貨車輪對故障分析和改進措施探討

朱峧波 上海鐵路局杭州北車輛段

目前我國鐵路正處于現(xiàn)代化進程的關(guān)鍵時期，客貨車共線、提速、重載，決定了鐵路貨車運輸安全面臨巨大壓力和挑戰(zhàn)。貨車輪對作為車輛走行部最重要的部件，其狀態(tài)的好壞直接影響運輸品質(zhì)、運輸秩序和運行安全。近幾年來，隨著新技術(shù)、新工藝的廣泛應(yīng)用，以及既有貨車K2提速改造的完成，貨車運用故障已大幅下降，但是輪對故障尤其是輪對擦傷、磨耗、剝離等故障不降反升,已成為影響貨車運行的最主要故障之一。輪對故障的大量存在，不僅影響了運輸秩序，增加了車輛部門的檢修工作量，還給運輸安全帶來嚴(yán)重隱患，因此很有必要對輪對故障情況作一專題分析，提出一些能有效減少和控制故障發(fā)生的措施，切實提高車輛運行品質(zhì)和安全性。

1 運用貨車輪對故障反饋和輪對檢修車輪故障統(tǒng)計情況

1.1 06年、09年全路運用貨車典型故障反饋情況

表 1 06年、09年運用貨車典型故障分布情況表

從表1對比得出：06年、09年運用貨車在通過修輛數(shù)接近的情況下，典型故障有明顯下降趨勢，06年276 504件，09年58 980件，降幅為78.7%。典型故障下降較明顯的有制動梁故障、軸承故障、側(cè)架裂損、車鉤裂損、尾框裂損、緩沖器裂損，降幅分別為 96.7%、82.8%、77.8%、70.9%、68.5%、66.7%。典型故障下降最明顯的是制動梁故障，由06年的231 074件降到7 535件。

但是，也存在個別典型故障直線上升現(xiàn)象，如輪對故障、交叉桿故障，升幅分別為181%、136%。從發(fā)生件數(shù)和所占比例來看，輪對故障尤其突出，從06年23334件,占總故障8.44%，上升到09年42 146件，占總故障71.58%。

1.2 09年我段TPDS諸暨探測點探測情況

表2 2009年TPDS踏面損傷報警年報表 探測點：諸暨

從表2得出：運用貨車車輪踏面損傷報警故障也較常見。09年貨車通過TPDS諸暨探測點756 950輛，報警76 544輛，占10.11%，其中需列檢人工確認(rèn)的二級、三級報警車輛達71 355輛，占9.42%。車輪踏面損傷故障對軸承的影響是首當(dāng)其沖的，其次還會影響到車輛的平穩(wěn)運行，損傷踏面對鋼軌沖擊會造成鋼軌磨耗、變形。

1.3 09年我段臨、輔修換輪及因車輪故障換輪情況

09年段臨、輔修換輪對2 027對，因車輪故障換輪1 822對，占89.9%。其中踏面擦傷1 386對，踏面剝離171對，踏面圓周磨耗195對，輪緣磨耗70對，分別占車輪故障輪對的76.7%、9.4%、10.7%、3.8%，詳見表3。

表3 09年臨、輔修換輪及車輪故障情況表 單位：對

1.4 09年我段喬司檢修車間收入輪對旋修及車輪故障情況

2009年檢修車間收入檢修輪對28 202對，車輪故障輪對17 198對，鏇輪率高達61%，其中敞車、棚車車輪故障比較突出，鏇輪率分別為68.9%、74.2%。踏面擦傷10 517對，踏面剝離1 105對，踏面圓周磨耗3 496對，輪緣磨耗2 080對，分別占車輪故障輪對的61.2%、6.4%、20.3%、12.1%，詳見表4。

表4 09年喬司檢修車間輪對鏇修及車輪故障統(tǒng)計表 單位：對

2 原因分析

2.1 運用貨車輪對故障明顯上升原因分析

2.1.1 提速、重載戰(zhàn)略的實施和貨車周轉(zhuǎn)使用率的提高,加劇了輪對的磨損

鐵道部實施貨車提速、重載戰(zhàn)略以來，貨車運行速度由原來的50～60 km/h提高到70～80 km/h甚至更高，目前行包車快運及集裝箱班列已達到100～110 km/h。載重由50 t提高到 60 t、70 t，甚至 80 t。同時,隨著運輸效率的不斷提高,貨車周轉(zhuǎn)時間也由2002年的5.07天壓縮到2009年的4.68天。提速、加載、高使用率使輪對在同一檢修期內(nèi)的磨損顯著增加。

2.1.2 車輪制造新技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，有待進一步加強

既有鐵路貨車120 km/h提速改造及專項技術(shù)改造效果明顯。從06年、09年全路運用貨車典型故障反饋情況（詳見表1）對比得出：通過將近4年技術(shù)改造，制動梁裂損、側(cè)架裂損、車鉤裂損、尾框裂損、緩沖器裂損等故障大幅度下降。軸承鋼保持架換裝塑鋼保持架和SKF軸承接觸油封更換技術(shù)改造，車輪輻板孔車輪淘汰技術(shù)改造，使軸承故障、車輪輻板裂紋故障得到有效控制。而車輪制造新技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用相對滯后，尤其是在提速、重載要求下，車輪抗擦傷、剝離、磨耗等方面材料性能的研發(fā)和改進有待加強。

2.1.3 TPDS信息化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

TPDS系統(tǒng)利用軌道平臺，檢測運行車輛的輪軌作用力，分析計算脫軌系數(shù)、輪重減載率等安全指標(biāo)，集中預(yù)報力學(xué)性能不良車輛，同時監(jiān)測貨物超、偏載和車輪踏面擦傷、剝離等情況。TPDS系統(tǒng)的監(jiān)控、預(yù)報、聯(lián)網(wǎng)跟蹤功能，使車輛運用部門能及時發(fā)現(xiàn)和扣修超、偏載及車輪踏面損傷車。

2.1.4 鐵道部提高對100 km/h及以上列車踏面擦傷的扣修標(biāo)準(zhǔn)

運裝貨車電〔2008〕1335號《關(guān)于鐵路提速貨車輪對有關(guān)要求的通知》要求對《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》（鐵運〔2007〕98號）規(guī)定的鐵路提速貨車輪對輔修、運用時的車輪踏面擦傷及局部凹陷深度進行調(diào)整：自2008年5月20日起，集裝箱專列、行包快運專列及部分鐵路局開行的快速專列實際運行速度達到100 km/h及以上列車中的貨車在輔修、運用時，車輪踏面擦傷及局部凹陷深度為≤0.5 mm（原為≤1 mm）。踏面擦傷限度提高，是運用貨車輪對故障數(shù)量上升的原因之一。

2.2 車輪主要故障原因分析

2.2.1 踏面擦傷

車輛在運行過程中，由于多種因素影響，造成車輪抱死，導(dǎo)致車輪與鋼軌之間產(chǎn)生強烈摩擦，摩擦熱使車輪踏面局部產(chǎn)生相變，形成硬而脆的馬氏體組織，嚴(yán)重時會導(dǎo)致擦傷處剝離掉塊（見圖1）。主要有以下原因：①制動系統(tǒng)故障如緩解不良、抱閘、緊急排風(fēng)制動、空重車自動調(diào)整裝置故障等；②司機制動操作不當(dāng)；③調(diào)車作業(yè)時鐵鞋制動；④制動方式先天不足（單側(cè)踏面制動）。

圖1 踏面擦傷

2.2.2 踏面剝離

踏面剝離（見圖2）主要分制動剝離、接觸疲勞剝離、擦傷剝離三種。制動剝離是由于不合適的制動條件下，閘瓦與車輪接觸部位產(chǎn)生高熱導(dǎo)致車輪表面金屬相變；接觸疲勞剝離是由于輪軌接觸應(yīng)力累積應(yīng)變所致，通常與車輪硬度、強度有關(guān)；擦傷剝離是由于車輪與鋼軌之間出現(xiàn)局部摩擦或滑動摩擦，摩擦高熱導(dǎo)致車輪表面金屬相變，出現(xiàn)硬而脆的馬氏體組織，在輪軌接觸作用力下剝落。

圖2 踏面剝離

2.2.3 踏面圓周磨耗

踏面是滾動中與軌面相接觸的車輪外周面，其作用是與軌面間在一定的摩擦力下完成滾動運行。踏面圓周磨耗（見圖3）受多種因素影響：①車輪材質(zhì)、制造工藝；②車輛載重；③使用頻率；④運行速度；⑤線路條件；⑥轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)；⑦閘瓦質(zhì)量等。

圖3 踏面圓周磨耗

2.2.4 輪緣磨耗

輪緣磨耗（見圖4）主要有輪緣厚度超限和輪緣頂尖偏磨兩種。車輪踏面圓周磨耗間接造成對應(yīng)輪緣厚度增加；線路條件、車輛蛇形運動、車輛偏載，使輪緣弧面與鋼軌擠壓磨擦造成輪緣頂尖偏磨。

圖4 輪緣磨耗

3 措施建議

3.1 加強車輛性能優(yōu)化研究

3.1.1 加強車輪、閘瓦、鋼軌材質(zhì)、綜合性能研究

研制高性能車輪，滿足貨車高速、重載要求；研制高性能制動閘瓦，具備制動效果好，對車輪磨損小的特點；改進制動方式，建議對運行速度較高貨車（如行包車專列）采用盤型制動；加強輪軌之間摩擦匹配研究，減少輪與軌的摩擦磨耗。

3.1.2進一步優(yōu)化車輛結(jié)構(gòu)和加強車輛制動系統(tǒng)研究

通過對車輛結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高車輛整體運行性能，減輕車輛自身結(jié)構(gòu)對輪對影響。研制更適合重載、長大編組列車的制動閥，提高車輛制動、緩解靈敏度，減少因車輛制動系統(tǒng)性能不良而造成車輪擦傷、剝離等故障。

3.2 加強制動配件檢修質(zhì)量控制和運用制動系統(tǒng)故障處理

3.2.1 加強制動配件檢修質(zhì)量管理

嚴(yán)格執(zhí)行鐵運 [2008]15號《鐵路貨車制動裝置檢修規(guī)則》，做好制動配件的檢修和試驗工作，尤其是閥類和閘調(diào)器的檢修質(zhì)量。嚴(yán)格執(zhí)行"三檢一驗"制度及配件抽查、抽驗制度，減少因車輛制動配件故障而造成車輪擦傷、剝離。

3.2.2 把好檢修車輛集控試風(fēng)試驗關(guān)

嚴(yán)格按《制規(guī)》單車試風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)進行試驗，試驗不合格時，必須認(rèn)真查找原因，處理故障，確保車輛制動系統(tǒng)性能符合要求。

3.2.3 列檢要加強編組列車試風(fēng)檢查

尤其要加強制動機、閘調(diào)器、空重車自動調(diào)整裝置性能、閘瓦磨耗狀態(tài)檢查，發(fā)現(xiàn)車輛制動系統(tǒng)故障要及時處理，對偏磨、磨耗過限、掉塊閘瓦要及時更換，減少因車輛制動系統(tǒng)故障導(dǎo)致車輪踏面擦傷、剝離、磨耗。

3.2.4 充分利用TPDS踏面損傷預(yù)報、監(jiān)控系統(tǒng)，做好輪對踏面損傷故障的確認(rèn)和處理，防止車輪故障擴大化

3.3 改善車輛運用工況

（1）嚴(yán)格機車操作標(biāo)準(zhǔn)，司機要按規(guī)定程序和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)操縱機車，嚴(yán)禁主管壓力過高。少用緊急制動，施行緊急制動后要待各車輛全部緩解后再啟動。調(diào)車作業(yè)時，鐵鞋對踏面的危害最大，最易引起踏面擦傷剝離，因此盡量取消用鐵鞋制動的方式，避免鐵鞋對車輪造成的傷害。

（2）車站車輛編組按制動機型號進行，減少不同制動機車輛混編。因為不同制動機車輛在制動過程中制動動作不統(tǒng)一，易造成車輪擦傷。

（3）改善車輛運用環(huán)境，減少車輪擦傷、剝離、磨耗產(chǎn)生。做好線路狀態(tài)維護；嚴(yán)格執(zhí)行車輛裝載規(guī)定，均勻裝載貨物，減少車輛偏載現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.4 加強輪對檢修質(zhì)量控制

（1）加嚴(yán)執(zhí)行輪對選配車輪直徑差的規(guī)定，提高車輛抗蛇形運動能力，減輕輪對單側(cè)踏面磨耗、輪緣磨耗。同一轉(zhuǎn)向架車輪直徑差：廠修≤3 mm，段修≤5 mm（輪規(guī)限度：廠修≤10 mm，段修≤15 mm）；同一車輛車輪直徑差：廠修≤10 mm，段修≤15 mm（輪規(guī)限度：廠修≤20 mm，段修≤30 mm）。

（2）對于運用頻率較高，踏面磨耗故障較突出棚車，建議加嚴(yán)輪對選配車輪圓周磨耗限度，增加車輪圓周磨耗余量，抵消車輛運行里程對車輪圓周磨耗的影響，支出輪對圓周磨耗限度加嚴(yán)到0～3 mm（輪規(guī)限度：廠修≤3 mm，段修≤5 mm）。

3.5 加快TPDS監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用，進一步提高系統(tǒng)對踏面擦傷報警的準(zhǔn)確率

按照鐵道部統(tǒng)一規(guī)劃和安排，加快推進監(jiān)控系統(tǒng)擴大覆蓋范圍二期建設(shè)；進一步提高TPDS監(jiān)控系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、報警的準(zhǔn)確性，確保車輪踏面損傷故障得到有效的監(jiān)控。