機車輪箍弛緩檢測技術綜述

【摘 要】介紹了輪箍弛緩的危害性和原因。闡述了機車輪箍弛緩檢測的技術狀況，指出了各檢測方法的優缺點。總結了輪箍弛緩檢測的主要研究難點和發展方向。

【關鍵詞】機車；輪箍弛緩；檢測

【Abstract】The harmfulness and reasons of tire relaxation were introduced. The current technologies used to detect tyre relaxation were detailed； the advantages and disadvantages of each method are pointed out. It is summarized for the main problems and development direction of tyre loose detection.

【Key words】Locomotive；Tyre loose；Detection

0 引言

機車車輪分整體輪和輪箍輪，輪箍輪是用熱套裝法將輪箍裝在輪心上。由于輪箍輪的輪箍和輪輞是過盈配合，故正常運行時它們之間不會發生相對位移。如果由于各種原因使得輪箍和輪輞的過盈量消失，以致它們之間產生相對位移，這就是輪箍弛緩。一旦發生輪箍弛緩，輕則可能造成機車脫軌，重則造成列車顛覆以至人員傷亡和財產的重大損失。

1 輪箍弛緩的原因

輪箍弛緩的原因是多方面的，但歸根到底有兩大類。

1.1 輪箍長時間過熱

1.1.1 機車意外制動或制動系統故障，此時，會出現不該制動時卻發生了制動，輪箍和閘瓦長時間摩擦發熱，從而發生輪箍弛緩。其特點是閘瓦的溫度會升高。

1）意外制動

這是指駕駛員失誤造成的制動。大多數弛緩都是由這種情況引起的。

機車上的制動裝置有兩套，一是機車停車和減速時用到的基礎制動裝置，另一是機車長時間停留在軌道上時用到的停車制動裝置。其中基礎制動裝置的意外制動可以通過檢測氣缸壓強發現，但停車制動裝置的意外制動，卻無法通過氣缸壓強來發現[1]。

2）制動系統的問題[2]

包括閘瓦間隙調整不當，閘瓦調節器存在缺陷和手制動機作用不良，等等。這些都會造成閘瓦自動上閘，輪箍和閘瓦長時間摩擦發熱，發生弛緩。

制動系統故障的共同特點是氣缸壓強無異常，但是都會產生抱閘現象而產生弛緩。

1.1.2 輪對空轉

1）在雨天或長大上坡道上時，車輪受到鋼軌的摩擦力減小，車輪就會在鋼軌上打滑（空轉）而產生熱量，時間過長的話也會發生輪箍弛緩。

2）在主電路短路情況下，牽引電機電樞在短路電流作用下產生的電磁轉矩通過齒輪作用在輪對上，電磁轉矩大小隨機車速度上升而不斷增大，當輪周粘著力不足以克服電磁轉矩時，輪對與鋼軌間產生滑動（空轉）而產生大量熱量[3]。輪對空轉引起的弛緩的特點是閘瓦溫度不會升高。

1.2 輪箍本身存在問題[2]

1.2.1 輪箍與輪輞過盈量不足

在輪對組裝過程中，由于輪箍和輪輞間的過盈量選得過小，使得機車在正常制動時，也會發生輪箍弛緩。

1.2.2 輪箍材質不良

由于輪箍材質不良，一方面是機車運行的頻繁碾壓會造成車輪塑性變形，另一方面是正常制動也可能使輪箍產生熱塑性變形，這些都會使輪箍周長變大，過盈量降低而弛緩。

2 國內輪箍弛緩的檢測方法

根據輪箍弛緩產生的不同原因，目前國內已經采用以下幾種的檢測方法。

2.1 測制動缸的壓強[4]

該方法是通過壓力傳感器測出制動缸管道的氣壓p。當p>10kPa時，就認為處于制動狀態。由于正常制動的時間最長為106秒，所以只有p>10kPa的時間長于120s才認為是意外制動而發出報警。測氣壓法的優點是成本低，缺點是適用范圍窄，只適用于基礎制動裝置的意外制動。

2.2 測制動缸鞲鞴的行程[5]

該法是在在制動缸鞲鞴處安裝一個行程開關。當機車進行手制動或空氣制動時，制動缸鞲鞴產生位移，行程開關輸出高電平的制動信號。因此，不管停車制動系統還是基礎制動系統的制動，都可以通過行程開關檢測出來。本方法能適用于所有意外制動引起的弛緩。

2.3 測閘瓦的壓力[6]

在閘瓦托上安裝壓力傳感器，可以測出閘瓦的壓力。機車意外制動和制動系統故障都會使閘瓦壓力增加，所以通過檢測閘瓦壓力就可以檢測這兩種情況引起的弛緩。

相比于前兩種方法，此時測量范圍要大些。但也存在不足，一是不能測量輪對空轉和輪對本身問題等造成的弛緩，另外，剎車時閘瓦受到摩擦力很大，壓力傳感器和安裝存在較大的問題。

2.4 測輪箍或閘瓦的溫度[6-7]

當輪箍過熱時，其尺寸就會變大，以致發生弛緩，所以只要測出輪箍和環境的溫度差，就可以測出由輪箍過熱造成的弛緩。由于機車意外制動、制動系統出故障及輪對空轉都會使得輪箍發熱。故此法比前三種方法檢測的范圍都寬。

由于溫度傳感器的價格較昂貴，所以該法成本較高。另外，這種方法也不能檢測輪箍與輪輞過盈量不足和閘瓦材質不良造成的輪箍弛緩。

2.5 弛緩位移的直接測量[8]

文獻[8]利用霍爾傳感器設計了一種直接測量弛緩位移的方法。相對于前面的間接測量方法，其優點是可以測量所有的輪箍弛緩。但是該法也存在磁鐵和傳感器安裝困難的缺點，而且，隨著機車速度的增大，其測量誤差也越來越大。

3 結論

間接測量結果更穩定，在目前它是主要的測量方法。直接測量可以測量所有的輪箍弛緩，因此要找到一種又經濟又有效的直接測量法，應該是輪箍弛緩檢測的發展方向。

【參考文獻】

[1]李益民.電力機車制動機[M].北京：中國鐵道出版社，2008：131-142.

[2]陶景桓，黃玉皆，鐘紀發.東風4型機車輪箍弛緩的原因及防止措施[J].內燃機車，1989（12）：1-6.

[3]李希彪，袁日東.8K型電力機車主電路短路引起輪箍弛緩的分析[J].機車電傳動，2002（4）：62.

[4]王曙光，龔和宏，劉長禮.利用監控裝置防止機車輪箍弛緩的探討[J].機車電傳動，2002（6）：51-52.

[5]李建軍.一種防止動輪弛緩的新型報警器[J].機車電傳動1999（3）：43-45.

[6]楊杰，王華清，錢智民.機車輪箍弛緩監測裝置設計[J].機車電傳動，2002（6）：46-48.

[7]劉傳波，莫易敏.機車閘瓦踏面制動工況監測儀的研制[J].武漢理工大學學報，2005（6）：66-69.

[8]羅鵬，肖順文，戚淮兵，等.機車熱抱弛緩在線監測系統的設計[J].傳感器與微系統，2006（6）：49-51.

[責任編輯：王偉平]