铁路货运车轮常见故障及预防

铁路货运车轮常见故障及预防

王普

大秦铁路股份有限公司湖东车辆段 037000 大同市

1前言

由于铁路货运车辆结构复杂配件众多，并且运行中环境恶劣，所以某些关键部件极易出现故障；轮对作为支持车身、保证车辆在轨道上运行的关键接触性部件，由于它长期与轨道接触，并承受车辆和载运货物的全部重量，日常工作时所受到的交变应力巨大，同时也需要承受一定的振动，极易发生接触面伤害、裂纹、过度磨损等故障，放任不管会给铁路安全运输带来巨大威胁，甚至导致车辆脱轨人员损伤等严重事故，因此解决轮对故障问题，提高轮对检修能力成为了目前比较重要的一项工作。

2货运车辆车轮的使用情况

目前，我国铁路货运车辆经常使用轮对型号基本包含于轴重为21t和25t的两种，也有部分专用车轮，这些车轮均属于符合GB8601-1997规定的HDS、HDSA、HES、HESA型车轮以及符合TB/T2817-1997规定的HDZ、HDZA、HDZB、HDZC、HEZB型车轮，实际运用当中还有一小部分是从国外进口的车轮。

3车轮的常见故障

3.1车轮踏面圆周磨耗

（一）车轮踏面圆周磨耗

车轮在使用的过程中，车轮的踏面会实时与钢轨接触并产生滚动，在滚动过程中由于相对位置的摩擦致使踏面表面材料磨损，使其圆周直径减小的过程称之为车轮踏面圆周磨耗，与此同时踏面标准轮廓也会发生改变。铁路相关部门规定在进行车辆段修时，车轮踏面圆周磨耗深度超过5mm时，必须对车轮进行旋修。

（二）原因分析

车轮踏面的磨耗原因是多种多样的，车轮在实际运用过程中，其主要的作用方式是与钢轨上表面进行滚动作用，在车辆通过曲线时，车轮踏面由于扭转力的影响还会与钢轨轨面发生一定方向的相对滑动摩擦，因此车轮与轨道的摩擦是一个复杂的混合摩擦过程；除此之外现行的铁路货车车辆的制动方式通常都是使用闸瓦与车轮踏面摩擦的方式来达到减速制动的效果，这种制动方式不可避免会造成由于闸瓦摩擦而使车轮踏面发生圆周磨耗。根据以上几种情况，我们可以将车轮踏面圆周磨耗的主要原因归纳为以下两点：

1、挤压变形：车轮在使用过程中，其主要的作用是用于传递垂直载荷，所以整个车辆（包含载重）的质量都会直接或间接的作用于车轮上，在巨大的崔志载荷作用下，车轮踏面会产生一定的塑性形变，加之由于运行而产生的冲击作用，也会使表面的材料经受一定的挤压和剪切作用，最终导致车轮踏面因疲劳而产生磨损。

2、热力作用：车辆在轨道上运行不可避免的发生滑动摩擦，加之现行货车的制动形式主要是靠闸瓦的摩擦来实现，车轮表面会在这些作用下产生巨大的热量，短时间内热量聚集于车轮表面，随后这些热量又会向外传导直至冷却，如此的冷热交替就会导致车轮踏面表面材料发生变化或者损坏。

3.2  轮辋过薄

车轮轮辋过薄主要来源于车轮加工方面，例如车轮在运行过程中由于其他参数原因需要进行镟修处理，这就会导致车轮轮辋材料被车刀以圆周方式去除，经过几次镟修之后车轮轮辋将会超过其尺寸限度，从而使其直径变小，影响其与其他零部件的装配关系，同时也容易产生裂纹。

3.3轮缘磨耗

在车轮运用过程中轮缘会因磨耗而发生变化，其主要分为四种形式，即轮缘过薄、垂直磨耗过限、锋芒以及辗堆，这些情况都会直接或间接的影响行车安全。

车轮在运行过程中会导致轮缘磨损的原因有很多，例如在运行至曲线铁路或者经过道岔时，由于车辆重心偏移会导致车轮在轨道上的侧向载荷增大，轮缘在此时起到了防止脱轨的作用，同时这种载荷也会对轮缘发生磨损；其次如果转向架在运行过程中由于其运行状态发生改变，中心线偏离原有方向，同一车辆不同转向架中心线不平行，也会导致车辆一侧轮缘额外受到较大的侧向载荷，导致磨损发生。

3.4踏面擦伤、剥离与局部凹下

（一）踏面擦伤

踏面擦伤通常发生于车辆紧急制动过程中，由于车辆制动系统原因，所产生的制动力过大，与车轮踏面接触的闸瓦施加于车轮的制动力将车轮抱死，此时由于惯性作用，车轮将会与钢轨发生相对滑动，导致车轮踏面擦伤。

踏面擦伤一旦车辆运行过程中将会由于车轮圆周不完整而产生较大的振动，高频次的振动将会导致车辆其他部件加速老化，振动严重时还有可能导致轴箱发热，除此之外踏面擦伤还会导致钢轨表面的周期性损伤。

（二）踏面剥离

踏面剥离主要原因有以下两点，首先是车轮的制造质量问题，车轮在制造过程中可能会由于材料使用问题或者夹渣等原因导致车轮表面材料剥落损坏；其次是由于车轮在长期使用的过程中短时间内热量聚集于车轮表面，随后这些热量又会向外传导直至冷却，如此的冷热交替就会导致车轮踏面表面材料发生变化或者损坏。

（三）踏面局部凹下

踏面局部凹下的原因包含以下两点，首先是用于制造车轮的材质硬度过低，在日常的车辆运用过程中由于挤压或者碰撞导致凹陷；其次是车轮踏面存在局部缺陷，例如缩孔、软点等，经过一段时间的滚动磨耗后造成踏面局部凹下。

4  车轮故障的预防措施

（一）目前铁路上常见的由于制动造成的车轮开裂，有以下几方面的处理方式，例如：改善车辆制动系统结构和制动材料，改善车轮踏面散热能力，使之散热良好，高磨合成闸瓦的使用等。

（1）制动方面

制动工况好坏直接决定了车轮热裂纹的产生与否，因此在制定防止热裂纹产生的对策或者热裂纹已经产生后，首先应当考虑的是机车车辆的制动条件是否适应于现在的工况，针对现场条件及时调整制动工况或将踏面制动改为非踏面制动（如盘式制动等）。

（2）车轮材质方面

进过研究一般认为碳含量较低是可以减少热裂纹产生的关键因素，但是前提应该是不能降低车轮自身的强度和硬度，为了达到这样的目的需要通过低碳合金化实现，但是过高的合金化会导致不可预料的困难。从近些年的一些车轮热裂纹案例来看，这并不是很好的解决方法。

（3）车轮形状

通过改进车轮辐板的形状可以很好的改善车轮的受力状态，使得车轮的受热情况得以重新分布，例如：将原有的直辐板改为S形辐板或深盆形辐板等，这样做可以很好的使热裂纹的产生得以减少。

（4）闸瓦

改进与这种现象相关的闸瓦材质和形状可以很好的使车轮踏面刚好的散热，但是高磨合成闸瓦的使用对踏面制动作用会使得车轮承受更加严重的热负荷，主要是由于合成闸瓦的导热性比铸铁闸瓦差的缘故。

如果车轮产生了热裂纹，在裂纹较浅的情况下，损伤的车轮可以通过旋修的方式消除踏面裂纹，当车轮的参数在不超过轮辋的规定使用极限时，车轮仍然可继续使用。

（二）防止热轴发生的重点是在于提高轴承的质量，同时对故障轴承进行失效原因及时分析并提出相应的防范对策，轴承故障的诊断以及轴承发热过程的探测与报警等方面。

（三）擦伤剥离的主要原因是由于车轮与钢轨之间短时间内出现了局部摩擦或者滑动摩擦，摩擦产生的较高热导致车轮的表面发生了金属相变。所以应从车轮材质。机车车辆设计、线路条件、环境因素、驾驶工况、轮轨匹配等多方面进行系统化研究，不可单方面考虑问题。

（四）车轮踏面擦伤的主要原因是由于车轮在停车或紧急制动时，车轮与钢轨之间发生剧烈的摩擦使踏面表面形成了近乎椭圆形的伤痕。擦伤车轮是可以通过旋修修复的，另外通过加装车轮防滑器或其他方法防止擦伤出现的几率。也可通过加装有效的车轮防滑器系统；改善制动系统条件；提高机车乘人员的操作水平，在运行过程中尽可能避免紧急制动。合理进行轮轨的匹配（包括硬度、强度、踏面形状等），采用有效降低轮轨作用力的转向架结构和形式。

（五）车轮轮缘局部出现明显裂纹或者轮缘局部缺损、掉块，这种情况下一般会出现较严重的碾压堆叠的特征，极易造成脱轨事故的发生。避免轮缘使用过薄；加强以上重点部位的检查；改善车路与轨道的接触状态，降低车轮在使用过程中承受的各类载荷。