車輪踏面異形磨耗淺析

李松燦

摘 要：目前，C70A型列車車輪踏面常產生槽狀的異形磨耗，這不僅影響了列車的運行質量，還影響了列車的安全性。因此，簡要分析了車輪踏面異形磨耗的實際情況，并提出了相關的改善措施。

關鍵詞：車輪踏面；異形磨耗；輪緣；鋼軌

中圖分類號：U279 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.108

鐵路企業的特點是多工種整體配套生產，其中的每一個環節都與整條鐵路的運輸安全息息相關。作為鐵路運輸中的重要組成部分之一，鐵道車輛的質量和運行狀態直接影響著鐵路運輸的安全。目前，某列檢所在檢查中發現多個槽狀踏面的異形輪對。一般而言，車輪踏面產生圓周磨耗后，其形狀多為圓柱形，而發生槽狀的異形磨耗較為少見。

1 問題概述及危害分析

1.1 問題概述

自2009-08起，某列檢所在對車輛的技檢過程中多次發現車輪踏面存在槽狀的異形磨耗，技術人員曾多次深入現場，對故障輪、閘瓦進行了詳細分析。分析發現，車輪踏面磨耗嚴重，呈溝狀異形，形成了雙輪緣，這與其他磨耗相比具有一定的獨特性。

1.2 車輪踏面異形磨耗的危害

一旦車輪踏面產生異形磨耗后，隨著踏面圓周磨耗的不斷加深，車輪的輪徑逐漸變小、輪緣逐漸變薄，進而埋下了較大的運輸安全隱患。具體而言，異形磨耗的危害主要體現在以下5方面：①車輪一旦產生圓周磨耗，則會破壞標準踏面。一般而言，當車輪踏面磨耗至6.1 mm時，會形成圓柱形。由于常處于滾動中的踏面靠近輪緣部分，所以，當車輪踏面磨耗至8 mm以上時，常出現靠近輪緣處的踏面凹陷的情況，導致標準外形踏面失去作用，兩輪無法同時圓滑滾動，外輪偶爾處于滑行狀態，進而加劇了輪緣與鋼軌的磨損。踏面產生異形磨耗后，隨著時間的推移，車輪輪徑差逐漸增大，車體重心、轉向架承重中心會向車輪輪徑較小的一側偏移，導致輪緣、踏面的磨耗進一步加劇。②導致輪緣變薄、變高，加劇了輪緣的垂直磨耗，輪緣根部易產生裂紋。此外，由于異形磨耗會使踏面凹陷過深，導致列車在線路上行駛時易碰撞鋼軌上的螺栓，進而導致列車脫軌；輪緣垂直磨耗加深后，車輪在通過道岔時易出現脫軌或軋傷尖軌的情況。③車輪踏面產生異形磨耗后，會形成槽狀外形，磨耗面易出現局部平面的現象，導致車輪無法進行圓滑滾動，進而加劇了車輛的沖擊振動。④異形磨耗會破壞車輪踏面的標準外形，導致踏面與鋼軌接觸部分的錐度變大，車輪蛇形運動的波長變短、次數增多，影響了車輛運行的平穩性。⑤車輪踏面產生異性磨耗后，踏面與鋼軌的接觸面積會逐漸增大，進而使鋼軌接觸各點與車軸中心的距離不斷增加，進而導致車輛運行阻力增加。

2 原因分析及應對措施

綜上所述，車輪踏面的槽形磨耗與車輪本身、車輪接觸的部件密切相關，而與車輪接觸的部件只有鋼軌和閘瓦。筆者認為，造成異形磨耗的主要原因有4個：①車輛在長期運行中產生的輪軌接觸磨損；②因閘瓦存在質量問題而導致閘瓦與踏面產生的滑動磨損，這也是造成車輪踏面產生異形磨耗的主要原因；③在運行中，車輪會承受來自各個方向的各種作用力，進而產生塑性變形；④頻繁制動會產生大量的摩擦熱，進而導致車輪表面的材質發生變化。

2.1 原因分析

2.1.1 輪軌接觸磨耗

車輛在線路上長期運行后，車輪踏面與鋼軌會因摩擦而產生磨耗。由此可見，線路鋼軌的質量將直接影響踏面磨耗的程度。尤其是在車輛通過兩段鋼軌的連接處或道岔時，踏面的磨耗比較嚴重。

2.1.2 列車制動時閘瓦與踏面的摩擦

目前，鐵路車輛已全部使用合成閘瓦，相比于以往的鑄鐵閘瓦，雖然合成閘瓦的優點較多，但其散熱性較差。在列車制動產生的熱負荷中，90%會被車輪吸收。此外，由于車輪還起著支撐車輛的作用，導致其產生的熱負荷較多。而當車輪產生的熱負荷超過其承受極限時，車輪踏面就可能出現異常磨耗等損傷。

合成閘瓦的制作過程為：按比例混合合成材料后，置于鋼模內熱壓而成。目前，合成閘瓦的硬度普遍較高，但如果閘瓦生產廠家未開展工藝過程控制，導致合成閘瓦的配方體系不合理，則可能出現閘瓦摩擦系數增大、鋼背梅花孔不符合標準（無法起到翻花的抓力作用）、鋼背與摩擦體粘貼不牢固等情況。在列車運行的過程中，一旦閘瓦出現問題，則閘瓦與踏面產生的熱負荷會導致的其材質和物理性能發生變化，進而引發摩擦材料的局部熱膨脹；閘瓦會將車輪磨削掉落的金屬碎屑帶入摩擦部位，列車再次制動時，金屬碎屑會磨損車輪，使閘瓦出現金屬鑲嵌現象，進而導致車輪踏面產生異形磨耗。

通過檢查異形磨耗輪上的閘瓦發現，部分閘瓦已出現碾堆、裂紋的現象，且閘瓦鋼背內側用以提高摩擦體與鋼背結合強度的孔已經露出。由此可見，當閘瓦出現上述現象時，會對車輪踏面造成非常嚴重的磨損。此外，測量閘瓦后發現，當閘瓦剩余厚度為15 mm左右時，某些閘瓦摩擦體已經出現了裂紋；當閘瓦剩余厚度為14 mm左右時，鋼背內側的圓孔露出。因此，當閘瓦剩余厚度為15 mm左右時，便可能出現嚴重的磨損問題，進而加劇車輪踏面的磨耗，形成槽狀踏面。

2.1.3 車輛載重偏大、車輛運行次數多

目前，高摩合成閘瓦已被廣泛使用，而C70A型列車的標記載重比C64型列車重9 t，且其實際運行次數較多，這也是造成C70A型列車車輪踏面產生異形磨耗的原因之一。

2.1.4 車輛的換端運行

車輛長期實行換端運行后，其車輪更易出現偏磨現象。比如，在曲線路段，車輛在一個運行周期中會通過同一曲線段2次，而在這一過程中，由于受到曲線段離心力的作用，車輛一側的車輪會受到擠壓，產生偏磨，進而加劇了輪對輪緣、踏面的磨損。

2.2 控制措施

具體的控制措施有以下4點：①控制車輪的輪徑差，且避免出現列車超載的情況。②由于閘瓦的質量問題是車輪異形磨耗最主要的原因之一，所以，提高閘瓦的質量是避免車輪踏面磨耗最有效的途徑之一。閘瓦生產廠家應改進高摩合成閘瓦的材料、配方和生產制造技術，降低閘瓦的硬度，并解決列車運行中產生的金屬鑲嵌問題，從而緩解車輪踏面的磨耗。③列車司機應按照規定操作列車，避免出現不合理的制動和緊急制動。④可根據實際運行情況對閘瓦的運用限度進行調整，并應及時更換到限、損壞的閘瓦。

3 結束語

車輪是列車的重要組成部分之一，而踏面又是車輪的重要組成部分之一，它不僅會與閘瓦頻繁摩擦，還會與鋼軌直接接觸。在技檢工作中，工作人員應加強對車輪踏面的檢查，并加強對車輪踏面其他損傷形式（剝離、擦傷、裂損等）的研究和分析，以便找出車輪踏面損傷的內、外部原因以及某些損傷的發展規律，從而更好地解決車輪踏面的損傷問題，確保行車安全。

參考文獻

[1]陳大名.鐵道車輛制動[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

〔編輯：張思楠〕