重载货运机轮对疲劳与磨耗质量控制研究

摘 要：重载货运机轮对的质量对保证安全运行具有重要的意义，轮对的质量主要是由疲劳与磨耗引起的。结合国内外轮对疲劳与磨耗的分析，针对轮对检修研究现状，提出了改善轮对质量控制的方法，对提高论文质量控制奠定了研究基础。

关键词：重载货运机；车轮；质量控制；疲劳与磨耗

重载货运机轮对的质量问题广泛存在于铁路运输中，在一些弯道密集、道岔较多、线路老化的走行线上，因质量失效造成的轮对维护和事故风险时有发生，所以研究轮对的质量问题具有重大的现实意义。

轮对的质量主要是由疲劳与磨耗引起的，二者形成的机理与表现形式各有特点，因此认真分析轮对的疲劳与磨耗机理才能真正认识质量问题的关键。轮对常见的质量有材料剥离、裂纹、不圆度。材料剥离一般是由接触疲劳、制动擦伤等原因引起。轮轨滚动接触疲劳破坏初期表现形式是表面裂纹，在循环载荷持续作用下，裂纹会不断扩展，首尾贯通后就会形成剥离，凹坑等，靠近轮缘侧沿轮对踏面圆周方向大量分布。因为重载货运机运行时轮对和轨道间的作用行为十分复杂，轮对不仅相对于钢轨做滚动，而且伴随着纵向滑动和横向滑动，由于轮轨接触表面和轮对轴线成变化角度，又导致轮对在滚动中相对钢轨作“自旋运动”，并且在过道岔和曲线弯道时，经常会受到冲击载荷。

轮轨滚动接触过程中，多数以点接触形式为主，轮轨表面挤压变形形成的接触斑很小，而这样的接触斑却承受着几顿甚至几十吨的外力，接触应力十分大，当该接触应力超过材料的弹性极限时，材料就会发生塑性变形，在反复载荷作用下，塑性变形就会累加，材料达到韧性极限时，会使得材料丧失承载能力发生开裂，外载的持续作用，裂纹就会不断扩展。

1 轮对疲劳与磨耗分析

轮对磨耗现象广泛存在于铁路运输中，磨耗是由轮轨摩擦引起的，使得轮对轮辋材料不断减少，这会改变轮对轮廓外形，引起轮对名义滚动圆和等效锥度的变化，从而影响轮轨接触的几何关系，恶化轮轨接触状态，轮轨系统动力响应也会有相应变化，并对重载货运机运行稳定性、安全性、乘坐舒适性以及轮轨系统各个部件使用寿命产生很大影响。随着重载货运机速度的不断提高，必然导致轮对工作状况的恶化，从而加剧轮对的磨损，调研发现当重载货运机运行30～40万公里时，踏面径向将会被磨去0.1～0.2mm，轮对局部会有不圆度，此时需要进厂返修，通过旋修工艺，将轮对重新恢复至原始外形，据统计该过程将沿径向去除材料3～5mm，一个新轮对经过4～5次的旋修，就会因磨耗到限而报废停用，这无疑是一种极大浪费。当前限于实验成本的问题，磨耗检测更多是从轮对上截切出一小块试样，在轮轨摩擦试验机上进行，影响因素单一，金相检测设备简陋，实验资源比较贫乏，所以多数学者对磨耗问题主要进行定性分析，很难作进一步的探索研究。

轮对的疲劳与磨耗是相伴而生的。在重载货运机运行的早期阶段，表面会产生许多疲劳裂纹，并且受力越大的区域，裂纹分布越明显，疲劳裂纹的产生与发展还与重载货运机运行速度有关系，速度越快越容易产生裂纹。在重载货运机运行的后期阶段，轮对轮辋材料将会不断被磨去，有些踏面上的小裂纹由于其扩展速度低于磨耗速度，所以该裂纹将被磨去。当前由于对轮辋的疲劳与磨耗形成与发展机理仍在不断探索，所以疲劳与磨耗的相互关系更多是停留在定性分析程度。

2 轮对质量检修

轮对检修是铁路客车检修工作中的关键环节，是转向架性能保证质量的前提。目前在国外车间现场的安全质量管理系统已成为现代企业的必备产品。该系统综合了批量生产管理和单件生产管理的优点通过控制工序、人员、流程和设备设施在内的资源来提高产品质量。

在国内大部分企业仍采用人控为主的粗放式管理模式，个别车辆段开发了客车轴承、轮对检修信息系统， 在一定程度上解决了检修信息的自动化管理问题。但该系统的实时性较差，质量管理功能不能完成作业流程和作业人员的实时监控和作业质量的分析处理未能实现实质意义的生产质量管理。较难实现轮对检修质量的单件电子化管理和轮对检修过程的全面掌握，导致作业水平的考核难度大，且不全面， 易造成单件轮对失修的情况出现。轮对检修车间需检修安全质量监控平台的搭建，使轮对检修逐步实现电子化管理。

3 改善轮对质量控制

目前改善轮对质量主要从以下几个方面展开：

1）不断研发新型合金材料，提高轮对的抗疲劳性和耐磨性，日本高速轮对含碳量约0.65%，具有较高的强度硬度，而欧洲高速轮对含碳量约0.5～0.6%，侧重于改善塑性韧性；

2）改善轮对的加工工艺，严格控制热处理过程中的非金属夹杂物和组织相变温度；

3）车身朝轻量化发展，来减少转向架的簧下质量；

4）对于失效的轮对和钢轨要进厂返修和打磨，使其仍能正常工作，消除隐患。以上诸多手段研究的归根结底的问题还是轮对疲劳和磨耗质量的问题，他不仅保障了运行的安全，也能延长轮对的使用寿命。

4 结论

由疲劳与磨耗引起的轮对质量保证安全运行具有重要的意义，轮轨接触疲劳与磨耗影响因素很多，而且他们之间具有一定的关联作用，如何保证实检修的顺利进行以及质量的控制定了研究基础。本文在结合国内外轮对疲劳与磨耗的分析的基础上，针对轮对检修研究现状提出了改善轮对质量控制的方法。

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作者简介：

窦志强（1983-），男，汉族，山西大同人，本科，工程师，主要从事质量体系管理以及质量技术管理工作。