铁路客车轮对轮辋裂纹常见故障特征及原因分析

胡俊辉 上海铁路局合肥车辆段（同济大学）

铁路客车轮对轮辋裂纹常见故障特征及原因分析

胡俊辉 上海铁路局合肥车辆段（同济大学）

通过对现场铁路客车轮对轮辋裂纹故障的调查研究，根据轮辋裂纹故障的常见特征，总结出简要的检查判断方法。并分析轮对轮辋裂纹故障的特点及其形成原因，同时进一步提出几点可行性的防范措施。

轮对；轮辋；裂纹；故障；措施

铁路客车是依靠轮对在钢轨上的滚动来实现平行运行的，轮对轮辋裂纹是整体辗钢轮对中比较常见的故障之一，轮对一经投入使用一段时间或运行一定里程后，因运行中诸多因素的影响，会出现轮对踏面的磨耗、擦伤、剥离、裂纹等各种故障，给铁路客车的运行带来极大的安全隐患，特别是轮辋裂纹故障对车辆的运行安全有极大的危害，因轮对踏面破损造成的事故大都是因轮对裂纹没有及时发现造成的。本文就日常工作中常见的轮对轮辋故障，结合自身在现场工作中的经验，对轮辋裂纹的故障形式进行了分类，并分别对每一种裂纹进行了简要的原因分析和提出了相应的发现及处理措施。

1 轮辋裂纹故障危及行车安全

铁路客车轮对在运行及制动过程中承受着轮轨间的冲击振动和相互作用力，如果轮对轮辋存在裂纹，则容易使轮对轮辋的裂纹处产生应力集中，使裂纹逐步发展，如不能及时发现，使其发展到疲劳状态，铁路客车在通过曲线或岔道时，因离心力的作用，轮缘受力较直线大，容易造成轮辋内侧轮缘根部裂纹处的轮缘缺损；如裂纹在外侧轮辋上，在反复振动及轮轨间的相互作用力下，容易造成裂纹处的踏面缺损。以上两种情况都易造成车辆脱轨甚至颠覆，直接危及铁路客车的行车安全，造成铁路大事故。以下摘选了三个典型的铁路客车轮对轮辋裂纹的事故案例来举例分析，进一步介绍说明轮辋裂纹的危害性，以及对铁路客车的安全运行带来的安全隐患。

（1）2012年9月12日，郑州局担当的2276次（杭州－郑州）旅客列车，运行至上海局管内行官塘至德清西站间，车辆乘务员巡视检查发现机后7位YW25G675037二位端车下有异常声响，到达德清西站后检查发现YW25G 675037七位轮对踏面缺损掉块，列车无法继续运行，进行甩车处理，耽误列车2 h48min。

事故后经铁科院金化所分析，由于车轮踏面表层以下15-20（mm）区域存在随机分布的非金属夹杂物，太原重工在车轮出厂检测时未能发现。在轮轨作用力下，夹杂物位置产生裂纹并扩展，最终导致轮辋掉块。

（2）2012年9月24日，南昌局担当的Z67次（北京西－南昌）旅客列车运行至上海局管内京九线古城集至油河集间，车辆乘务员巡视检查发现列车尾部二位车辆YW25T677018有严重异响，在油河集站停车检查发现该车六位轮对踏面掉块120mm×80mm×10mm，列车无法继续运行，进行甩车处理，耽误列车2h22min。

事故后据铁科院金化所初步分析，故障原因为车轮踏面表层下存在非金属夹杂物，使其踏面发生剥离掉块。

（3）2013年4月30日9:55分，由广铁集团广州车辆段担当的K1160次（广州－烟台）列车广州站始发，客列检人员作业时发现机后1位KD25G999029第4位车轮轮辋裂纹135mm，为确保客车运用安全，决定进行甩车处理，造成列车始发晚点55min。

事故后经初步分析故障原因与2012年太原重工发生的两起车轮缺损事故原因一样，是由于车轮踏面表层以下15－20（mm）区域存在随机分布的非金属杂物，在轮轨作用力下，夹杂物位置产生裂纹并扩展，运用中没有及时发现，产生轮辋裂损故障。

2 轮辋裂纹故障的特征及其简要判断方法

铁路客车轮对的轮辋裂纹故障按其外观来看大致可分为重皮裂纹、起台裂纹、夹灰裂纹和疲劳裂纹等故障，在轮对轮辋的内外侧、轮缘的根部以及轮辋与辐板圆弧过渡处容易产生轮辋裂纹。调查研究发现轮对轮辋裂纹故障在轮对的运用中是有一定的规律性的，如在铁路客车轮对轮辋边缘沿30°～45°角方向容易产生重皮裂纹和起台裂纹故障，并按此方向有延伸趋势；在铁路客车轮对轮辋的中部容易产生夹灰裂纹故障，其延伸的方向不大规则。而在距离踏面10-15mm以内或轮辋与辐板圆弧过渡处容易产生疲劳裂纹故障，其较为有规律的沿圆周方向发展。

（1）重皮裂纹。轮辋上出现重皮裂纹时，由于其附着力强，无明显的突出和开口现象，而且外观往往与车轮上的污物、锈皮相似，将疑问处及周围清理干净后使用检车锤垂直敲击，重皮有翘起现象，翘起的重皮根部较厚，一般难以撬掉。有的重皮经敲击虽无翘起，但用手试探重皮边缘却有刮手的感觉，使用砂轮机打磨后，经打磨后往往会出现一道黑色线纹，用细钢针挑黑线，能挑出黑色粉末。

（2）起台裂纹。起台裂纹与重皮裂纹较为相似，但较重皮直观，轮辋上存在有较明显的凸台，用检车锤敲击凸台后有延伸式下陷趋势，有的甚至还会有粉末状黑色物溢出。起台裂纹的长度与程度可用砂轮机进一步打磨确认。

（3）夹灰裂纹。夹灰裂纹一般出现于轮辋的中部，轮辋踏面平面有较明显的黑线，但往往与轮辋的油漆开口比较相似，而且能见部分较短，多发于轮径890 mm以上的大轮径轮对上，用检车锤敲打裂纹处，有明显延伸，一般打磨很难消除。图1显示的是一条轮对典型的轮辋裂纹图片，其轴号为043-51711，首次组装日期是2006年06月05日。

图1 轮对典型的轮辋裂纹

（4）疲劳裂纹。疲劳裂纹根据其裂纹程度可分为早期、中期和后期。疲劳裂纹早期是在轮对轮辋上有一条发状细线时，用检车锤敲击细线处，该细线呈锯齿形条纹形状。疲劳裂纹中期是轮对轮辋上的锯齿状条纹，该锯齿状条纹处的颜色较周围颜色不同，用检查锤敲击有黑灰或锈粉外溢或裂纹立即沿圆周方向延伸。疲劳裂纹后期是当发现车轮上有一条明显的锈线，用检查锤敲击有褐红色铁锈外溢，且有闷哑的声音，这种裂纹已经发展到了极限，很有可能发生断裂，造成轮辋的破损。无论是疲劳裂纹的早期、中期或者后期都应在同一车轮上没有发现裂纹的部位进行敲击，与裂纹处的声音进行对比来进行判断。

3 轮辋裂纹存在的原因分析

轮辋上裂纹存在的原因是多方面的，一般来讲，裂纹的存在与制造的工艺和材质以及铁路客车车辆在运用中对故障前期的不能及时发现有很大的关系。

（1）轮对在制造过程中存在缺陷，使得轮对轮辋有夹灰现象，轮对钢铁金相组织内部在夹灰处产生断层，在不断的运用中断层处反复相互研磨，产生了应力集中，逐步发展而形成裂纹。

（2）轮对在制造过程中未严格按照工艺要求，使得轮对材质内部的金相组织发生变化。在不断的运用后，由于擦伤、剥离等原因的存在，材料金相组织的不均匀性在轮对轮辋表面的局部区域会产生滑移现象，经过反复金相组织结构的滑移，并在复杂的交变载荷作用下，造成应力集中而产生裂纹。

（3）在恶劣天气时轮对在运行过程中，与钢轨间或闸瓦间的不断摩擦，使轮对产生高温，同时又受风、雨、雪等外界环境因素急冷后降温收缩，这种恶劣天气使得轮对的材质等同于进行非正规的反复淬火工艺，使轮对材质内部发生变化，从而产生裂纹。

4 可行性防范措施

（1）提高轮对的制造质量。轮对生产厂家要改进炼钢工艺，减少钢液中的夹杂物含量，提高轮对钢材质量。

（2）使用先进可靠的轮对轮辋探伤设备进行轮辋探伤检查，堵住轮对故障源头，彻底消除隐患，减少事故的发生。

（3）建立相应的轮对跟踪记录，定期进行轮对的普查，掌握轮对的运用状态。

（4）强化轮对的清洗除锈作业过程，清除轮对轮辋上的杂物，确保下一步轮辋探伤工序的可靠准确，消除安全隐患。

（5）运用车间对所有运用车辆定期安排地沟检查，便于进一步全面检查轮对轮辋内侧，消除安全隐患。

（6）强化车辆乘务员的工作责任心，加强列车运行途中巡视，对运行中声音异常轮对，及时确认并反馈。

[1]龙华.最新铁路车辆检修工艺与故障在线诊断技术实用手册.北方工业出版社.2009.

[2]姜长泓.轨道车辆轮轴故障检测系统研究[D]吉林大学.2006.

责任编辑：万宝安

来稿日期：2014-11-27