动车组车辆轮对损伤原因及诊断

张计

摘 要：近年来，我国铁路运输事业飞速发展，尤其是中国高铁已走向世界，这对铁路装备的稳定性和可靠性、故障恢复的及时性都提出了更高的要求。而动车组轮对是列车结构的组成部分，但长期承受巨大的静载荷和动载荷，使其磨损程度加快，如何使其可以稳定、可靠地工作，是影响着动车技术能否实现跨越式发展的关键因素。近年来，我车间负责的电务段发现动车组车辆轮对损伤问题比较严重，对动车运营造成了不良的影响。

关键词：动车组;轮对损伤;原因诊断

1 动车组车辆轮对损伤形式及原因分析

1.1  轮对损伤及原因

动车运行速度比普通列车要快得多，在高速运行过程中，轮对与铁轨之间会产生复杂的相互作用，表现为高数量级的快速交变载荷，例如动车自重、牵引扭矩、牵引弯矩、侧压力等等。轮对最常见的损伤形式包括裂纹、擦伤、剥离、磨损、凹陷等等。轮对的完整性和技术状态对动车的安全、可靠、平稳运行有着十分重要影响，因而成为日常维护和检修的重点之一。

1.2  车轴损伤

车轴是连接两个轮盘的长条状零件，根据车轴的形状和工作特征，其损伤形式也是多种多样的，例如裂纹、磨损、变形、折损、碰伤、凹痕、轴辗长等等。这些损伤形式均为严重损伤，必须及时发现、及时处理。

从裂纹的走向来看，车轴裂纹有纵向裂纹和横向裂纹两种表现形式，如果裂纹主线与车轴中心线夹角超过45°，是称为横向裂纹，否则统一称为纵向裂纹。横向裂纹是一种极其严重的裂纹，它直接减小了车轴的有效横截面积，大大降低了车轴的强度。如果横向裂纹未被及时发现，经过不断的扩张，深度进一步增加，应力集中明显，将直接造成车轴折损，危险性极大，是动车组绝对不允许存在的损伤形式。车轴裂纹的出现一方面是由于疲劳折损造成的，另一方面还可能是燃轴事故导致的车轴热切断裂。

根据磨损的部分不同，车轴磨损通常有轴颈磨损、防尘板座磨损和轴身磨损三种形式。其中轴颈磨损一般是由于轴颈过长造成轴瓦在轴颈后肩与轴领间的横动间隙扩大，窜动量随之加大，如果在轴颈堆焊后造成其长度变长，那么轴颈后肩的过渡圆弧将出现内移现象，载荷作用点更加靠近危险断面，为铅锤载荷发挥破坏作用提供了条件，在弯矩及应力的作用下造成车轴切断;防尘板座磨损主要是指轴箱后壁口上边缘与防尘板座间隔不够，长期相互接触而产生磨损，由于防尘板座平时承受的压力巨大，因此其磨损将带来巨大的应力集中，引发裂纹，减小了强度，成为生大安全隐患;轴身磨损的问题主要与制动拉杆的装配有关，不合格的装配将可能导致拉杆与车轴的接触，久而久之就对轴身造成了磨损。

1.3  踏面损伤

根据磨损位置在车輪中的不同区域，可以将车轮磨损分为踏面磨损、轮缘磨损、踏面裂纹、踏面剥离、踏面辗宽、踏面杂质等类型。

1.3.1  踏面磨损

车轮是直接与钢轨接触的关键部件，它承受着整个动车组的重量，载荷水平非常高。在高速运行过程中，车轮与钢轨之间由于快速滚动而出现剧烈摩擦。路面磨损在宏观上主要表现为沿车轮半径方向尺寸的减小，踏面磨损通常还会带来踏面斜度不良的问题。斜度的变化会干扰列车在轨道上运行时的自我调整，导致车辆难以保证自身始终处于轨道中间位置，进而增加轮缘偏磨的可能性。尤其是在弯道路段，轮对会偏向曲线外侧，进一步加快轮缘偏磨。

1.3.2  轮缘磨损

轮缘磨损是指发生在车轮边缘处的磨损现象，在直线行驶过程中，轮缘磨损很少发生。在踏面磨损过于严重或转向架组装不到位的情况下，会造成轮对与钢轨间的距离出现波动，造成轮对左右偏磨。大量实践表明，轮缘磨损可以导致轮缘厚度减小、轮缘顶部锋芒及轮缘垂直磨损。在严重的情况下，由于轮缘厚度不足而降低了轮对强度，容易引发行车事故。轮缘在受到冲击或驶过岔道时，可能挤开尖轨而脱轨。轮缘垂直磨损也是常见形式这一，轮缘根部和钢轨内侧面相互摩擦，当达到一定的限度后将会引发脱轨事故。

1.3.3  踏面裂纹

踏面裂纹是比较常见的轮对故障，也是致命性故障，因此在实际运行中是不允许存在的。根据裂纹的形成机理，踏面裂纹可以分为踏面热裂纹和疲劳裂纹。踏面热裂纹通常是由于列车制动异常而形成的一种裂纹形式，除了制动，在非正常的滑行或空转情况下也会造成踏面热裂纹，由于是在摩擦加热后又急速冷却，因此相当于进行了表面淬火，产生了马氏体。马氏体在车轮运转时又被反复地加热，起到了回火作用，最终产生回火马氏体组织或珠光体组织。同时踏面表层由于发热而出现体积膨胀，在这种强大的压缩应力下出现开裂。疲劳裂纹是由于车轮转动时踏面与铁轨之间长期存在反复的接触压力，造成内部剪切应力集中，在多种交变负荷条件下会出现月牙状或剥离状疲劳裂纹。

1.3.4  踏面剥离

踏面剥离是一种严重的轮对损坏现象，它通常表现为踏面表面的金属直接成片脱离轮对主体，并且在踏面上留下相应的凹坑。从机理上看，踏面剥离可以分为疲劳型剥离和热剥离。其中前者主要是由疲劳裂纹引发的，如果车轮表面本身有裂纹，在转动时会不断向内部扩展，当扩展到一定程度后，在塑性变形的作用下最终以薄片状脱离路面主体。这种现象主要与踏面接触压力、材质屈服点、塑性变形性能、接触面积、车轮直径等有关系。热剥离的起因是热裂纹的产生，热裂纹沿着踏面垂直或平等的方向扩展，最终使相邻裂纹贯通而剥离。

2  动车组车辆轮对维护建议

2.1  加强车轮生产质量控制

动车组轮对作为一种特殊的产品，生产厂家的生产水平对其质量有着直接的影响，因此车轮的设计、加工企业应从各个环节着手，努力创新，提高产品质量。在设计上，要进下提高轮对检修的方便性，采用合理科学的结构设计，各项参数经过精确计算和试验，保证其满足使用要求;在生产加工环节，必须不断改善生产工艺水平，尤其是冶金锻造水平和制造工艺水平，对产品的性能有重要影响。应采用先进工艺，追求优良、强度韧性好、抗疲劳性强的指标。生产企业应严格控制转向架系统部件的尺寸和力学性能指标，在加工过程中严格控制，避免由于工艺不科学或损伤不当造成较大误差，进一步提高轮对的质量。

2.2  提高车轮技术管理水平

轮缘润滑是提高轮对运行效率和避免损伤的重要方法，因此建议动车组运营企业适当增加轮缘润滑装置，一般至少要达到50%的装车率才能直到明显的效果。车辆的运营单位也可以根据实际需求来执行。进一步增加正线添乘次数，防止出现缺口，只要出现轮对损伤问题立即安排专业人员检测，将轮对失圆、踏面擦伤和剥离消灭在初期，避免后续出现严重的问题。管理人员应定期安排镟修，在镟修过程中应充分发挥所有轮径的作用，提高轮对寿命;定期安排人员对车体尺寸进行检查，对于超差的车辆及时调整。

2.3  规范车轮检查维修流程

车轮的检查维修在动车组维修工作中占有重要地位，是遏制轮对损伤现象的重要环节。因为很多部里都可以在日常检修中发现并解决。检修工作为检查和维修车辆的主体，要求检修人员的业务水平达到一定的要求，具备较强的综合能力，才能及时发现交解决轮对损伤问题。另一方面，检修的流程也应做到规范化、统一化、标准化，避免不同的人员由不习惯和能力的不同，而采用了不同的检修流程，造成检修结果的不可靠性。在制定了规范的轮对检修流程后，应加强监督，严格按照损伤规程进行检查，保证满足各项维修质量标准，手法到位，全面检查。一旦检出有严重损伤的轮对，或怀疑轮对出现较严重故障，必须及时组织技术专家团队到场鉴定，做到细致检查，准确判断，妥善处理，不放过任务一个故障，杜绝异常轮对上路，保障每一个乘客的生命财产安全。

参考文献：

[1]崔大宾，赵锐，李俊，佘家豪，李立，温泽峰.面向轮缘磨耗的动车组车轮型面多目标优化设计[J].机械工程学报：1-10[2019-03-22].

[2]潘长领，李沛泽，王林，冯钰瑾，肖鹏.动车组车轮多边形轮轨力的仿真研究[J].机械工程与自动化，2018（05）：18-20.

（青木川环保科技（广州）有限公司  广东  广州  510000）