動車組進口輪對車輪運行情況的調查分析

王 華 上海鐵路局科研所

新中國成立以來，鐵路車輪生產一直倍受國家關注，在中國鋼鐵工業中占據很重要的地位。它不僅是保證列車高速運行的關鍵部件，也是制造難度極高的鋼鐵工業產品。隨著高速鐵路的迅猛發展，對車輪制造質量相應地提出了更高的要求。目前，我國動車組輪對分解、檢修、組裝和精加工流水線已經建成，成為世界上為數不多的能夠檢修高速動車組輪對和精加工其零部件的國家，而車輪、車軸原材料、毛坯制造還處于研發階段，是中國高速動車組自主創新的一個重要組成部分。

動車組輪對主要由車輪、車軸、制動盤、齒輪箱、軸承和軸箱等部分組成，是確保高速動車組轉向架安全可靠運行的核心制造技術之一，技術含量高、加工精度高、制造工藝復雜。目前，動車組輪對均采用進口產品，其外形、制動方式、設計參數詳見表1。

表1 各型動車組輪對情況表

1 調查方案的確定

我國2007年以來大批量開行的動車組均采用整列編組，定點檢修；其車上安裝了各種各樣的故障自動檢測裝置，一旦出現故障，就會自動顯示故障代碼；在動車所均配備了在線列車輪對故障動態檢測系統，動車進入動車所時均能自動探測車輪踏面磨耗、輪緣厚度和輪徑尺寸等技術數據，為整個調查、研究工作創造了較好的條件條件。

1.1 建立車輪信息數據庫

2010年8月，我們在分析車輪的各部技術數據后，擬定動車組車輪使用情況的調查方案，制定以計算機為輔助手段的分析系統，編制專門的計算機統計軟件，制定導入檢測數據和識別標準；利用各動車所現有的《調度日報》和《輪對故障動態檢測系統數據報表》，分別按車型和車廂號統計出未旋輪／旋輪后每輛車每位車輪的走行公里、踏面磨耗和輪緣磨耗量，并按走行10萬km、20萬km、30萬km……，直至車輪磨耗到限各等級統計出平均磨耗程度；這些數據不僅能反映車輪的質量總體水平，而且還能基本看出各型動車組轉向架的動力學性能。

我們從路局《動車所調度日報（excel）》獲取“動車所名、日期、動車組號、累計走行公里”，從動車所《調度日報》和《輪對動態檢測報表》獲取“踏面磨耗、輪緣厚度、輪徑（excel）”數據，建立起較為齊全的計算機統計數據庫（詳見表2）。在具體的操作中，從“鐵道部動車組運用維修管理信息系統”中獲取數據比較方便、齊全，計算機數據庫一旦建立，全國各動車所車輪檢測的數據就會自動錄入，并按車型和車廂號分別統計出未旋輪／旋輪后每輛車每位車輪的走行公里、踏面磨耗和輪緣磨耗量。

表2 **鐵路局**動車所動車組車輪信息數據庫

建立各局各動車所動車組車輪信息數據庫后，通過計算機我們就能按走行公里很快統計出各型動車未旋修和經N次旋修后車輪踏面、輪緣磨耗情況。

1.2 車輪主要故障調查

車輪主要故障的調查工作以人工統計為主（詳見表3），均須有原始記錄和照片。如遇一個車輪重復發生幾個主要故障，如輪輞裂紋、踏面剝離、輪緣裂損同時發生在一個車輪上，可按3個故障分別進行統計，踏面擦傷以過限為標準進行統計。

表3 **動車所動車組車輪主要故障情況統計表

2 典型故障情況

截至2010年12月31日，上海局配屬動車組126組（將長編部分折合成每列8輛編組，計172組）；其中CRH1B型動車組17組，CRH1E型動車組6組，CRH2A型動車組21組，CRH2B型動車組10組，CRH2C型動車組31組，CRH3C型動車組16組，CRH380A型動車組12組、CRH380B型動車組13組。2007年1月至2010年12月底，各型動車組走行部的故障主要集中在輪對的擦傷和剝離上，CRH380A型動車組在滬杭高鐵上運行一個多月也有類似情況；其次是輪緣垂直磨耗，導致旋輪后輪徑尺寸的大幅度下降；第三是左右側車輪磨耗不同步，導致輪徑差過限；在整整四年中上海局動車組共走行了13 002.0萬km（詳見表4），車輪輪輞裂紋和內部缺陷各發生2件，說明進口車輪的材質和制造工藝是基本可靠的。

表4 2007～2010年上海局配屬動車組累計走行公里數（單位：萬km）

2.1 輪輞裂紋

（1）2009年5月28日，杭州動車所在對0D5676次重聯編組CRH1035A+CRH1040A做一級修時，發現CRH1035A動車組02號車1軸（軸序列號：LT213）2位車輪輪輞裂紋。裂紋距踏面10.0 mm、長度145.0 mm、最寬處開口1.0 mm；其中光滑裂紋顏色較深，長90.0 mm；鋸齒狀裂紋顏色較新，長55.0 mm。此外，裂紋位置對應的車輪踏面外緣突出輪輞端面4.0 mm（詳見圖1），根據敲擊聲初步判斷：裂紋向輪輞內側面延伸約為25.0 mm。2009年1月14日該輪曾在上海南動車所進行過第一次旋輪，當時走行了323 633 km，發現裂紋時走行了522 293 km。

（2）2009年12月23日，杭州動車所在對0D5588次CRH1039A動車組做一級修時，發現07號車2軸3位輪輞裂紋（詳見圖2、3），用LX便攜式相控陣輪輞探傷儀對其進行進一步確認；裂紋距踏面18.0 mm，長150.0 mm，根據敲擊聲初步判斷：裂紋向輪輞內側面延伸約為45.0 mm；且輪輞外側面有比較明顯“凹凸”狀，為裂紋斷面受擠壓向輪輞外側發生側移所致。

圖1 CRH1035A Tp2車1位軸（軸號：LT213）2位車輪輪輞裂紋照片

圖2 CRH1039A輪輞裂紋

圖3 CRH1039A輪輞外側變形

2.2 輪輞內部缺陷

圖4 CRH1050B動車組輪輞內部缺陷

（1）2010年4月 21日，南翔動車所探傷組在對CRH1050B動車組進行LU移動式輪輞輪輻機探傷時發現06號車8位輪輞部位有缺陷報警，用LX便攜式相控陣輪輞探傷儀進一步復核，再次確認有缺陷，并確定尺寸和位置；車輪旋修后輪徑由914.5 mm至911.5 mm時出現內部缺陷（詳見圖 4）。

（2）2010年9月8日，南翔動車所對CRH1065E動車組進行30萬km車輪修形，當走完第一刀后發現踏面內部有比較明顯傷痕（詳見圖5），當旋修至深12 mm時缺陷消除。

圖5 CRH1065E動車組輪輞內部缺陷

2.3 踏面剝離起殼

（1）2007年12月CRH2004動車組07號車1、2位輪，CRH1024A動車組00號車1、2位車輪，CRH2016A動車組03號車1、3位、06號車3位車輪，CRH2009A動車組01號車4位、07號車1、2位、08號車2位車輪等剝離過限，作旋輪處理。

（2）2009年10月20日，上海南動車所在對CRH2111B動車組一級修無電作業時，發現07號車2位轉向架5、6、7、8位車輪踏面出現不同程度的剝離（詳見圖6），尤其是7位車輪的剝離，長35.0 mm、寬15.0 mm、深1.3 mm，已過限。

圖6 CRH2111B 07號車7位車輪剝離

（3）2010年11月19日，上海虹橋至杭州G7321次CRH380A6002動車組01號車運行時有兩聲較響的異音，檢查發現01號車1軸1位車輪踏面有2處剝離，深度約1.0 mm，01號車1軸2位輪緣處有多處碾壓硬物的痕跡，且還有1處約為10.0 mm×10.0 mm的擦傷。

（4）據南翔動車所2009年11月至2010年12月統計，踏面剝離起殼6件，其中CRH1A、B、E型動車組有2件，CRH3C型動車組有4件。

2.4 輪緣踏面擦傷、嚴重磨耗

輪緣踏面的磨損主要表現為擦傷、嚴重磨耗和左右輪徑差過限。2008年6月～11月，我們對12列CRH2A型動車組因踏面擦傷、剝離過限及輪徑差過限的輪對進行了旋修，其中：踏面剝離7件，擦傷11件，輪徑差過限24件、輪緣厚度不足1件，走行公里基本在73萬km～81萬km之間。

2.4.1 輪緣踏面擦傷

（1）2007年6月～7月，CRH2A型動車組在走行20萬km后就開始出現輪對踏面大面積擦傷等問題，如：CRH2047A、CRH2039A輪對出現踏面大面積擦傷。

（2）2008年8月新投入運用的3列CRH2B型動車組，其中CRH2111B動車組在8月11日入庫檢查時就發現5個車輪對擦傷，8月12日入庫檢查時發現CRH2013A動車組02號車8個車輪踏面均有不同程度的擦傷，其中1、2、7、8位較為嚴重，立即作旋修處理。

（3）據南翔動車所2009年11月至2010年12月統計，輪緣嚴重磨耗過限有7件，踏面擦傷15件，其中CRH1A、B、E型動車組有11件，CRH3C型動車組有4件 。

2.4.2 輪緣踏面嚴重磨耗

（1）2007年12月，CRH2008A 、CRH22060A踏面凹陷嚴重超限，部分踏面凹陷達4.3 mm，實施全列動車組車輪旋修。

（2）2008年6月，對走行33萬km還沒有經過車輪輪緣踏面修形的 CRH1026A Mc02-1軸、Mc02－2軸、M01－1軸、M01－2 軸、M03－1 軸、M03－2 軸、M03－3 軸、M02－1 軸、M02－2軸、M02－3軸、M02－4軸共11條輪對進行了旋修。

（3）2008 年 8 月～11 月，CRH2002A、CRH2003A、CRH2004A、CRH2005A、CRH2006A、CRH2008A、CRH2009A、CRH2015A、CRH2017A、CRH2023A、CRH2024A、CRH2025A、CRH2039A、CRH2060A動車組進行整列動車組車輪旋修，同時還發現輪緣厚度已過限1件。

2.4.3 輪徑差過限

（1）2007年10月，發現CRH2023A同一輪對輪徑差超限，在普查中還發現踏面普遍存在波浪形磨耗問題，同一輪對輪徑差嚴重，為此對最嚴重的CRH2023A動車組04、05號車及CRH2032A動車組01、08號車全部輪對進行了旋修，并對CRH2032A旋輪前后進行動力學性能對比，測試發現輪對踏面波浪型磨耗對動車組運行平穩性影響較大。

（2）2008年5月，發現CRH2032A、CRH2032A動車組4根軸左右輪徑差超過2.5 mm，最大達到4.0 mm，作旋修處理。

（3）以CRH2024A為例，在短短的3個月內，安排了五次輪對輪徑差超限旋修，分別是2009年12月12日01號車第4軸，12月19日02號車第3、4軸，2010年1月15日03號車第1、2軸、07號車第1、2軸，1月19日06號車第1軸，3月2日03號車第3軸，最大輪徑差達到3.5 mm。

2.5 輪徑過限

2010年1月起由于旋修輪徑變小原因，部分CRH1A型動車組車輪的輪徑已接近下限，2010年6月更換了四條到限的輪對。

截止2010年12月31日，我局開行最早的CRH2A型動車組平均走行了193.3萬km，如CRH2007A、CRH2024A分別走行了190.3萬km、191.7萬km，各進行了454次、426次一級修，65次、59次二級修，2次三級修和1次四級修，由于經過3次高級修旋輪、4次20萬km車輪踏面修形和部分車輪踏面剝離、起殼、擦傷和輪徑差超限旋修，現輪徑已接近限度，詳見表 5、6。

3 結論

表5 輪對故障動態檢測系統報表：尺寸數據

表6 輪對故障動態檢測系統報表：尺寸數據

（1）從初步統計上海局動車組車輪數據可以看出，CRH1型動車組在運行初始階段（10萬km），其輪緣磨耗較多，踏面磨耗較少；CRH2、CRH3型動車組則反之，輪緣磨耗較少，踏面磨耗較多。國產車輪存在的輪輞裂紋、踏面剝離等質量問題，在進口車輪上也有出現。

（2）為實現動車組輪對的全面管理，保證數據的統計準確性，各動車所配備的在線列車輪對故障動態檢測系統正常使用是關鍵。同時建議在動車組上安裝統一的有源標簽（70字節），既可固化車型車號信息，又可自動采集走行公里和故障代碼，實現動車組基本信息的自動采集。

（3）在國產動車組車輪研制的過程中，應加強車輪選材、輪坯制造工藝、輪緣和踏面的幾何形狀的研究。在生產過程中更要強化車輪檢驗制度，進一步研究車輪加工及組裝工藝。必須保證投入使用的動車組輪對質量優質良好。

（4）做好輪對國產化工作，空心軸和制動盤的質量也是至關重要的，它們均是確保高速動車組安全可靠運行的核心配件，特別是制動盤熱裂紋問題，在動車組運行過程中尤為突出，已超過了熱裂紋界限，發展成真正的裂紋，須進一步關注。

輪對是動車組9大關鍵技術部件之一，其精度和質量直接關系到動車組的安全。鐵道部對此問題非常重視。通過引進國外成熟技術、先進數控加工設備及生產流水線，我們已形成對進口車軸和車輪毛坯進行精加工和動車組輪對檢修能力；再通過努力生產出高質量的動車組空心軸和車輪，就能徹底實現動車組輪對的國產化。