CRH380D型動車組車輪踏面缺陷原因分析

邵迥　姜海青

摘 要：對CRH380D型動車組車輪踏面異常缺陷，經過系統分析，找到了問題原因，采取應對措施后未再發生。

關鍵詞：車輪；踏面缺陷；問題原因；建議措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.046

1 故障描述

1.1 基本信息

2017年11月至2018年5月，配屬上海局的CRH380D型動車組集中發生76例車輪踏面缺陷，缺陷導致車輪臨時鏇修且鏇修量較正常鏇修量增大，進而導致輪徑集中到限，路局周轉輪對數量不足，給路局運輸生產組織造成極大影響。

（1）缺陷特征：76例缺陷中，LU/LD超聲波探傷發現41例、庫內檢查發現23例、車輪鏇修過程中發現12例，如圖1。

缺陷的共同特征：庫內檢查發現的顯性缺陷，隨著鏇修進刀量增加，缺陷面積呈擴大趨勢，可見缺陷是由踏面淺表層向踏面外部擴展。LU/LD超聲波探傷或鏇修過程中發現的缺陷，也證明缺陷初始發生于踏面淺表層，尚未擴展至踏面。缺陷位置橫向位于滾動圓左右約6mm處，深度位于踏面下4-8mm處。

2 原因分析

2.1 缺陷車輪材質分析

CRH380D型動車組車輪材質為ER8。根據車輪供貨技術條件，選取兩片具有代表性的缺陷車輪（序號分別為E1002079-0066和E1302102-0075），從化學成份、拉伸性能、沖擊性能、輪輞硬度、顯微組織及晶粒度、低倍檢驗和非金屬夾雜等方面進行分析，結果各項性能均符合ER8材質車輪技術條件。

2.2 缺陷車輪數據分析

（1）缺陷發生時間集中。缺陷集中發生在2018年5月至9月，占77.6%。而CRH380D型動車組自2015年4月開始投入運營，之前未發生過此類缺陷。

（2）缺陷集中發生在特定交路車組上。有53例缺陷發生在CRH380D型動車組前10組小號車上（1501～1510），占69.7%。經與路局了解，這10組小號車在上述踏面缺陷發生期間，有超過90%的時間固定擔當特定交路（滬寧城際）。

（3）缺陷發生位置集中。有60例缺陷發生在列車左側車輪上，占78.9%。

（4）缺陷車輪里程分析。最小里程68萬公里，最大里程225萬公里，平均里程179萬公里，里程較為分散，沒有規律性。

（5）缺陷車輪最近一次鏇輪數據分析。從輪徑切削量、輪緣厚度恢復量、Qr值等參數分析。輪徑切削量介于2-3mm的占35.5%，切削量3mm以上的占47.4%。輪緣厚度恢復至32-33mm的占17.1%，恢復至33-34mm的占48.7%，恢復至34-35mm的占32.9%。Qr值均在標準范圍內。基于分析，說明最近一次鏇修為有效鏇修。

（6）缺陷距最近一次鏇修走行里程。里程介于15-20萬公里占56.6%，介于20-25萬公里占27.6%。CRH380D型動車組車輪鏇修周期為25萬公里，缺陷車輪均未超鏇修周期。

2.3 踏面缺陷形成機理分析

輪軌接觸時車輪接觸斑會因超常應力引發塑性變形。根據輪軌接觸狀態，車輪所受最大應力在淺表層，橫向范圍在接觸點12mm內，深度4-8mm，為剪應力，方向與車輪切向成小角度。當輪軌不匹配或因異物入侵時，車輪首先在該深度范圍內發生損傷。

車輪發生損傷后，隨著持續運行，損傷處受到周期性的輪軌接觸應力，逐漸積累演變成疲勞裂紋擴展（棘輪效應）。

裂紋擴展受多種因素影響，如車輪受力狀態、輪軌接觸狀態、初始損傷狀態、輪軌表面摩擦狀態、車輪磨耗狀態、車輛牽引制動狀態及環境溫度濕度等。當裂紋擴展時，是在次表層及表層的剪應力作用下擴展的，而較大剪應力橫向只存在于輪軌接觸點周圍約12mm范圍內，考慮輪對常用左右橫移接觸點15mm的移動，則裂紋在橫向擴展范圍約27mm，不會向輪緣或外側擴展；在深度方向，最大剪應力距踏面4-8mm范圍，隨深度急劇下降，且剪應力方向與車輪切向成小角度，裂紋不能沿徑向深層擴展。因此，此類裂紋在最惡劣條件下擴展為踏面局部剝離，不會形成貫穿性裂紋，不會導致輞裂故障。

3 結論

綜上分析，鐵路局反饋的踏面缺陷特征完全符合上述機理分析，且缺陷具有“三集中”的特點：集中發生在2018年5月至9月，集中發生在特定交路（滬寧城際）車組上，集中發生在列車左側。因此判斷缺陷跟滬寧城際線路特定的軌道狀況有關，屬于輪軌關系不匹配造成的。經與鐵路局了解，在同一時間段，擔當滬寧城際交路的其它型號動車組，如CRH1B、CRH380B/L等，也發生了類似車輪踏面缺陷，鐵路局采取對鋼軌打磨等措施后未再發生類似踏面缺陷。

參考文獻：

[1]ER8車輪技術條件[M].

[2]GB 2585-2007 鐵路用熱軋鋼軌[S].