車輪踏面異形磨耗淺析

李松燦

摘 要：目前，C70A型列車車輪踏面常產(chǎn)生槽狀的異形磨耗，這不僅影響了列車的運行質(zhì)量，還影響了列車的安全性。因此，簡要分析了車輪踏面異形磨耗的實際情況，并提出了相關(guān)的改善措施。

關(guān)鍵詞：車輪踏面；異形磨耗；輪緣；鋼軌

中圖分類號：U279 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.108

鐵路企業(yè)的特點是多工種整體配套生產(chǎn)，其中的每一個環(huán)節(jié)都與整條鐵路的運輸安全息息相關(guān)。作為鐵路運輸中的重要組成部分之一，鐵道車輛的質(zhì)量和運行狀態(tài)直接影響著鐵路運輸?shù)陌踩?。目前，某列檢所在檢查中發(fā)現(xiàn)多個槽狀踏面的異形輪對。一般而言，車輪踏面產(chǎn)生圓周磨耗后，其形狀多為圓柱形，而發(fā)生槽狀的異形磨耗較為少見。

1 問題概述及危害分析

1.1 問題概述

自2009-08起，某列檢所在對車輛的技檢過程中多次發(fā)現(xiàn)車輪踏面存在槽狀的異形磨耗，技術(shù)人員曾多次深入現(xiàn)場，對故障輪、閘瓦進(jìn)行了詳細(xì)分析。分析發(fā)現(xiàn)，車輪踏面磨耗嚴(yán)重，呈溝狀異形，形成了雙輪緣，這與其他磨耗相比具有一定的獨特性。

1.2 車輪踏面異形磨耗的危害

一旦車輪踏面產(chǎn)生異形磨耗后，隨著踏面圓周磨耗的不斷加深，車輪的輪徑逐漸變小、輪緣逐漸變薄，進(jìn)而埋下了較大的運輸安全隱患。具體而言，異形磨耗的危害主要體現(xiàn)在以下5方面：①車輪一旦產(chǎn)生圓周磨耗，則會破壞標(biāo)準(zhǔn)踏面。一般而言，當(dāng)車輪踏面磨耗至6.1 mm時，會形成圓柱形。由于常處于滾動中的踏面靠近輪緣部分，所以，當(dāng)車輪踏面磨耗至8 mm以上時，常出現(xiàn)靠近輪緣處的踏面凹陷的情況，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)外形踏面失去作用，兩輪無法同時圓滑滾動，外輪偶爾處于滑行狀態(tài)，進(jìn)而加劇了輪緣與鋼軌的磨損。踏面產(chǎn)生異形磨耗后，隨著時間的推移，車輪輪徑差逐漸增大，車體重心、轉(zhuǎn)向架承重中心會向車輪輪徑較小的一側(cè)偏移，導(dǎo)致輪緣、踏面的磨耗進(jìn)一步加劇。②導(dǎo)致輪緣變薄、變高，加劇了輪緣的垂直磨耗，輪緣根部易產(chǎn)生裂紋。此外，由于異形磨耗會使踏面凹陷過深，導(dǎo)致列車在線路上行駛時易碰撞鋼軌上的螺栓，進(jìn)而導(dǎo)致列車脫軌；輪緣垂直磨耗加深后，車輪在通過道岔時易出現(xiàn)脫軌或軋傷尖軌的情況。③車輪踏面產(chǎn)生異形磨耗后，會形成槽狀外形，磨耗面易出現(xiàn)局部平面的現(xiàn)象，導(dǎo)致車輪無法進(jìn)行圓滑滾動，進(jìn)而加劇了車輛的沖擊振動。④異形磨耗會破壞車輪踏面的標(biāo)準(zhǔn)外形，導(dǎo)致踏面與鋼軌接觸部分的錐度變大，車輪蛇形運動的波長變短、次數(shù)增多，影響了車輛運行的平穩(wěn)性。⑤車輪踏面產(chǎn)生異性磨耗后，踏面與鋼軌的接觸面積會逐漸增大，進(jìn)而使鋼軌接觸各點與車軸中心的距離不斷增加，進(jìn)而導(dǎo)致車輛運行阻力增加。

2 原因分析及應(yīng)對措施

綜上所述，車輪踏面的槽形磨耗與車輪本身、車輪接觸的部件密切相關(guān)，而與車輪接觸的部件只有鋼軌和閘瓦。筆者認(rèn)為，造成異形磨耗的主要原因有4個：①車輛在長期運行中產(chǎn)生的輪軌接觸磨損；②因閘瓦存在質(zhì)量問題而導(dǎo)致閘瓦與踏面產(chǎn)生的滑動磨損，這也是造成車輪踏面產(chǎn)生異形磨耗的主要原因；③在運行中，車輪會承受來自各個方向的各種作用力，進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形；④頻繁制動會產(chǎn)生大量的摩擦熱，進(jìn)而導(dǎo)致車輪表面的材質(zhì)發(fā)生變化。

2.1 原因分析

2.1.1 輪軌接觸磨耗

車輛在線路上長期運行后，車輪踏面與鋼軌會因摩擦而產(chǎn)生磨耗。由此可見，線路鋼軌的質(zhì)量將直接影響踏面磨耗的程度。尤其是在車輛通過兩段鋼軌的連接處或道岔時，踏面的磨耗比較嚴(yán)重。

2.1.2 列車制動時閘瓦與踏面的摩擦

目前，鐵路車輛已全部使用合成閘瓦，相比于以往的鑄鐵閘瓦，雖然合成閘瓦的優(yōu)點較多，但其散熱性較差。在列車制動產(chǎn)生的熱負(fù)荷中，90%會被車輪吸收。此外，由于車輪還起著支撐車輛的作用，導(dǎo)致其產(chǎn)生的熱負(fù)荷較多。而當(dāng)車輪產(chǎn)生的熱負(fù)荷超過其承受極限時，車輪踏面就可能出現(xiàn)異常磨耗等損傷。

合成閘瓦的制作過程為：按比例混合合成材料后，置于鋼模內(nèi)熱壓而成。目前，合成閘瓦的硬度普遍較高，但如果閘瓦生產(chǎn)廠家未開展工藝過程控制，導(dǎo)致合成閘瓦的配方體系不合理，則可能出現(xiàn)閘瓦摩擦系數(shù)增大、鋼背梅花孔不符合標(biāo)準(zhǔn)（無法起到翻花的抓力作用）、鋼背與摩擦體粘貼不牢固等情況。在列車運行的過程中，一旦閘瓦出現(xiàn)問題，則閘瓦與踏面產(chǎn)生的熱負(fù)荷會導(dǎo)致的其材質(zhì)和物理性能發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)摩擦材料的局部熱膨脹；閘瓦會將車輪磨削掉落的金屬碎屑帶入摩擦部位，列車再次制動時，金屬碎屑會磨損車輪，使閘瓦出現(xiàn)金屬鑲嵌現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致車輪踏面產(chǎn)生異形磨耗。

通過檢查異形磨耗輪上的閘瓦發(fā)現(xiàn)，部分閘瓦已出現(xiàn)碾堆、裂紋的現(xiàn)象，且閘瓦鋼背內(nèi)側(cè)用以提高摩擦體與鋼背結(jié)合強(qiáng)度的孔已經(jīng)露出。由此可見，當(dāng)閘瓦出現(xiàn)上述現(xiàn)象時，會對車輪踏面造成非常嚴(yán)重的磨損。此外，測量閘瓦后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閘瓦剩余厚度為15 mm左右時，某些閘瓦摩擦體已經(jīng)出現(xiàn)了裂紋；當(dāng)閘瓦剩余厚度為14 mm左右時，鋼背內(nèi)側(cè)的圓孔露出。因此，當(dāng)閘瓦剩余厚度為15 mm左右時，便可能出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損問題，進(jìn)而加劇車輪踏面的磨耗，形成槽狀踏面。

2.1.3 車輛載重偏大、車輛運行次數(shù)多

目前，高摩合成閘瓦已被廣泛使用，而C70A型列車的標(biāo)記載重比C64型列車重9 t，且其實際運行次數(shù)較多，這也是造成C70A型列車車輪踏面產(chǎn)生異形磨耗的原因之一。

2.1.4 車輛的換端運行

車輛長期實行換端運行后，其車輪更易出現(xiàn)偏磨現(xiàn)象。比如，在曲線路段，車輛在一個運行周期中會通過同一曲線段2次，而在這一過程中，由于受到曲線段離心力的作用，車輛一側(cè)的車輪會受到擠壓，產(chǎn)生偏磨，進(jìn)而加劇了輪對輪緣、踏面的磨損。

2.2 控制措施

具體的控制措施有以下4點：①控制車輪的輪徑差，且避免出現(xiàn)列車超載的情況。②由于閘瓦的質(zhì)量問題是車輪異形磨耗最主要的原因之一，所以，提高閘瓦的質(zhì)量是避免車輪踏面磨耗最有效的途徑之一。閘瓦生產(chǎn)廠家應(yīng)改進(jìn)高摩合成閘瓦的材料、配方和生產(chǎn)制造技術(shù)，降低閘瓦的硬度，并解決列車運行中產(chǎn)生的金屬鑲嵌問題，從而緩解車輪踏面的磨耗。③列車司機(jī)應(yīng)按照規(guī)定操作列車，避免出現(xiàn)不合理的制動和緊急制動。④可根據(jù)實際運行情況對閘瓦的運用限度進(jìn)行調(diào)整，并應(yīng)及時更換到限、損壞的閘瓦。

3 結(jié)束語

車輪是列車的重要組成部分之一，而踏面又是車輪的重要組成部分之一，它不僅會與閘瓦頻繁摩擦，還會與鋼軌直接接觸。在技檢工作中，工作人員應(yīng)加強(qiáng)對車輪踏面的檢查，并加強(qiáng)對車輪踏面其他損傷形式（剝離、擦傷、裂損等）的研究和分析，以便找出車輪踏面損傷的內(nèi)、外部原因以及某些損傷的發(fā)展規(guī)律，從而更好地解決車輪踏面的損傷問題，確保行車安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳大名.鐵道車輛制動[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

〔編輯：張思楠〕