關于鐵路貨車車輛輪對故障及其解決方案的思考

劉文瑞

（呼和浩特鐵路局 包頭西車輛段，內蒙古 包頭014011）

輪對是鐵道車輛走行部的重要部件，它是在承載車輛總重量并高速旋轉滾動運行，以及由此產生的沖擊振動的狀態下工作的。因此，車輛不可避免地要受到損傷。 從輪對的作用可知，輪對是車輛安全運行最重要的因素之一，隨著車輛運行速度的不斷提高，車輛對輪對的運用性能和安全性要求越來越高。同時，輪對的損傷也越來越嚴重，不但嚴重影響車輛安全運行，而且使車輛的運用成本增大。所以，提高車輛輪對的運用性能，延長使用壽命，對確保安全生產、降低工作成本、提高生產效益意義重大。

1 課題研究背景

近年來，隨著列車運行速度的提高和長大重載列車的開行，車輛的運行條件發生了一定程度的變化， 輪對損傷情況也變得也較復雜。從生產實踐的調研情況來看，輪對踏面擦傷、剝離、圓周磨耗、輪緣垂直磨耗、裂紋等損傷出現不斷上升的趨勢。 這些損傷帶來的危害是可想而知的，如踏面擦傷、剝離會急劇增加車輛的振動，加速零碎部件的損傷；圓周磨耗嚴重時會導致車輪踏面失去標準外型，車輛運用性能惡化，磨耗速度加快；輪緣垂直磨耗過限后，容易致使輪緣靠軌頭過于緊密，造成道岔損傷或夾板螺栓切斷，引起脫軌等事故；輪對的缺損、裂紋更是影響車輛安全運行的直接因素。輪對損傷的修復將增加輪對的旋修量，如果超限則要報廢，這均導致輪對使用壽命縮短，車輛使用成本增高。

圖1

2 輪對損傷的原因分析

從生產實踐的調研情況來看，輪對踏面擦傷、剝離、圓周磨耗、輪緣垂直磨耗、裂紋等損傷出現不斷上升的趨勢。 這些損傷帶來的危害是可想而知的，如踏面擦傷、剝離會急劇增加車輛的振動，加速零碎部件的損傷；圓周磨耗嚴重時會導致車輪踏面失去標準外型，車輛運用性能惡化，磨耗速度加快；輪緣垂直磨耗過限后，容易致使輪緣靠軌頭過于緊密，造成道岔損傷或夾板螺栓切斷，引起脫軌等事故；輪對的缺損、裂紋更是影響車輛安全運行的直接因素。 輪對損傷的修復將增加輪對的旋修量，如果超限則要報廢，這均導致輪對使用壽命縮短，車輛使用成本增高。

2.1 踏面擦傷、剝離原因

通過專題調研發現，輪對踏面擦傷、剝離的主要原因是由于制動機性能達不到列車運行條件變化的要求， 機車司機不能合理操縱，導致輪對在鋼軌上滑行。

而造成車輪在軌面上滑行的原因，是車輛在運行中調速或制動后緩解不到位開車，使得制動力大于輪軌間沾著力，導致閘瓦抱死車輪，進而由滾動變為滑動。這種滑行產生的車輪擦傷程度，隨著承載重量、滑行距離長度的不同而不同。 載重越大，滑行距離越長，擦傷越嚴重。制動力大于輪軌之間的粘著力的情況發生在車輛低速運行時施行調速制動，制動力過大的情形。 這是因為空氣制動機的特點是空氣壓力變化控制基礎制動裝置動作，使閘瓦壓迫車輪產生摩擦力，即閘瓦壓力。當車輛運行速度較低時，如一次減壓量過大，使閘瓦壓力產生的制動力矩大于輪對自身轉動慣量與輪軌間粘著力矩之和時，車輪便不再轉動，這時車輛動能若還未消失，車輪便在軌面上發生滑行，直至動能完全消失為止。 另外，制動停車后再開車時，車輛緩解不徹底或不緩解。 制動機作用不良造成非正常制動發生，運行中產生自然制動或再制動，重車調整手柄位置不正確使空車時產生重車制動力，閘瓦間隙調整不當、閘調器作用不良使制動缸勾貝行程過短；對于長大列車由于制動波速的限制，使前、后部車輛制動、緩解動作的時差較大，造成后部車輛在低速狀態下制動；輪軌間接觸面不清潔，粘著系數較低等情況，均易造成車輪被抱死，發生滑動，擦傷踏面。 至于車輛在通過小曲線半徑的彎道時發生的車輪相對滑動，其擦傷車輪極其輕微，一般不會造成危害。 車輪踏面擦傷后，滾動阻力增大，更易引起滑行，使擦傷擴大。

車輪踏面剝離主要是由于材質不良，存在金屬缺陷；踏面金屬受擠壓后，發生組織變形，表面硬化、金屬疲勞；再加上制動時閘瓦的作用力，以及由此產生的摩擦熱反復作用形成的表面顯微裂紋，輪對在鋼軌上發生滑行時產生的“剝離作用力”等，均易引起踏面剝離的發生。 另一方面，當車輪被擦傷后，車輪滾動時沿圓周上的受力不均勻，擦傷部位受力較大，這樣一來，當車輛運行速度提高后，車輛踏面受的沖擊力急劇增加，也易造成剝離發生。

2.2 踏面圓周、輪緣磨耗的原因

2.2.1 車輪踏面磨耗是輪對在滾動或發生相結滑動和制動時閘瓦摩擦產生的自然磨耗。引起這種磨耗的原因是踏面與鋼軌接觸處的材料受擠壓和剪切，經反復作用，使表面金屬疲勞而磨耗；閘瓦制動時與踏面磨擦產生磨損。 由于踏面滾動磨耗與接觸面有關，所以不同的表面形狀其磨耗速度不同；不同硬度的材質，其磨耗速度不同。目前所使用的車輪中，磨耗形踏面外形是磨耗速度相對較慢的一種外形。

2.2.2 輪緣磨耗是由車輪在運行中與鋼軌洋部側面摩擦形成，引起這種摩擦的原因有正常與非正常兩種情況。正常摩擦：一是，因車輪作蛇形運動時輪緣與鋼軌發生沖撞和接觸產生的摩擦；二是，車輛通過曲線、道岔時因離心力的作用，輪對向外側擠壓鋼軌，輪緣緊貼軌道頭的側面，從而產生很大的摩擦引起的摩擦。這種正常摩擦是不可避免的，而且引起的磨耗也不十分嚴重。非正常摩擦是由轉向架兩側固定軸距差過大；圓周兩輪直徑差過大，以及壓裝車輪時兩輪至軸端的距離不等；轉向架變形嚴重；中梁旁彎較大導致前后上心盤縱向中心線不重合，偏差較大；車輛在固定區段不變向的長期運行等原因引起。上述引起非正常摩擦的種種情況，導致輪對與鋼軌的相對位置不正常，輪對偏向線路一側，使輪緣發生嚴重摩擦，即偏磨。這種非正常磨耗比正常磨耗大得多，但這種磨耗是可以消除的。

2.3 車輪踏面、輪緣缺損、車輪裂紋的原因

2.3.1 車輪踏面與輪緣缺損主要是由于不良或磨耗量過大， 強度不足，運行中沖擊力太大所造成。 當車輛在調整運行時，若車輪路面、鋼軌表面有擦傷、剝離、腐蝕等情況存在，車輪與鋼軌的沖擊力更大，加之材質本身存在雜質、裂紋等缺陷，很容易造成車輪路面、輪緣的缺損發生。

2.3.2 車輪裂紋的原因與缺損的原因有類似之處。從現場反映的情況來看，車輪裂紋在列車提速后發生的較多，而且裂紋多發生輻板孔周圍、輻板與輪輞交界處，車輞外側路面及輪緣根部。 這說明沖擊力大，強度不足，應力集中是主要根源。沖擊力大主要是由車輪、鋼軌存在損傷和車輛運行速度高所引起；強度不足是由車輪多次加修后尺寸變小和輻板設計尺寸薄，不能滿足提速后增大的沖擊振動等運行惡化的工作環境的要求而造成；應力集中產生的原因主要是設計結構存在產生應力集中源所造成。

圖2

3 防止、減少、輪對損傷的措施

從以上輪對幾種損傷產生的原因分析可知， 輪對損傷與工作情況、運用速度、自身材質等多種因素有關。所以，要減小或消除損傷，應針對不同損傷產生的原因采取相應的措施。

3.1 踏面擦傷、剝離的防止措施

3.1.1 前文分析可知，踏面擦傷主要是由制動引起，所以防止踏面擦傷要從改善制動性能、提高司機操縱水平，增強車輛檢修人員責任意識，嚴把質量關等方面入手。 貨車制動機可采取增加制動閥的階段緩解作用，防滑控制作用；進一步提高制動功能的穩定性和制動緩解波速；正確及時調整車輛空重調整手柄；嚴格制動機各部檢修工藝進行檢修；適時調整制動缸勾貝行程；提高鑄鐵閘瓦的耐磨性和摩擦系數；提高合成閘瓦的摩擦系數的穩定性、散熱性，及時調整好閘瓦間隙等措施。

3.1.2 增加制動機的階段緩解作用，可使車輛制動后，在低速時適當降低制動力，達到制動力與輪軌間的粘著力相匹配，防止車輪被抱死，提高制動機穩定性，增加防滑裝置。可消除正常制動、緩解不良等制動故障引起的車輪滑行。提前制動、緩解波速可縮短制動空走時間，減小制動力，改進閘瓦性能可提高閘瓦初制動力，降低或保持終制動力。這些措施均可達到有效合理防止車輪發生滑行，擦傷車輪的效果。

3.1.3 另外，機車司機正確合理地操縱制動機，列檢人員認真檢查制動機功能，保證制動機作用靈活可靠，并及時將車輛制動情況提供司機，這些也能有效地防止車輪擦傷的發生。

3.2 降低踏面、輪雙腿磨砂耗的速度的措施

針對影響車輪踏面、輪緣磨耗的因素，降低踏面、輪緣磨耗的速度應采取以下措施：一是，貨車制動方式也要逐漸推動盤形制動、盤形與踏面制動相結合，電阻、電磁制動等現代制動技術。 二是，提高車輪的耐磨性能和剛度，消除踏面、軌面的擦傷、剝離、腐蝕等缺陷，及時消除踏面上閘瓦及其它粘著物。 檢修嚴格掌握各部位限度尺寸和檢修工藝，合理調整各部間隙，控制檢修時車輪的切削量，保持磨耗踏面外形。這樣就從源頭上消除或控制非正常磨耗，減小正常磨耗的速度，提高車輪的使用壽命。

3.3 踏面、輪緣缺損和車輪裂紋的防止措施

3.3.1 車輪踏面、輪緣缺損的防止措施主要是提高車輪材質和制造工藝，消除踏面擦傷、剝離、腐蝕和軌面不平、軌縫過寬等缺陷，從而減少輪軌間的沖擊力，保持合理的踏面外型，減少或消除踏面和輪緣的偏磨，保持其強度。

3.3.2 防止車輪裂紋的措施與子防止缺損的基本相同，主要是提高車輪的材質和制造工藝，減少材質的內部缺陷；消除車輪擦傷、剝離和各種損傷，消除軌面的損傷，以減小輪軌間的沖擊力；改進輪輻的結構設計，增加輪輻厚度，嚴格控制輪輞厚度，防止輪輞過薄；改進制動方式，盡量采用盤形制動；改善踏面制動的散熱條件，以減小車輪局部溫度過高引起的熱裂紋或車輪剛度不足的變形量。

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［2］嚴雋耄.車輛工程[M].北京:中國鐵道出版社，2011.

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