動車組車輛輪對損傷原因及診斷

張計

摘 要：近年來，我國鐵路運輸事業(yè)飛速發(fā)展，尤其是中國高鐵已走向世界，這對鐵路裝備的穩(wěn)定性和可靠性、故障恢復的及時性都提出了更高的要求。而動車組輪對是列車結(jié)構(gòu)的組成部分，但長期承受巨大的靜載荷和動載荷，使其磨損程度加快，如何使其可以穩(wěn)定、可靠地工作，是影響著動車技術(shù)能否實現(xiàn)跨越式發(fā)展的關(guān)鍵因素。近年來，我車間負責的電務段發(fā)現(xiàn)動車組車輛輪對損傷問題比較嚴重，對動車運營造成了不良的影響。

關(guān)鍵詞：動車組;輪對損傷;原因診斷

1 動車組車輛輪對損傷形式及原因分析

1.1? 輪對損傷及原因

動車運行速度比普通列車要快得多，在高速運行過程中，輪對與鐵軌之間會產(chǎn)生復雜的相互作用，表現(xiàn)為高數(shù)量級的快速交變載荷，例如動車自重、牽引扭矩、牽引彎矩、側(cè)壓力等等。輪對最常見的損傷形式包括裂紋、擦傷、剝離、磨損、凹陷等等。輪對的完整性和技術(shù)狀態(tài)對動車的安全、可靠、平穩(wěn)運行有著十分重要影響，因而成為日常維護和檢修的重點之一。

1.2? 車軸損傷

車軸是連接兩個輪盤的長條狀零件，根據(jù)車軸的形狀和工作特征，其損傷形式也是多種多樣的，例如裂紋、磨損、變形、折損、碰傷、凹痕、軸輾長等等。這些損傷形式均為嚴重損傷，必須及時發(fā)現(xiàn)、及時處理。

從裂紋的走向來看，車軸裂紋有縱向裂紋和橫向裂紋兩種表現(xiàn)形式，如果裂紋主線與車軸中心線夾角超過45°，是稱為橫向裂紋，否則統(tǒng)一稱為縱向裂紋。橫向裂紋是一種極其嚴重的裂紋，它直接減小了車軸的有效橫截面積，大大降低了車軸的強度。如果橫向裂紋未被及時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過不斷的擴張，深度進一步增加，應力集中明顯，將直接造成車軸折損，危險性極大，是動車組絕對不允許存在的損傷形式。車軸裂紋的出現(xiàn)一方面是由于疲勞折損造成的，另一方面還可能是燃軸事故導致的車軸熱切斷裂。

根據(jù)磨損的部分不同，車軸磨損通常有軸頸磨損、防塵板座磨損和軸身磨損三種形式。其中軸頸磨損一般是由于軸頸過長造成軸瓦在軸頸后肩與軸領(lǐng)間的橫動間隙擴大，竄動量隨之加大，如果在軸頸堆焊后造成其長度變長，那么軸頸后肩的過渡圓弧將出現(xiàn)內(nèi)移現(xiàn)象，載荷作用點更加靠近危險斷面，為鉛錘載荷發(fā)揮破壞作用提供了條件，在彎矩及應力的作用下造成車軸切斷;防塵板座磨損主要是指軸箱后壁口上邊緣與防塵板座間隔不夠，長期相互接觸而產(chǎn)生磨損，由于防塵板座平時承受的壓力巨大，因此其磨損將帶來巨大的應力集中，引發(fā)裂紋，減小了強度，成為生大安全隱患;軸身磨損的問題主要與制動拉桿的裝配有關(guān)，不合格的裝配將可能導致拉桿與車軸的接觸，久而久之就對軸身造成了磨損。

1.3? 踏面損傷

根據(jù)磨損位置在車輪中的不同區(qū)域，可以將車輪磨損分為踏面磨損、輪緣磨損、踏面裂紋、踏面剝離、踏面輾寬、踏面雜質(zhì)等類型。

1.3.1? 踏面磨損

車輪是直接與鋼軌接觸的關(guān)鍵部件，它承受著整個動車組的重量，載荷水平非常高。在高速運行過程中，車輪與鋼軌之間由于快速滾動而出現(xiàn)劇烈摩擦。路面磨損在宏觀上主要表現(xiàn)為沿車輪半徑方向尺寸的減小，踏面磨損通常還會帶來踏面斜度不良的問題。斜度的變化會干擾列車在軌道上運行時的自我調(diào)整，導致車輛難以保證自身始終處于軌道中間位置，進而增加輪緣偏磨的可能性。尤其是在彎道路段，輪對會偏向曲線外側(cè)，進一步加快輪緣偏磨。

1.3.2? 輪緣磨損

輪緣磨損是指發(fā)生在車輪邊緣處的磨損現(xiàn)象，在直線行駛過程中，輪緣磨損很少發(fā)生。在踏面磨損過于嚴重或轉(zhuǎn)向架組裝不到位的情況下，會造成輪對與鋼軌間的距離出現(xiàn)波動，造成輪對左右偏磨。大量實踐表明，輪緣磨損可以導致輪緣厚度減小、輪緣頂部鋒芒及輪緣垂直磨損。在嚴重的情況下，由于輪緣厚度不足而降低了輪對強度，容易引發(fā)行車事故。輪緣在受到?jīng)_擊或駛過岔道時，可能擠開尖軌而脫軌。輪緣垂直磨損也是常見形式這一，輪緣根部和鋼軌內(nèi)側(cè)面相互摩擦，當達到一定的限度后將會引發(fā)脫軌事故。

1.3.3? 踏面裂紋

踏面裂紋是比較常見的輪對故障，也是致命性故障，因此在實際運行中是不允許存在的。根據(jù)裂紋的形成機理，踏面裂紋可以分為踏面熱裂紋和疲勞裂紋。踏面熱裂紋通常是由于列車制動異常而形成的一種裂紋形式，除了制動，在非正常的滑行或空轉(zhuǎn)情況下也會造成踏面熱裂紋，由于是在摩擦加熱后又急速冷卻，因此相當于進行了表面淬火，產(chǎn)生了馬氏體。馬氏體在車輪運轉(zhuǎn)時又被反復地加熱，起到了回火作用，最終產(chǎn)生回火馬氏體組織或珠光體組織。同時踏面表層由于發(fā)熱而出現(xiàn)體積膨脹，在這種強大的壓縮應力下出現(xiàn)開裂。疲勞裂紋是由于車輪轉(zhuǎn)動時踏面與鐵軌之間長期存在反復的接觸壓力，造成內(nèi)部剪切應力集中，在多種交變負荷條件下會出現(xiàn)月牙狀或剝離狀疲勞裂紋。

1.3.4? 踏面剝離

踏面剝離是一種嚴重的輪對損壞現(xiàn)象，它通常表現(xiàn)為踏面表面的金屬直接成片脫離輪對主體，并且在踏面上留下相應的凹坑。從機理上看，踏面剝離可以分為疲勞型剝離和熱剝離。其中前者主要是由疲勞裂紋引發(fā)的，如果車輪表面本身有裂紋，在轉(zhuǎn)動時會不斷向內(nèi)部擴展，當擴展到一定程度后，在塑性變形的作用下最終以薄片狀脫離路面主體。這種現(xiàn)象主要與踏面接觸壓力、材質(zhì)屈服點、塑性變形性能、接觸面積、車輪直徑等有關(guān)系。熱剝離的起因是熱裂紋的產(chǎn)生，熱裂紋沿著踏面垂直或平等的方向擴展，最終使相鄰裂紋貫通而剝離。

2? 動車組車輛輪對維護建議

2.1? 加強車輪生產(chǎn)質(zhì)量控制

動車組輪對作為一種特殊的產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)水平對其質(zhì)量有著直接的影響，因此車輪的設(shè)計、加工企業(yè)應從各個環(huán)節(jié)著手，努力創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在設(shè)計上，要進下提高輪對檢修的方便性，采用合理科學的結(jié)構(gòu)設(shè)計，各項參數(shù)經(jīng)過精確計算和試驗，保證其滿足使用要求;在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，必須不斷改善生產(chǎn)工藝水平，尤其是冶金鍛造水平和制造工藝水平，對產(chǎn)品的性能有重要影響。應采用先進工藝，追求優(yōu)良、強度韌性好、抗疲勞性強的指標。生產(chǎn)企業(yè)應嚴格控制轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)部件的尺寸和力學性能指標，在加工過程中嚴格控制，避免由于工藝不科學或損傷不當造成較大誤差，進一步提高輪對的質(zhì)量。

2.2? 提高車輪技術(shù)管理水平

輪緣潤滑是提高輪對運行效率和避免損傷的重要方法，因此建議動車組運營企業(yè)適當增加輪緣潤滑裝置，一般至少要達到50%的裝車率才能直到明顯的效果。車輛的運營單位也可以根據(jù)實際需求來執(zhí)行。進一步增加正線添乘次數(shù)，防止出現(xiàn)缺口，只要出現(xiàn)輪對損傷問題立即安排專業(yè)人員檢測，將輪對失圓、踏面擦傷和剝離消滅在初期，避免后續(xù)出現(xiàn)嚴重的問題。管理人員應定期安排鏇修，在鏇修過程中應充分發(fā)揮所有輪徑的作用，提高輪對壽命;定期安排人員對車體尺寸進行檢查，對于超差的車輛及時調(diào)整。

2.3? 規(guī)范車輪檢查維修流程

車輪的檢查維修在動車組維修工作中占有重要地位，是遏制輪對損傷現(xiàn)象的重要環(huán)節(jié)。因為很多部里都可以在日常檢修中發(fā)現(xiàn)并解決。檢修工作為檢查和維修車輛的主體，要求檢修人員的業(yè)務水平達到一定的要求，具備較強的綜合能力，才能及時發(fā)現(xiàn)交解決輪對損傷問題。另一方面，檢修的流程也應做到規(guī)范化、統(tǒng)一化、標準化，避免不同的人員由不習慣和能力的不同，而采用了不同的檢修流程，造成檢修結(jié)果的不可靠性。在制定了規(guī)范的輪對檢修流程后，應加強監(jiān)督，嚴格按照損傷規(guī)程進行檢查，保證滿足各項維修質(zhì)量標準，手法到位，全面檢查。一旦檢出有嚴重損傷的輪對，或懷疑輪對出現(xiàn)較嚴重故障，必須及時組織技術(shù)專家團隊到場鑒定，做到細致檢查，準確判斷，妥善處理，不放過任務一個故障，杜絕異常輪對上路，保障每一個乘客的生命財產(chǎn)安全。

參考文獻：

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