鐵路貨車輪對故障與檢測分析

張東繼

摘 要：輪對是鐵路貨運車輛最重要的運行部件和承重部件，輪對的故障將嚴重影響貨運安全。本文分析了輪對的故障機理和故障模式，闡述了輪對故障影響因素和作用方式，對比分析了輪對檢測技術(shù)并總結(jié)了不同檢測技術(shù)的優(yōu)缺點，對保障鐵路貨運安全，提高鐵路貨運能力提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車；輪對；故障；檢測

中圖分類號：U279.34 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0062-01

鐵路被公認為國民經(jīng)濟的大動脈，是一個國家工業(yè)化水平和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平的重要衡量指標之一，而鐵路貨運則是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要助推器。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展需求不斷增長和科學技術(shù)的不斷進步，鐵路貨運車輛運輸速度和載重量也相應(yīng)的不斷提升，其帶來的安全隱患也必將隨之增大。在鐵路貨車運行過程中，其荷載全部由輪對承載，在高速運轉(zhuǎn)過程中，容易發(fā)生故障，據(jù)統(tǒng)計車輛輪對故障是鐵路貨車運行故障中的首要問題[1]。在鐵路貨車運行中，輪對故障難以完全避免，深入研究鐵路貨車輪對的故障機理，探索輪對故障的有效解決方案，提高鐵路貨運的安全性，對提高貨車運行速度，滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需求具有重要意義。

1 鐵路貨車車輛輪對故障機理

輪對是鐵路貨運車輛最重要的承重部件和運轉(zhuǎn)部件，具有載重量大、運行速度快、運行環(huán)境惡劣等的突出特點，影響其運行安全性的故障模式多種多樣，全面深入分析制約其安全運行的影響因素、故障模式和故障機理，為有效保障輪對安全運行提供技術(shù)支撐[2]。

（1）踏面故障模式。踏面故障通常包括踏面裂紋故障和踏面磨損故障。踏面裂紋故障是指在貨車運行過程中，由于滑行、空轉(zhuǎn)或制動等運行狀態(tài)下由于摩擦產(chǎn)生大量熱量，金屬材質(zhì)的踏面在熱量傳遞過程中存在溫度梯度，從而誘發(fā)踏面裂紋。根據(jù)踏面溫度作用方式的不同，踏面裂紋又可分為兩種，一是踏面溫度持續(xù)升高引起熱膨脹，從外觀上部分抵消原有裂紋，因此在檢測過程中應(yīng)注意踏面溫度；二是踏面溫度急劇變化，溫度梯度較高，產(chǎn)生淬火效應(yīng)，使得踏面表層硬化。踏面磨損是指貨車運行過程中，輪對踏面與軌道相互擠壓摩擦并沿著半徑方向遞減而造成的磨損現(xiàn)象。正常摩擦不可避免且磨耗并不嚴重，通常通過檢測器對輪對踏面的基層部位層的厚度進行檢測，確定踏面磨損等級；而非正常摩擦是踏面磨損故障的主要因素。非正常摩擦通常是由于輪對與軌道的相對位置出現(xiàn)偏差，輪對偏向線路的某一側(cè)而導致側(cè)輪摩擦加重，產(chǎn)生嚴重摩擦。通常轉(zhuǎn)向架嚴重變形、轉(zhuǎn)向架固定軸距離過大和長期不變向運行是主要誘發(fā)因素，通過檢測輪對與軌道相對位置和定期改變運行方向進行修正，在踏面經(jīng)過大量磨損而未加修正的情況下運行將急劇加重踏面的磨損速度，甚至導致擦傷、剝離等情況，嚴重威脅行車安全。此外，車輪材質(zhì)、閘瓦質(zhì)量、制造工藝和車輛運行速度對踏面磨損均有影響，為保障鐵路貨運的經(jīng)濟性和安全性，需從車輛設(shè)計、試驗、制造和運行等全壽命過程中進行綜合跟蹤研究。

（2）輪緣故障模式。輪緣磨損故障是在車輛通過岔道、曲線等路段時，由于輪緣承受大部分水平作用力而產(chǎn)生的劇烈摩擦所導致的急速磨損。與踏面磨損相似，轉(zhuǎn)向架變形程度、輪對與軌道的相對位置、車輛重心等因素是導致一側(cè)輪緣嚴重磨損的主要制約因素。及時檢查輪緣磨損情況，防止車輛攜帶安全隱患運行，加重輪緣磨損而導致應(yīng)力集中、強度降低、超出輪對摩擦極限，誘發(fā)安全風險。

（3）軸頸故障模式。軸頸故障是指貨車運行速度提升和載重量過大而誘發(fā)的滾動軸承提前到壽。頻繁裝卸載和運行過程中的縱向起伏帶來的交變應(yīng)力是軸頸故障的另一主要誘因，合理規(guī)劃車輛運行速度和載重量是預防軸頸故障，提高使用壽命的主要手段。此外，需要注意的是在對軸身進行檢測和防銹刷漆的過程中，需考慮車輛的使用環(huán)境，包括酸堿度、冷保車等情況，避免金屬腐蝕而降低車軸的使用壽命引發(fā)故障。

（4）輻板孔故障。輻板孔出現(xiàn)裂紋通常是由于頻繁裝卸載而導致的車輪輻板孔不同程度出現(xiàn)裂紋。為滿足鐵路貨運需求，貨運車輛提高運行速度、加大載重量，而舊式貨運車輛車輪的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)不能滿足高強度運行的要求，及時更換與貨運需求和車輛相匹配的車輪，降低輻板孔裂紋現(xiàn)象，提高貨運能力。

2 鐵路貨車車輛輪對故障檢測措施分析

在使用和保障車輛輪對的過程中，如何科學檢測輪對使用情況，及時定位和排除輪對故障是一線保障工作的重中之重。當前車輛輪對參數(shù)的測量方法包括接觸式測量、便攜式測量和非接觸式測量[3]。接觸式測量是通過測量傳感器，采集檢測輪對運行過程中的數(shù)據(jù)參數(shù)，通常是將輪對架起并推動旋轉(zhuǎn)，模擬使用過程，這種測量也最為準確。但輪對高速運轉(zhuǎn)過程中可能損壞接觸式傳感器，因此在檢測過程中需特別注意。便攜式測量是通過多種測量傳感器檢測輪對的部分幾何參數(shù)，所以所測量的參數(shù)種類有限，不能實現(xiàn)全自動化測量，但因操縱簡便快捷，在綜合性檢查間隙可通過此方法進行輪對檢測，該方法對檢測員的工作經(jīng)驗要求較高。非接觸式測量是一種新興的高技術(shù)檢測方法，運用CCD技術(shù)和激光傳感技術(shù)進行非接觸式實時在線測量，檢測速度快，效率高，并可對多種車輛進行檢測，是未來檢測手段的重要發(fā)展趨勢[4]。

3 結(jié)語

鐵路貨運車輛輪對是貨車車輛最重要的承力部件和運行部件，工作環(huán)境惡劣，故障模式多樣，故障率居高不下，嚴重威脅運行安全。本文分析了鐵路貨運車輛輪對的故障模式和故障機理，闡明了故障影響因素和作用方式，總結(jié)了鐵路貨運車輛的輪對檢測的主要手段和方法，綜合分析了接觸式測量、便攜式傳感器測量和非接觸式測量的優(yōu)缺點。加強對貨運車輛輪對的故障機理研究和檢測技術(shù)研究，對提高鐵路貨車運行安全水平，促進貨運行業(yè)發(fā)展，有效推動我國鐵路貨運向更大載重、更高速度發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1]胡海濱，呂可維，邵文東，等.大秦鐵路貨車車輪磨耗問題的調(diào)查與研究[J].鐵道學報，2010，（1）：30-37.

[2]齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司.鐵路貨車車輪踏面損傷專題研究階段總結(jié)報告[R].齊齊哈爾：齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司，2007.

[3]李景泉，劉繼.車輪踏面擦傷自動檢測方法的研究和試驗[J].同濟大學學報，2003，（4）：473-475.

[4]陳寧寧，滕永平，王科.機車車輪在線超聲波檢測方法研究[J].無損檢測，2007，（7）：402-428.endprint