HXD2B型机车合成闸瓦剥落造成金属镶嵌故障原因分析及预防措施

孙钦友 刘如毅 丁 东 上海铁路局徐州机务段

HXD2B型机车合成闸瓦剥落造成金属镶嵌故障原因分析及预防措施

孙钦友 刘如毅 丁 东 上海铁路局徐州机务段

HXD2B型机车闸瓦金属镶嵌问题十分突出，介绍该类故障的主要技术特征，分析故障成因，指出合成闸瓦材质不良是主要原因，并结合现场实际提出具体的预防措施。

HXD2B型机车；合成闸瓦；金属镶嵌；故障特征；原因分析；预防措施

1 前言

徐州机务段自2011年临支HXD2B型电力机车以来，车轮剥离、闸瓦破损等故障十分突出。据该段行修组统计，闸瓦磨损到限400多副，断裂、掉块150多副，车轮擦伤、剥离300多件，轮缘卷边、掉块50多件。特别是闸瓦金属镶嵌问题十分突出，机车运行中闸瓦与车轮间产生金属夹杂物，严重时抱死轮对，对铁路运输安全构成了威胁。

2 故障调查

2011年以来，该段HXD2B型机车共发生15件较严重的闸瓦金属镶嵌故障，见表1。

表1 HXD2B机车车轮擦伤剥离故障调查表（2011年6月至2015年2月）

故障闸瓦、车轮及金属镶嵌物具有以下技术特征：

（1）金属镶嵌物的质地坚硬，外形为片状、条块状，与踏面接触的一面有明亮的金属光泽和摩擦痕，并呈现过热氧化色，与闸瓦贴合的背面形状不规则，见图1。小片的金属镶嵌物取出后，若检查车轮踏面及闸瓦无严重磨损、擦伤，符合运用技术要求的，可以继续运用，不用扣车检修。大块的金属镶嵌物往往拉伤车轮踏面，需要扣车镟轮。如0038、0105、0169、0037、0041机车的金属镶嵌物大小为半块闸瓦大小，0045机车的金属镶嵌物大小为上下两块闸瓦大小，车轮都被严重拉伤。

图1 闸瓦金属镶嵌物

（2）闸瓦与车轮轮辋过热变成砖红色，0045机车最为严重，闸瓦颜色呈现暗红色，见图2。

图2 故障闸瓦

（3）发生金属镶嵌的机车的闸瓦都出现了不通程度的掉块、剥落现象，其中0045机车闸瓦踏面80%已剥落，0038、0105、0169、0037、0041机车闸瓦踏面剥落面积达60%左右。发生故障前曾出现掉块、磨损到限更换的情况，如0035、0039、0040机车故障发生前因掉块更换闸瓦，0038、0041、0105、0155、0157机车故障发生前因到限更换闸瓦。

（4）车轮踏面存在划痕。0045机车最为严重，形成有15道环形沟槽，其中最深处达到3.5 mm。0038、0105、0169、0037、0041机车深度最深处为2 mm。

（5）故障机车大多伴随着制动缓解不良现象。如0037，2013年11月2日1故障，9月26日、9月29日途中出现不缓解现象，10月9日开车前出现不缓解现象。

3 原因分析

根据现场的检查情况分析认为，发生闸瓦金属镶嵌的可能原因有：

（1）闸瓦材质

HXD2B机车闸瓦据称是不含石棉的合成闸瓦，最高工作温度为350℃。合成闸瓦在强力摩擦时会发生高热，此时，摩擦材料的强度、刚度与常温时不同，会发生较大的变化，存在热衰退、热龟裂问题。合成的摩擦材料在温度280℃~300℃时就会产生强度损失，合成闸瓦比铸铁闸瓦更容易由于车轮和闸瓦的摩擦产生粘结物形成金属粘结，这些夹杂物会使车轮踏面出现环形损伤，并转移到闸瓦上。闸瓦中增摩粒子过大、过多，易产生金属磨屑；闸瓦的粘度过大，或使用后粘度变大，容易粘附金属磨屑；闸瓦基体较软，金属磨屑也易于嵌入。

HXD2B型机车在该段运用以来，发生闸瓦断裂、掉块150多副，而同期采用单元制动器踏面闸瓦制动方式的DF11、DF11G型机车并无闸瓦裂损、掉块现象，说明该型机车闸瓦质尚不能满足HXD2B型机车制动热负荷的强度要求。从发生闸瓦金属镶嵌的时间来看，主要集中在2013年，2014年少，2015年又有增多迹象，这或许与闸瓦的生产批次有关。通常，不同批次的闸瓦质量会有所不同。

（2）闸瓦结构

闸瓦的结构形状也可能是影响HXD2B型机车闸瓦金属镶嵌的重要因素。DF11、DF11G型机车闸瓦采用组合式闸瓦，每块闸瓦由三小块组合而成，每小块之间具有垃圾沟，既可以疏导摩擦产生的磨粒，又有利于散热。HXD2B机车闸瓦是整体的，没有垃圾沟，金属磨屑不易排出，比组合式闸瓦更易形成金属夹杂物。

另外，DF11、DF11G型机车采用双侧踏面制动，HXD2B型机车采用单侧踏面制动。在相同的制动功率下，采用双侧踏面制动，车轮与闸瓦的摩擦面积成倍地加大，可以显著地降低摩擦面的温度，避免闸瓦强度的降低。

（3）制动机故障

HXD2B机车制动系统故障比较突出，2011年以来共报修制动系统不缓解故障500多件，主要是单阀、自阀制动后不缓解问题。这类故障经常发生，到段检查试验时往往不再重复出现，于是得不到彻底处理，机车长期带症运用。闸瓦不缓解或机车电制动异常、高速时自动实施空气制动，产生大量制动热量，造成车轮踏面制动剥离，尺寸较大的金属片成为金属镶嵌的萌生点。另外，制动压力大或制动压力不均匀产生大量金属磨屑，长时间抱闸运行，造成的闸瓦的硬度下降，也是诱发闸瓦镶嵌故障的因素。如0211机车，2013年12月4日，分配阀EPM、BCU故障，2013年12月9日常用制动不缓解，2014年4月18日途中出现不缓解现象，2014年5年14日左1车轮踏面剥离镟修，2014年6月28日日出库试验机车不缓解，7月2日发生闸瓦镶嵌故障。

（4）车轮硬度

据车轮镟修工反映，HXD2B型机车车轮硬度比DF11、DF11G型车轮低，比较容易车削。HXD2B型机车轮轮缘卷边、掉块现象比较突出，也说明了车轮材质较软的特点。当机车制动时，闸瓦与车轮踏面间的硬物可能拉伤车轮，脱落的金属在制动力作用下堆积、发热，金属堆积物硬度更大，拉伤车轮，使车轮踏面形成环形沟。0035、0038、0211机车车轮在镟修后不久发生了闸瓦金属镶嵌现象，也印证了这一现象。

（5）闸瓦安装

在已更换的众多闸瓦中，虽然出现金属镶嵌故障的是少数，但是出现金属镶嵌的闸瓦多数是更换时间不久的。因此，更换闸瓦的方法也可能是造成闸瓦金属镶嵌的因素之一，闸瓦间隙过小不利于磨屑自然清除。

（6）砂子质量

HXD2B型机车撒砂阀（管）经常因为砂子潮湿板结而堵塞，在机车需要撒砂防滑时无法撒砂，车轮空转打滑引起的踏面擦伤不可避免。

4 预防措施

（1）改进闸瓦材质与结构

借鉴DF11、DF11G型合成闸瓦的经验，研制新型HXD2B型机车专用合成闸瓦，进一步改进材质，包括提高闸瓦的抗热衰性能、机械强度等。采用带垃圾沟的组合式闸瓦，将金属磨屑、剥离碎片及时排出，防止闸瓦镶嵌。

（2）尽量使用电制动，低速停车时再实施空气制动

HXD2B型机车具有恒制动力的电制动特性，每个制动级位对应着一个固定的电制动力值，但不超过该速度下的最大电制动力。HXD2B型电力机车制动控制原则：优先使用电制动，运行速度应在3 km/h以下时释放电制动，加入空气制动。该段机车司机大多是内燃机车司机出身，对新型电力机车制动机性能不甚了解，单机运行或调车时，司机习惯使用空气制动调速。若机车在高速运行时加入空气制动，将产生大量的制动热量，引起踏面制动热剥离，诱发闸瓦金属镶嵌故障。如0155机车，调车时，使用单阀调速，发生闸瓦镶嵌故障。因此，改变操纵习惯，优先使用机车电制动，尽量不用单阀调速，对于减少制动热剥离和防止闸瓦金属镶嵌是十分有效的。

（3）提高制动系统可靠性

针对HXD2B机车单阀、自阀制动后不缓解问题，加强技术改造和技术攻关，提高制动系统的可靠性，减少或消除异常空气制动引起的制动剥离和制动高温。

（4）提高车轮踏面硬度

车轮镟修时注意进刀量不要大，做到车轮踏面光洁、粗糙度符合规定。建议在镟轮后，对踏面进行滚压处理，进一步提高车轮踏面硬度和光洁度。

（5）注意闸瓦更换问题

更换闸瓦时，调整间隙4 mm~6 mm，清除附着在闸瓦上的杂物。

（6）改进砂子质量

采购质量合格的优质石英砂，并对机车用砂进行过筛、干燥处理，防止砂子中泥土含量超标引起的砂子板结。

5 结束语

发生闸瓦镶嵌的机车车轮大多伴随着踏面擦伤、剥离现象，有的很严重，应及时镟修。及时更换掉块、破损的闸瓦，如出现大面积破损情况，禁用同一批次的闸瓦，与供应商协商退换货。通过微机显示屏上设置的电制动隔离软件开关，可以隔离电制动功能。为确保优先实施电制动，应禁止擅自隔离电制动功能。因闸瓦材质不良引起的车轮剥离和闸瓦金属镶嵌造成的经济损失十分严重，尽快组织研制新型HXD2B型机车专用闸瓦，对于保障铁路运输安全、降低检修成本具有重要意义。

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[2]姚萍屏，陈圣柳.高速机车用粉末冶金制动闸瓦的研制[J].铁道机车车辆,2004年第24卷增刊.

[3]李岳恒.浅谈减缓机车车辆剥离[J].铁道机车车辆,2004(3).

责任编辑：宋飞 张萼辉

来稿时间：2015-5-27