CRH380D型動車組車輪踏面缺陷原因分析

邵迥　姜海青

摘 要：對CRH380D型動車組車輪踏面異常缺陷，經(jīng)過系統(tǒng)分析，找到了問題原因，采取應(yīng)對措施后未再發(fā)生。

關(guān)鍵詞：車輪；踏面缺陷；問題原因；建議措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.046

1 故障描述

1.1 基本信息

2017年11月至2018年5月，配屬上海局的CRH380D型動車組集中發(fā)生76例車輪踏面缺陷，缺陷導(dǎo)致車輪臨時鏇修且鏇修量較正常鏇修量增大，進(jìn)而導(dǎo)致輪徑集中到限，路局周轉(zhuǎn)輪對數(shù)量不足，給路局運(yùn)輸生產(chǎn)組織造成極大影響。

（1）缺陷特征：76例缺陷中，LU/LD超聲波探傷發(fā)現(xiàn)41例、庫內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)23例、車輪鏇修過程中發(fā)現(xiàn)12例，如圖1。

缺陷的共同特征：庫內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)的顯性缺陷，隨著鏇修進(jìn)刀量增加，缺陷面積呈擴(kuò)大趨勢，可見缺陷是由踏面淺表層向踏面外部擴(kuò)展。LU/LD超聲波探傷或鏇修過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，也證明缺陷初始發(fā)生于踏面淺表層，尚未擴(kuò)展至踏面。缺陷位置橫向位于滾動圓左右約6mm處，深度位于踏面下4-8mm處。

2 原因分析

2.1 缺陷車輪材質(zhì)分析

CRH380D型動車組車輪材質(zhì)為ER8。根據(jù)車輪供貨技術(shù)條件，選取兩片具有代表性的缺陷車輪（序號分別為E1002079-0066和E1302102-0075），從化學(xué)成份、拉伸性能、沖擊性能、輪輞硬度、顯微組織及晶粒度、低倍檢驗和非金屬夾雜等方面進(jìn)行分析，結(jié)果各項性能均符合ER8材質(zhì)車輪技術(shù)條件。

2.2 缺陷車輪數(shù)據(jù)分析

（1）缺陷發(fā)生時間集中。缺陷集中發(fā)生在2018年5月至9月，占77.6%。而CRH380D型動車組自2015年4月開始投入運(yùn)營，之前未發(fā)生過此類缺陷。

（2）缺陷集中發(fā)生在特定交路車組上。有53例缺陷發(fā)生在CRH380D型動車組前10組小號車上（1501～1510），占69.7%。經(jīng)與路局了解，這10組小號車在上述踏面缺陷發(fā)生期間，有超過90%的時間固定擔(dān)當(dāng)特定交路（滬寧城際）。

（3）缺陷發(fā)生位置集中。有60例缺陷發(fā)生在列車左側(cè)車輪上，占78.9%。

（4）缺陷車輪里程分析。最小里程68萬公里，最大里程225萬公里，平均里程179萬公里，里程較為分散，沒有規(guī)律性。

（5）缺陷車輪最近一次鏇輪數(shù)據(jù)分析。從輪徑切削量、輪緣厚度恢復(fù)量、Qr值等參數(shù)分析。輪徑切削量介于2-3mm的占35.5%，切削量3mm以上的占47.4%。輪緣厚度恢復(fù)至32-33mm的占17.1%，恢復(fù)至33-34mm的占48.7%，恢復(fù)至34-35mm的占32.9%。Qr值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。基于分析，說明最近一次鏇修為有效鏇修。

（6）缺陷距最近一次鏇修走行里程。里程介于15-20萬公里占56.6%，介于20-25萬公里占27.6%。CRH380D型動車組車輪鏇修周期為25萬公里，缺陷車輪均未超鏇修周期。

2.3 踏面缺陷形成機(jī)理分析

輪軌接觸時車輪接觸斑會因超常應(yīng)力引發(fā)塑性變形。根據(jù)輪軌接觸狀態(tài)，車輪所受最大應(yīng)力在淺表層，橫向范圍在接觸點12mm內(nèi)，深度4-8mm，為剪應(yīng)力，方向與車輪切向成小角度。當(dāng)輪軌不匹配或因異物入侵時，車輪首先在該深度范圍內(nèi)發(fā)生損傷。

車輪發(fā)生損傷后，隨著持續(xù)運(yùn)行，損傷處受到周期性的輪軌接觸應(yīng)力，逐漸積累演變成疲勞裂紋擴(kuò)展（棘輪效應(yīng)）。

裂紋擴(kuò)展受多種因素影響，如車輪受力狀態(tài)、輪軌接觸狀態(tài)、初始損傷狀態(tài)、輪軌表面摩擦狀態(tài)、車輪磨耗狀態(tài)、車輛牽引制動狀態(tài)及環(huán)境溫度濕度等。當(dāng)裂紋擴(kuò)展時，是在次表層及表層的剪應(yīng)力作用下擴(kuò)展的，而較大剪應(yīng)力橫向只存在于輪軌接觸點周圍約12mm范圍內(nèi)，考慮輪對常用左右橫移接觸點15mm的移動，則裂紋在橫向擴(kuò)展范圍約27mm，不會向輪緣或外側(cè)擴(kuò)展；在深度方向，最大剪應(yīng)力距踏面4-8mm范圍，隨深度急劇下降，且剪應(yīng)力方向與車輪切向成小角度，裂紋不能沿徑向深層擴(kuò)展。因此，此類裂紋在最惡劣條件下擴(kuò)展為踏面局部剝離，不會形成貫穿性裂紋，不會導(dǎo)致輞裂故障。

3 結(jié)論

綜上分析，鐵路局反饋的踏面缺陷特征完全符合上述機(jī)理分析，且缺陷具有“三集中”的特點：集中發(fā)生在2018年5月至9月，集中發(fā)生在特定交路（滬寧城際）車組上，集中發(fā)生在列車左側(cè)。因此判斷缺陷跟滬寧城際線路特定的軌道狀況有關(guān)，屬于輪軌關(guān)系不匹配造成的。經(jīng)與鐵路局了解，在同一時間段，擔(dān)當(dāng)滬寧城際交路的其它型號動車組，如CRH1B、CRH380B/L等，也發(fā)生了類似車輪踏面缺陷，鐵路局采取對鋼軌打磨等措施后未再發(fā)生類似踏面缺陷。

參考文獻(xiàn)：

[1]ER8車輪技術(shù)條件[M].

[2]GB 2585-2007 鐵路用熱軋鋼軌[S].