货车轮对故障分析和改进措施探讨

朱峧波 上海铁路局杭州北车辆段

目前我国铁路正处于现代化进程的关键时期，客货车共线、提速、重载，决定了铁路货车运输安全面临巨大压力和挑战。货车轮对作为车辆走行部最重要的部件，其状态的好坏直接影响运输品质、运输秩序和运行安全。近几年来，随着新技术、新工艺的广泛应用，以及既有货车K2提速改造的完成，货车运用故障已大幅下降，但是轮对故障尤其是轮对擦伤、磨耗、剥离等故障不降反升,已成为影响货车运行的最主要故障之一。轮对故障的大量存在，不仅影响了运输秩序，增加了车辆部门的检修工作量，还给运输安全带来严重隐患，因此很有必要对轮对故障情况作一专题分析，提出一些能有效减少和控制故障发生的措施，切实提高车辆运行品质和安全性。

1 运用货车轮对故障反馈和轮对检修车轮故障统计情况

1.1 06年、09年全路运用货车典型故障反馈情况

表 1 06年、09年运用货车典型故障分布情况表

从表1对比得出：06年、09年运用货车在通过修辆数接近的情况下，典型故障有明显下降趋势，06年276 504件，09年58 980件，降幅为78.7%。典型故障下降较明显的有制动梁故障、轴承故障、侧架裂损、车钩裂损、尾框裂损、缓冲器裂损，降幅分别为 96.7%、82.8%、77.8%、70.9%、68.5%、66.7%。典型故障下降最明显的是制动梁故障，由06年的231 074件降到7 535件。

但是，也存在个别典型故障直线上升现象，如轮对故障、交叉杆故障，升幅分别为181%、136%。从发生件数和所占比例来看，轮对故障尤其突出，从06年23334件,占总故障8.44%，上升到09年42 146件，占总故障71.58%。

1.2 09年我段TPDS诸暨探测点探测情况

表2 2009年TPDS踏面损伤报警年报表 探测点：诸暨

从表2得出：运用货车车轮踏面损伤报警故障也较常见。09年货车通过TPDS诸暨探测点756 950辆，报警76 544辆，占10.11%，其中需列检人工确认的二级、三级报警车辆达71 355辆，占9.42%。车轮踏面损伤故障对轴承的影响是首当其冲的，其次还会影响到车辆的平稳运行，损伤踏面对钢轨冲击会造成钢轨磨耗、变形。

1.3 09年我段临、辅修换轮及因车轮故障换轮情况

09年段临、辅修换轮对2 027对，因车轮故障换轮1 822对，占89.9%。其中踏面擦伤1 386对，踏面剥离171对，踏面圆周磨耗195对，轮缘磨耗70对，分别占车轮故障轮对的76.7%、9.4%、10.7%、3.8%，详见表3。

表3 09年临、辅修换轮及车轮故障情况表 单位：对

1.4 09年我段乔司检修车间收入轮对旋修及车轮故障情况

2009年检修车间收入检修轮对28 202对，车轮故障轮对17 198对，镟轮率高达61%，其中敞车、棚车车轮故障比较突出，镟轮率分别为68.9%、74.2%。踏面擦伤10 517对，踏面剥离1 105对，踏面圆周磨耗3 496对，轮缘磨耗2 080对，分别占车轮故障轮对的61.2%、6.4%、20.3%、12.1%，详见表4。

表4 09年乔司检修车间轮对镟修及车轮故障统计表 单位：对

2 原因分析

2.1 运用货车轮对故障明显上升原因分析

2.1.1 提速、重载战略的实施和货车周转使用率的提高,加剧了轮对的磨损

铁道部实施货车提速、重载战略以来，货车运行速度由原来的50～60 km/h提高到70～80 km/h甚至更高，目前行包车快运及集装箱班列已达到100～110 km/h。载重由50 t提高到 60 t、70 t，甚至 80 t。同时,随着运输效率的不断提高,货车周转时间也由2002年的5.07天压缩到2009年的4.68天。提速、加载、高使用率使轮对在同一检修期内的磨损显著增加。

2.1.2 车轮制造新技术的研发及应用，有待进一步加强

既有铁路货车120 km/h提速改造及专项技术改造效果明显。从06年、09年全路运用货车典型故障反馈情况（详见表1）对比得出：通过将近4年技术改造，制动梁裂损、侧架裂损、车钩裂损、尾框裂损、缓冲器裂损等故障大幅度下降。轴承钢保持架换装塑钢保持架和SKF轴承接触油封更换技术改造，车轮辐板孔车轮淘汰技术改造，使轴承故障、车轮辐板裂纹故障得到有效控制。而车轮制造新技术的研发及应用相对滞后，尤其是在提速、重载要求下，车轮抗擦伤、剥离、磨耗等方面材料性能的研发和改进有待加强。

2.1.3 TPDS信息化监控系统应用

TPDS系统利用轨道平台，检测运行车辆的轮轨作用力，分析计算脱轨系数、轮重减载率等安全指标，集中预报力学性能不良车辆，同时监测货物超、偏载和车轮踏面擦伤、剥离等情况。TPDS系统的监控、预报、联网跟踪功能，使车辆运用部门能及时发现和扣修超、偏载及车轮踏面损伤车。

2.1.4 铁道部提高对100 km/h及以上列车踏面擦伤的扣修标准

运装货车电〔2008〕1335号《关于铁路提速货车轮对有关要求的通知》要求对《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》（铁运〔2007〕98号）规定的铁路提速货车轮对辅修、运用时的车轮踏面擦伤及局部凹陷深度进行调整：自2008年5月20日起，集装箱专列、行包快运专列及部分铁路局开行的快速专列实际运行速度达到100 km/h及以上列车中的货车在辅修、运用时，车轮踏面擦伤及局部凹陷深度为≤0.5 mm（原为≤1 mm）。踏面擦伤限度提高，是运用货车轮对故障数量上升的原因之一。

2.2 车轮主要故障原因分析

2.2.1 踏面擦伤

车辆在运行过程中，由于多种因素影响，造成车轮抱死，导致车轮与钢轨之间产生强烈摩擦，摩擦热使车轮踏面局部产生相变，形成硬而脆的马氏体组织，严重时会导致擦伤处剥离掉块（见图1）。主要有以下原因：①制动系统故障如缓解不良、抱闸、紧急排风制动、空重车自动调整装置故障等；②司机制动操作不当；③调车作业时铁鞋制动；④制动方式先天不足（单侧踏面制动）。

图1 踏面擦伤

2.2.2 踏面剥离

踏面剥离（见图2）主要分制动剥离、接触疲劳剥离、擦伤剥离三种。制动剥离是由于不合适的制动条件下，闸瓦与车轮接触部位产生高热导致车轮表面金属相变；接触疲劳剥离是由于轮轨接触应力累积应变所致，通常与车轮硬度、强度有关；擦伤剥离是由于车轮与钢轨之间出现局部摩擦或滑动摩擦，摩擦高热导致车轮表面金属相变，出现硬而脆的马氏体组织，在轮轨接触作用力下剥落。

图2 踏面剥离

2.2.3 踏面圆周磨耗

踏面是滚动中与轨面相接触的车轮外周面，其作用是与轨面间在一定的摩擦力下完成滚动运行。踏面圆周磨耗（见图3）受多种因素影响：①车轮材质、制造工艺；②车辆载重；③使用频率；④运行速度；⑤线路条件；⑥转向架结构；⑦闸瓦质量等。

图3 踏面圆周磨耗

2.2.4 轮缘磨耗

轮缘磨耗（见图4）主要有轮缘厚度超限和轮缘顶尖偏磨两种。车轮踏面圆周磨耗间接造成对应轮缘厚度增加；线路条件、车辆蛇形运动、车辆偏载，使轮缘弧面与钢轨挤压磨擦造成轮缘顶尖偏磨。

图4 轮缘磨耗

3 措施建议

3.1 加强车辆性能优化研究

3.1.1 加强车轮、闸瓦、钢轨材质、综合性能研究

研制高性能车轮，满足货车高速、重载要求；研制高性能制动闸瓦，具备制动效果好，对车轮磨损小的特点；改进制动方式，建议对运行速度较高货车（如行包车专列）采用盘型制动；加强轮轨之间摩擦匹配研究，减少轮与轨的摩擦磨耗。

3.1.2进一步优化车辆结构和加强车辆制动系统研究

通过对车辆结构优化提高车辆整体运行性能，减轻车辆自身结构对轮对影响。研制更适合重载、长大编组列车的制动阀，提高车辆制动、缓解灵敏度，减少因车辆制动系统性能不良而造成车轮擦伤、剥离等故障。

3.2 加强制动配件检修质量控制和运用制动系统故障处理

3.2.1 加强制动配件检修质量管理

严格执行铁运 [2008]15号《铁路货车制动装置检修规则》，做好制动配件的检修和试验工作，尤其是阀类和闸调器的检修质量。严格执行"三检一验"制度及配件抽查、抽验制度，减少因车辆制动配件故障而造成车轮擦伤、剥离。

3.2.2 把好检修车辆集控试风试验关

严格按《制规》单车试风标准进行试验，试验不合格时，必须认真查找原因，处理故障，确保车辆制动系统性能符合要求。

3.2.3 列检要加强编组列车试风检查

尤其要加强制动机、闸调器、空重车自动调整装置性能、闸瓦磨耗状态检查，发现车辆制动系统故障要及时处理，对偏磨、磨耗过限、掉块闸瓦要及时更换，减少因车辆制动系统故障导致车轮踏面擦伤、剥离、磨耗。

3.2.4 充分利用TPDS踏面损伤预报、监控系统，做好轮对踏面损伤故障的确认和处理，防止车轮故障扩大化

3.3 改善车辆运用工况

（1）严格机车操作标准，司机要按规定程序和技术标准操纵机车，严禁主管压力过高。少用紧急制动，施行紧急制动后要待各车辆全部缓解后再启动。调车作业时，铁鞋对踏面的危害最大，最易引起踏面擦伤剥离，因此尽量取消用铁鞋制动的方式，避免铁鞋对车轮造成的伤害。

（2）车站车辆编组按制动机型号进行，减少不同制动机车辆混编。因为不同制动机车辆在制动过程中制动动作不统一，易造成车轮擦伤。

（3）改善车辆运用环境，减少车轮擦伤、剥离、磨耗产生。做好线路状态维护；严格执行车辆装载规定，均匀装载货物，减少车辆偏载现象产生。

3.4 加强轮对检修质量控制

（1）加严执行轮对选配车轮直径差的规定，提高车辆抗蛇形运动能力，减轻轮对单侧踏面磨耗、轮缘磨耗。同一转向架车轮直径差：厂修≤3 mm，段修≤5 mm（轮规限度：厂修≤10 mm，段修≤15 mm）；同一车辆车轮直径差：厂修≤10 mm，段修≤15 mm（轮规限度：厂修≤20 mm，段修≤30 mm）。

（2）对于运用频率较高，踏面磨耗故障较突出棚车，建议加严轮对选配车轮圆周磨耗限度，增加车轮圆周磨耗余量，抵消车辆运行里程对车轮圆周磨耗的影响，支出轮对圆周磨耗限度加严到0～3 mm（轮规限度：厂修≤3 mm，段修≤5 mm）。

3.5 加快TPDS监控系统建设应用，进一步提高系统对踏面擦伤报警的准确率

按照铁道部统一规划和安排，加快推进监控系统扩大覆盖范围二期建设；进一步提高TPDS监控系统功能，提高系统的稳定性、报警的准确性，确保车轮踏面损伤故障得到有效的监控。