動車組車輛輪對損傷原因及診斷

張計

摘 要：近年來，我國鐵路運輸事業飛速發展，尤其是中國高鐵已走向世界，這對鐵路裝備的穩定性和可靠性、故障恢復的及時性都提出了更高的要求。而動車組輪對是列車結構的組成部分，但長期承受巨大的靜載荷和動載荷，使其磨損程度加快，如何使其可以穩定、可靠地工作，是影響著動車技術能否實現跨越式發展的關鍵因素。近年來，我車間負責的電務段發現動車組車輛輪對損傷問題比較嚴重，對動車運營造成了不良的影響。

關鍵詞：動車組;輪對損傷;原因診斷

1 動車組車輛輪對損傷形式及原因分析

1.1? 輪對損傷及原因

動車運行速度比普通列車要快得多，在高速運行過程中，輪對與鐵軌之間會產生復雜的相互作用，表現為高數量級的快速交變載荷，例如動車自重、牽引扭矩、牽引彎矩、側壓力等等。輪對最常見的損傷形式包括裂紋、擦傷、剝離、磨損、凹陷等等。輪對的完整性和技術狀態對動車的安全、可靠、平穩運行有著十分重要影響，因而成為日常維護和檢修的重點之一。

1.2? 車軸損傷

車軸是連接兩個輪盤的長條狀零件，根據車軸的形狀和工作特征，其損傷形式也是多種多樣的，例如裂紋、磨損、變形、折損、碰傷、凹痕、軸輾長等等。這些損傷形式均為嚴重損傷，必須及時發現、及時處理。

從裂紋的走向來看，車軸裂紋有縱向裂紋和橫向裂紋兩種表現形式，如果裂紋主線與車軸中心線夾角超過45°，是稱為橫向裂紋，否則統一稱為縱向裂紋。橫向裂紋是一種極其嚴重的裂紋，它直接減小了車軸的有效橫截面積，大大降低了車軸的強度。如果橫向裂紋未被及時發現，經過不斷的擴張，深度進一步增加，應力集中明顯，將直接造成車軸折損，危險性極大，是動車組絕對不允許存在的損傷形式。車軸裂紋的出現一方面是由于疲勞折損造成的，另一方面還可能是燃軸事故導致的車軸熱切斷裂。

根據磨損的部分不同，車軸磨損通常有軸頸磨損、防塵板座磨損和軸身磨損三種形式。其中軸頸磨損一般是由于軸頸過長造成軸瓦在軸頸后肩與軸領間的橫動間隙擴大，竄動量隨之加大，如果在軸頸堆焊后造成其長度變長，那么軸頸后肩的過渡圓弧將出現內移現象，載荷作用點更加靠近危險斷面，為鉛錘載荷發揮破壞作用提供了條件，在彎矩及應力的作用下造成車軸切斷;防塵板座磨損主要是指軸箱后壁口上邊緣與防塵板座間隔不夠，長期相互接觸而產生磨損，由于防塵板座平時承受的壓力巨大，因此其磨損將帶來巨大的應力集中，引發裂紋，減小了強度，成為生大安全隱患;軸身磨損的問題主要與制動拉桿的裝配有關，不合格的裝配將可能導致拉桿與車軸的接觸，久而久之就對軸身造成了磨損。

1.3? 踏面損傷

根據磨損位置在車輪中的不同區域，可以將車輪磨損分為踏面磨損、輪緣磨損、踏面裂紋、踏面剝離、踏面輾寬、踏面雜質等類型。

1.3.1? 踏面磨損

車輪是直接與鋼軌接觸的關鍵部件，它承受著整個動車組的重量，載荷水平非常高。在高速運行過程中，車輪與鋼軌之間由于快速滾動而出現劇烈摩擦。路面磨損在宏觀上主要表現為沿車輪半徑方向尺寸的減小，踏面磨損通常還會帶來踏面斜度不良的問題。斜度的變化會干擾列車在軌道上運行時的自我調整，導致車輛難以保證自身始終處于軌道中間位置，進而增加輪緣偏磨的可能性。尤其是在彎道路段，輪對會偏向曲線外側，進一步加快輪緣偏磨。

1.3.2? 輪緣磨損

輪緣磨損是指發生在車輪邊緣處的磨損現象，在直線行駛過程中，輪緣磨損很少發生。在踏面磨損過于嚴重或轉向架組裝不到位的情況下，會造成輪對與鋼軌間的距離出現波動，造成輪對左右偏磨。大量實踐表明，輪緣磨損可以導致輪緣厚度減小、輪緣頂部鋒芒及輪緣垂直磨損。在嚴重的情況下，由于輪緣厚度不足而降低了輪對強度，容易引發行車事故。輪緣在受到沖擊或駛過岔道時，可能擠開尖軌而脫軌。輪緣垂直磨損也是常見形式這一，輪緣根部和鋼軌內側面相互摩擦，當達到一定的限度后將會引發脫軌事故。

1.3.3? 踏面裂紋

踏面裂紋是比較常見的輪對故障，也是致命性故障，因此在實際運行中是不允許存在的。根據裂紋的形成機理，踏面裂紋可以分為踏面熱裂紋和疲勞裂紋。踏面熱裂紋通常是由于列車制動異常而形成的一種裂紋形式，除了制動，在非正常的滑行或空轉情況下也會造成踏面熱裂紋，由于是在摩擦加熱后又急速冷卻，因此相當于進行了表面淬火，產生了馬氏體。馬氏體在車輪運轉時又被反復地加熱，起到了回火作用，最終產生回火馬氏體組織或珠光體組織。同時踏面表層由于發熱而出現體積膨脹，在這種強大的壓縮應力下出現開裂。疲勞裂紋是由于車輪轉動時踏面與鐵軌之間長期存在反復的接觸壓力，造成內部剪切應力集中，在多種交變負荷條件下會出現月牙狀或剝離狀疲勞裂紋。

1.3.4? 踏面剝離

踏面剝離是一種嚴重的輪對損壞現象，它通常表現為踏面表面的金屬直接成片脫離輪對主體，并且在踏面上留下相應的凹坑。從機理上看，踏面剝離可以分為疲勞型剝離和熱剝離。其中前者主要是由疲勞裂紋引發的，如果車輪表面本身有裂紋，在轉動時會不斷向內部擴展，當擴展到一定程度后，在塑性變形的作用下最終以薄片狀脫離路面主體。這種現象主要與踏面接觸壓力、材質屈服點、塑性變形性能、接觸面積、車輪直徑等有關系。熱剝離的起因是熱裂紋的產生，熱裂紋沿著踏面垂直或平等的方向擴展，最終使相鄰裂紋貫通而剝離。

2? 動車組車輛輪對維護建議

2.1? 加強車輪生產質量控制

動車組輪對作為一種特殊的產品，生產廠家的生產水平對其質量有著直接的影響，因此車輪的設計、加工企業應從各個環節著手，努力創新，提高產品質量。在設計上，要進下提高輪對檢修的方便性，采用合理科學的結構設計，各項參數經過精確計算和試驗，保證其滿足使用要求;在生產加工環節，必須不斷改善生產工藝水平，尤其是冶金鍛造水平和制造工藝水平，對產品的性能有重要影響。應采用先進工藝，追求優良、強度韌性好、抗疲勞性強的指標。生產企業應嚴格控制轉向架系統部件的尺寸和力學性能指標，在加工過程中嚴格控制，避免由于工藝不科學或損傷不當造成較大誤差，進一步提高輪對的質量。

2.2? 提高車輪技術管理水平

輪緣潤滑是提高輪對運行效率和避免損傷的重要方法，因此建議動車組運營企業適當增加輪緣潤滑裝置，一般至少要達到50%的裝車率才能直到明顯的效果。車輛的運營單位也可以根據實際需求來執行。進一步增加正線添乘次數，防止出現缺口，只要出現輪對損傷問題立即安排專業人員檢測，將輪對失圓、踏面擦傷和剝離消滅在初期，避免后續出現嚴重的問題。管理人員應定期安排鏇修，在鏇修過程中應充分發揮所有輪徑的作用，提高輪對壽命;定期安排人員對車體尺寸進行檢查，對于超差的車輛及時調整。

2.3? 規范車輪檢查維修流程

車輪的檢查維修在動車組維修工作中占有重要地位，是遏制輪對損傷現象的重要環節。因為很多部里都可以在日常檢修中發現并解決。檢修工作為檢查和維修車輛的主體，要求檢修人員的業務水平達到一定的要求，具備較強的綜合能力，才能及時發現交解決輪對損傷問題。另一方面，檢修的流程也應做到規范化、統一化、標準化，避免不同的人員由不習慣和能力的不同，而采用了不同的檢修流程，造成檢修結果的不可靠性。在制定了規范的輪對檢修流程后，應加強監督，嚴格按照損傷規程進行檢查，保證滿足各項維修質量標準，手法到位，全面檢查。一旦檢出有嚴重損傷的輪對，或懷疑輪對出現較嚴重故障，必須及時組織技術專家團隊到場鑒定，做到細致檢查，準確判斷，妥善處理，不放過任務一個故障，杜絕異常輪對上路，保障每一個乘客的生命財產安全。

參考文獻：

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