主要來源于鋼軌表面偏磨、異物和局部缺陷；三大故障都將導(dǎo)致大的輪徑鏇修量，對輪徑損失的占比達(dá)到約42%；該單位輪對踏面磨耗速率明顯高于輪緣磨耗，鏇前輪緣厚度均值較鏇后值約高出1-1.5mm。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車；輪對；故障；統(tǒng)計(jì)分析；運(yùn)維管理

中圖分類號：U279.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0053-03

Abstract： Based on the statistical analysis of a large number of railway wheelset repair data samples， this paper summarizes the characteristics of wheelset wear fault， and based on the analysis results， puts forward the reasonable operation and maintenance management recommendations. The analysis results show that there are three main fault types in the wheelset of the railway freight car， which are the overrun of wheel diameter difference， the local depression of tread surface and the peeling off of tread surface. The faults are mainly caused by the partial wear of rail surface， foreign bodies and local defects. All three faults will result in large wheel turning and repair， and account for about 42% of the wheel diameter loss； the wheel tread wear rate of this unit is obviously higher than that of the wheel flange wear， and the average thickness of the front wheel edge is higher than that of the rear wheel， which is about higher than that of the rear wheel 1-1.5 mm.

Keywords： railway freight car； wheelset； fault； statistical analysis； operation and maintenance management

1 概述

輪對是鐵道車輛走行的核心部件，良好的部件狀態(tài)是保障列車安全平穩(wěn)運(yùn)營的關(guān)鍵。國內(nèi)外研究者在輪對故障檢測技術(shù)、形成機(jī)理、影響特性和維修策略等領(lǐng)域開展了大量的研究工作。張爽等[1]提出了以VS2010軟件開發(fā)平臺為基礎(chǔ)的輪對自動測量的控制系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了輪對參數(shù)全自動測量；李霞[2]基于三維非Hertz滾動接觸理論和Archard材料磨損模型建立了車輪磨耗預(yù)測模型，并研究了不同車輛參數(shù)對車輪磨耗特性的影響；劉韋等[3]通過建立考慮車輪磨耗的動力學(xué)模型，研究了不同磨耗特性對輪軌接觸幾何特性和動車組動力學(xué)性能的影響；董孝卿等[4]通過長期跟蹤和分析京津城際鐵路CRH3C型動車組車輪磨耗、車輛振動性能，提出了新的系列薄輪緣車輪形面設(shè)計(jì)原則，研制了系列薄輪緣車輪外形，并通過仿真計(jì)算和線路試驗(yàn)，證明了新設(shè)計(jì)的系列薄輪緣車輪外形踏面的有效性。

本文以某鐵路貨車運(yùn)營單位輪對為對象，通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)研究輪對的故障特性和維修特性，從而為該運(yùn)營單位的輪對運(yùn)維管理提出合理化建議。輪對的故障特性受服役環(huán)境、負(fù)載情況等因素影響，不同運(yùn)營單位輪對故障特征呈現(xiàn)差異性。本文的研究工作結(jié)合運(yùn)營實(shí)際，相比于傳統(tǒng)的輪對普適規(guī)律研究，本文的研究成果具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2 車輪段修故障統(tǒng)計(jì)分析

2.1 輪對段修修程指標(biāo)及限值

當(dāng)前，我國鐵路貨車實(shí)施“日常檢查、定期檢修”的預(yù)防性計(jì)劃修檢修制度，檢修修程主要為列檢（500km）、段修（1.5年）和廠修（9年），其中，段修是保障列車運(yùn)行安全和運(yùn)行品質(zhì)的最關(guān)鍵一環(huán)。在輪對的段修過程中，將對象分解至輪軸結(jié)構(gòu)，對輪對表面狀態(tài)與特征參數(shù)進(jìn)行檢查，根據(jù)特征參數(shù)值情況確定繼續(xù)運(yùn)行、執(zhí)行鏇修或執(zhí)行廠修。

輪對特征參數(shù)定義如圖1所示，表1為特征參數(shù)符號說明，表2為各特征參數(shù)的檢修限值。

2.2 車輪故障統(tǒng)計(jì)分析

通過跟蹤某鐵路貨車運(yùn)營單位長達(dá)5年的84863條鏇修記錄，統(tǒng)計(jì)分析輪對段修修程中各類故障情況。圖 2為收錄的鏇修輪對故障類型與占比情況統(tǒng)計(jì)。

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，該運(yùn)營單位鐵路貨車段修修程的主要故障類型為輪對兩輪直徑差超限（38.6%）、踏面局部凹陷（29.2%）、踏面剝離1處（23.1%），三者約占總故障記錄的91%；而踏面圓周磨耗超限（4.5%）、輪緣厚度超限（4.3%）是兩個次要因素；其他四種因素的發(fā)生率大概都不超過千分之一，屬于偶然因素。由故障類型占比統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，由于該運(yùn)營單位鐵路貨車為專用鐵路線路運(yùn)營，輪對存在較嚴(yán)重的偏磨現(xiàn)象，導(dǎo)致輪徑差超限嚴(yán)重；踏面局部缺陷占比達(dá)到約52.3%，列車運(yùn)行的線路情況較差，運(yùn)營單位應(yīng)考慮提升線路養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

出于記錄方便考慮，該運(yùn)營單位的管理系統(tǒng)對鏇修輪對僅記錄了一種故障，實(shí)際檢測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，鏇修輪對有多種故障并存的情況。本文基于原始檢測參數(shù)，對發(fā)生概率排名前5的故障進(jìn)行精細(xì)化分析，深入研究段修輪對的故障特征。

由表3可見，段修收錄的故障輪對普遍存在多類故障并存情況，其中以圓周磨耗到限和輪緣厚度超限兩類故障的相關(guān)性最為密切，其次為圓周磨耗超限與輪徑差超限。造成該現(xiàn)象的原因?yàn)檐囕唸A周磨耗導(dǎo)致車輪輪徑變化，引起輪緣厚度測量基線下移，導(dǎo)致輪緣厚度增加。對“踏面局部凹陷”和“踏面剝離1處”兩類局部缺陷故障，其車輪參數(shù)磨耗到限的占比較低，局部缺陷導(dǎo)致輪對提前鏇修，降低了車輪使用壽命。

3 鏇修量統(tǒng)計(jì)分析

本文對鏇修前后的車輪踏面圓周磨耗量、輪徑和輪緣厚度參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表4為段修周期內(nèi)的輪徑損失均值統(tǒng)計(jì)，表5為鏇修前后的輪緣厚度情況統(tǒng)計(jì)。

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，從鏇修量來看，輪徑差超限故障導(dǎo)致的輪徑鏇修量最大，其次為踏面剝離故障；從輪徑綜合損失量來看，踏面圓周磨耗是引起輪徑損失的最關(guān)鍵因素；踏面局部缺陷和輪徑差導(dǎo)致的車輪鏇修量占比最大，平均約達(dá)到42%；由鏇修前后的輪緣厚度對比情況可知，該運(yùn)營單位鐵路貨車踏面圓周磨耗速率明顯高于輪緣磨耗，導(dǎo)致服役后車輪輪緣厚度普遍增大。

根據(jù)以上鏇修數(shù)據(jù)對比分析，本文對該運(yùn)營單位輪對運(yùn)維管理提出以下建議：

（1）在段修周期中期調(diào)轉(zhuǎn)列車運(yùn)行方向，降低車輪偏磨導(dǎo)致的輪徑差超限故障；

（2）提升軌道線路表面缺陷與異物排除檢修標(biāo)準(zhǔn)，減少車輪表面局部缺陷故障；

（3）車輪鏇修過程中應(yīng)適當(dāng)加大輪緣厚度的鏇修量，

降低服役周期內(nèi)的輪緣厚度超限故障。

4 結(jié)束語

本文跟蹤獲取了某鐵路貨車運(yùn)營單位為期5年的輪對段修修程檢修大樣本數(shù)據(jù)，對輪對故障情況開展統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對運(yùn)營單位輪對運(yùn)維管理提出合理化建議。

該鐵路貨車運(yùn)營單位輪對的故障特征為：受專用線路運(yùn)行影響，輪對偏磨驗(yàn)證，輪徑差超限故障占比高；車輪踏面局部缺陷故障高，表明其運(yùn)行線路狀態(tài)差，存在較多異物和局部缺陷情況；段修收錄輪對中有多類故障并存，其中以踏面圓周磨耗、輪緣厚度超限和輪徑差超限三者的相關(guān)性最為顯著；車輪踏面磨耗速率明顯高于輪緣磨耗，導(dǎo)致服役周期后輪緣厚度均值相比新鏇輪對明顯增大。

輪對鏇修情況分析可知：輪徑差超限和踏面局部缺陷導(dǎo)致的輪徑鏇修量大，該單位三大主要故障的鏇修量對輪徑損失的占比達(dá)到約42%，要提升輪對檢修經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)盡量降低這三類故障概率。

對該運(yùn)營單位的輪對運(yùn)維管理建議：（1）在段修周期中期調(diào)轉(zhuǎn)列車運(yùn)行方向，降低車輪偏磨導(dǎo)致的輪徑差超限故障；（2）提升軌道線路表面缺陷與異物排除檢修標(biāo)準(zhǔn)，減少車輪表面局部缺陷故障；（3）車輪鏇修過程中應(yīng)適當(dāng)加大輪緣厚度的鏇修量，降低服役周期內(nèi)的輪緣厚度超限故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]張爽，陳文東，高金剛，等.列車輪對測量機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化，2017，39（3）：82-86.

[2]李霞.車輪磨耗預(yù)測初步研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[3]劉韋，馬衛(wèi)華，羅世輝，等.高速列車車輪磨耗引起的輪軌接觸非對稱問題研究[J].振動與沖擊，2013，32（13）：128-132.

[4]董孝卿，王悅明，任尊松，等.CRH3C型動車組薄輪緣車輪外形設(shè)計(jì)與運(yùn)用[J].鐵道學(xué)報(bào)，2014（2）：11-17.

[5]趙秀紅.鐵路貨車車輛輪對故障分析及改進(jìn)措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（09）：77.

[6]劉明強(qiáng).鐵路車輛輪對自動檢測系統(tǒng)的研制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（17）：56-57.