張計(jì)

摘 要：近年來，我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)飛速發(fā)展，尤其是中國(guó)高鐵已走向世界，這對(duì)鐵路裝備的穩(wěn)定性和可靠性、故障恢復(fù)的及時(shí)性都提出了更高的要求。而動(dòng)車組輪對(duì)是列車結(jié)構(gòu)的組成部分，但長(zhǎng)期承受巨大的靜載荷和動(dòng)載荷，使其磨損程度加快，如何使其可以穩(wěn)定、可靠地工作，是影響著動(dòng)車技術(shù)能否實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的關(guān)鍵因素。近年來，我車間負(fù)責(zé)的電務(wù)段發(fā)現(xiàn)動(dòng)車組車輛輪對(duì)損傷問題比較嚴(yán)重，對(duì)動(dòng)車運(yùn)營(yíng)造成了不良的影響。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;輪對(duì)損傷;原因診斷

1 動(dòng)車組車輛輪對(duì)損傷形式及原因分析

1.1? 輪對(duì)損傷及原因

動(dòng)車運(yùn)行速度比普通列車要快得多，在高速運(yùn)行過程中，輪對(duì)與鐵軌之間會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，表現(xiàn)為高數(shù)量級(jí)的快速交變載荷，例如動(dòng)車自重、牽引扭矩、牽引彎矩、側(cè)壓力等等。輪對(duì)最常見的損傷形式包括裂紋、擦傷、剝離、磨損、凹陷等等。輪對(duì)的完整性和技術(shù)狀態(tài)對(duì)動(dòng)車的安全、可靠、平穩(wěn)運(yùn)行有著十分重要影響，因而成為日常維護(hù)和檢修的重點(diǎn)之一。

1.2? 車軸損傷

車軸是連接兩個(gè)輪盤的長(zhǎng)條狀零件，根據(jù)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(zhǎng)等等。這些損傷形式均為嚴(yán)重?fù)p傷，必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)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(xiàn)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(tǒng)一稱為縱向裂紋。橫向裂紋是一種極其嚴(yán)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(qiáng)度。如果橫向裂紋未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過不斷的擴(kuò)張，深度進(jìn)一步增加，應(yīng)力集中明顯，將直接造成車軸折損，危險(xiǎn)性極大，是動(dòng)車組絕對(duì)不允許存在的損傷形式。車軸裂紋的出現(xiàn)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(dǎo)致的車軸熱切斷裂。

根據(jù)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(zhǎng)造成軸瓦在軸頸后肩與軸領(lǐng)間的橫動(dòng)間隙擴(kuò)大，竄動(dòng)量隨之加大，如果在軸頸堆焊后造成其長(zhǎng)度變長(zhǎng)，那么軸頸后肩的過渡圓弧將出現(xiàn)內(nèi)移現(xiàn)象，載荷作用點(diǎn)更加靠近危險(xiǎn)斷面，為鉛錘載荷發(fā)揮破壞作用提供了條件，在彎矩及應(yīng)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(zhǎng)期相互接觸而產(chǎn)生磨損，由于防塵板座平時(shí)承受的壓力巨大，因此其磨損將帶來巨大的應(yīng)力集中，引發(fā)裂紋，減小了強(qiáng)度，成為生大安全隱患;軸身磨損的問題主要與制動(dòng)拉桿的裝配有關(guān)，不合格的裝配將可能導(dǎo)致拉桿與車軸的接觸，久而久之就對(duì)軸身造成了磨損。

1.3? 踏面損傷

根據(jù)磨損位置在車輪中的不同區(qū)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(zhì)等類型。

1.3.1? 踏面磨損

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

1.3.2? 輪緣磨損

輪緣磨損是指發(fā)生在車輪邊緣處的磨損現(xiàn)象，在直線行駛過程中，輪緣磨損很少發(fā)生。在踏面磨損過于嚴(yán)重或轉(zhuǎn)向架組裝不到位的情況下，會(huì)造成輪對(duì)與鋼軌間的距離出現(xiàn)波動(dòng)，造成輪對(duì)左右偏磨。大量實(shí)踐表明，輪緣磨損可以導(dǎo)致輪緣厚度減小、輪緣頂部鋒芒及輪緣垂直磨損。在嚴(yán)重的情況下，由于輪緣厚度不足而降低了輪對(duì)強(qiáng)度，容易引發(fā)行車事故。輪緣在受到?jīng)_擊或駛過岔道時(shí)，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(nèi)側(cè)面相互摩擦，當(dāng)達(dá)到一定的限度后將會(huì)引發(fā)脫軌事故。

1.3.3? 踏面裂紋

踏面裂紋是比較常見的輪對(duì)故障，也是致命性故障，因此在實(shí)際運(yùn)行中是不允許存在的。根據(jù)裂紋的形成機(jī)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(dòng)異常而形成的一種裂紋形式，除了制動(dòng)，在非正常的滑行或空轉(zhuǎn)情況下也會(huì)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(dāng)于進(jìn)行了表面淬火，產(chǎn)生了馬氏體。馬氏體在車輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)又被反復(fù)地加熱，起到了回火作用，最終產(chǎn)生回火馬氏體組織或珠光體組織。同時(shí)踏面表層由于發(fā)熱而出現(xiàn)體積膨脹，在這種強(qiáng)大的壓縮應(yīng)力下出現(xiàn)開裂。疲勞裂紋是由于車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)踏面與鐵軌之間長(zhǎng)期存在反復(fù)的接觸壓力，造成內(nèi)部剪切應(yīng)力集中，在多種交變負(fù)荷條件下會(huì)出現(xiàn)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(yán)重的輪對(duì)損壞現(xiàn)象，它通常表現(xiàn)為踏面表面的金屬直接成片脫離輪對(duì)主體，并且在踏面上留下相應(yīng)的凹坑。從機(jī)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(fā)的，如果車輪表面本身有裂紋，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)不斷向內(nèi)部擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)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(xiàn)象主要與踏面接觸壓力、材質(zhì)屈服點(diǎn)、塑性變形性能、接觸面積、車輪直徑等有關(guān)系。熱剝離的起因是熱裂紋的產(chǎn)生，熱裂紋沿著踏面垂直或平等的方向擴(kuò)展，最終使相鄰裂紋貫通而剝離。

2? 動(dòng)車組車輛輪對(duì)維護(hù)建議

2.1? 加強(qiáng)車輪生產(chǎn)質(zhì)量控制

動(dòng)車組輪對(duì)作為一種特殊的產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)水平對(duì)其質(zhì)量有著直接的影響，因此車輪的設(shè)計(jì)、加工企業(yè)應(yīng)從各個(gè)環(huán)節(jié)著手，努力創(chuàng)新，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在設(shè)計(jì)上，要進(jìn)下提高輪對(duì)檢修的方便性，采用合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各項(xiàng)參數(shù)經(jīng)過精確計(jì)算和試驗(yàn)，保證其滿足使用要求;在生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)，必須不斷改善生產(chǎn)工藝水平，尤其是冶金鍛造水平和制造工藝水平，對(duì)產(chǎn)品的性能有重要影響。應(yīng)采用先進(jìn)工藝，追求優(yōu)良、強(qiáng)度韌性好、抗疲勞性強(qiáng)的指標(biāo)。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)部件的尺寸和力學(xué)性能指標(biāo)，在加工過程中嚴(yán)格控制，避免由于工藝不科學(xué)或損傷不當(dāng)造成較大誤差，進(jìn)一步提高輪對(duì)的質(zhì)量。

2.2? 提高車輪技術(shù)管理水平

輪緣潤(rùn)滑是提高輪對(duì)運(yùn)行效率和避免損傷的重要方法，因此建議動(dòng)車組運(yùn)營(yíng)企業(yè)適當(dāng)增加輪緣潤(rùn)滑裝置，一般至少要達(dá)到50%的裝車率才能直到明顯的效果。車輛的運(yùn)營(yíng)單位也可以根據(jù)實(shí)際需求來執(zhí)行。進(jìn)一步增加正線添乘次數(shù)，防止出現(xiàn)缺口，只要出現(xiàn)輪對(duì)損傷問題立即安排專業(yè)人員檢測(cè)，將輪對(duì)失圓、踏面擦傷和剝離消滅在初期，避免后續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。管理人員應(yīng)定期安排鏇修，在鏇修過程中應(yīng)充分發(fā)揮所有輪徑的作用，提高輪對(duì)壽命;定期安排人員對(duì)車體尺寸進(jìn)行檢查，對(duì)于超差的車輛及時(shí)調(diào)整。

2.3? 規(guī)范車輪檢查維修流程

車輪的檢查維修在動(dòng)車組維修工作中占有重要地位，是遏制輪對(duì)損傷現(xiàn)象的重要環(huán)節(jié)。因?yàn)楹芏嗖坷锒伎梢栽谌粘z修中發(fā)現(xiàn)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(yè)務(wù)水平達(dá)到一定的要求，具備較強(qiáng)的綜合能力，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)交解決輪對(duì)損傷問題。另一方面，檢修的流程也應(yīng)做到規(guī)范化、統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化，避免不同的人員由不習(xí)慣和能力的不同，而采用了不同的檢修流程，造成檢修結(jié)果的不可靠性。在制定了規(guī)范的輪對(duì)檢修流程后，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督，嚴(yán)格按照損傷規(guī)程進(jìn)行檢查，保證滿足各項(xiàng)維修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，手法到位，全面檢查。一旦檢出有嚴(yán)重?fù)p傷的輪對(duì)，或懷疑輪對(duì)出現(xiàn)較嚴(yán)重故障，必須及時(shí)組織技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)到場(chǎng)鑒定，做到細(xì)致檢查，準(zhǔn)確判斷，妥善處理，不放過任務(wù)一個(gè)故障，杜絕異常輪對(duì)上路，保障每一個(gè)乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔大賓，趙銳，李俊，佘家豪，李立，溫澤峰.面向輪緣磨耗的動(dòng)車組車輪型面多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)：1-10[2019-03-22].

[2]潘長(zhǎng)領(lǐng)，李沛澤，王林，馮鈺瑾，肖鵬.動(dòng)車組車輪多邊形輪軌力的仿真研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2018（05）：18-20.

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