動車組車輪踏面缺陷的判定方法及其產(chǎn)生原因分析

王明周　周興楠　王曉東

摘要：隨著動車組逐漸朝著高速方向發(fā)展，踏面缺陷當下成為車輪失效的主要原因，對行車安全造成影響，踏面缺陷主要包括：踏面剝離以及踏面擦傷，由于這兩種缺陷所表現(xiàn)出的性狀相似度非常高，在對其進行區(qū)分、分析、監(jiān)測時有一定程度上的困難，因此針對其在形成原因以及判定方法方面展開分析，并以此為基礎展開相應監(jiān)測以及預防工作，能極大程度上避免遭受損失。本文主要針對動車組車輪踏面缺陷的具體判定方法以及產(chǎn)生的具體原因展開分析，以供參考。

關鍵詞：動車組;車輪踏面缺陷;剝離

前言：車輪對于動車組而言屬于行走核心，如果出現(xiàn)缺陷會對行車安全造成不利影響。車輪踏面出現(xiàn)缺陷是導致事故發(fā)生的主要原因。當下統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示車輪踏面出現(xiàn)擦傷、剝離的故障非常之多，每列車都會有幾輛出現(xiàn)剝離或擦傷現(xiàn)象，只是輕重程度不同，但是不論是否嚴重都應對其予以高度重視，針對其形成原因進行具體分析，在日后具體工作中盡最大可能減少缺陷發(fā)生。

1? 擦傷以及剝離的區(qū)別和判定

1.1 擦傷的具體表現(xiàn)形式

對于動車組的車輪而言擦傷是一種常見問題，這類問題具體出現(xiàn)時，通?？梢悦黠@的發(fā)現(xiàn)車輪踏面會出現(xiàn)高亮痕跡，而且由于摩擦所造成的光滑形態(tài)表現(xiàn)非常突出。

1.2 剝離的具體表現(xiàn)形式

不同于前者，這類問題通常是由于加工材料自身出現(xiàn)問題所導致的，大部分是在具體加工時因為施工工藝不夠恰當?shù)仍驅е掳l(fā)生氣泡等問題。剝離發(fā)生的具體部位通常會呈現(xiàn)出不規(guī)則型粗糙狀態(tài)，由于剝離通常會在局部區(qū)域所產(chǎn)生，同時每個區(qū)域所產(chǎn)生的問題嚴重程度也不同，因此所呈現(xiàn)出的形態(tài)是不規(guī)則的。

2? 擦傷以及剝離產(chǎn)生的具體原因

2.1 擦傷的主要原因

動車具體運行過程當中，所遭受外界的影響或者是自身實際需求等因素，都會導致車體在不同程度上出現(xiàn)滑行。例如：在制動減速過程時，雖然車輪及時出現(xiàn)抱死且不會再發(fā)生旋轉，但是車體因為還具備一定速度所以車并不會立刻停下，在此過程當中，主要是車輪以及軌道之間通過滑動摩擦力對車體實現(xiàn)減速作用。但滑動摩擦力作用之下，就會導致軌道和車輪之間出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，最終導致擦傷產(chǎn)生。

2.2 剝離產(chǎn)生的主要原因

和擦傷相同，剝離具體過程大部分出現(xiàn)在制動環(huán)節(jié)，但剝離也有可能是在車輪長時間運轉過程中所產(chǎn)生。由于車輪是在制動過程中，因為滑動摩擦力產(chǎn)生的作用，二者之間會因為摩擦進而出現(xiàn)高熱量，讓自身在加工時由于工藝等一些原因導致氣泡等問題逐漸暴露，車輪強度以及剛度不夠足，會引起部分區(qū)域出現(xiàn)裂紋或者剝離等問題。車輪在長時間作業(yè)過程中會產(chǎn)生疲勞強度，導致材料性能出現(xiàn)銳減，也會出現(xiàn)局部剝離或是裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象。對于這兩種情況而言都屬于局部剝離的現(xiàn)象，為對二者實行更好研究，國際上針對其進行有效區(qū)分。具體做出如下定義：制動原因所出現(xiàn)的問題稱作剝離，由于車輪長時間作業(yè)所導致的疲勞強度最終造成的問題稱為剝落。但由于這兩種情況所導致的具體影響比較相似，通常情況之下這兩種問題都是相伴出現(xiàn)，因此為方便對其進行有效研究，當下我國針對其進行的研究都是統(tǒng)一開展，而且將其命名成剝離。

由于剝離所形成的樣式種類非常多，且這些形式中大部分都是由于車輪以及軌道之間因為作業(yè)疲勞進而產(chǎn)生的這種問題。在出現(xiàn)之后通?？梢酝ㄟ^視覺進行直接觀察，根據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，這類問題中大部分都是在車輪踏面位置所產(chǎn)生。主要表現(xiàn)的形式就是不規(guī)則粗糙形狀，大部分局部材料出現(xiàn)裂紋或脫落現(xiàn)象。具體運行過程中，由于車輪長期作業(yè)，導致踏面材料達到疲勞強度，致使材料出現(xiàn)塑性形變，最終發(fā)生不可逆的現(xiàn)象，大多數(shù)都會產(chǎn)生裂紋。隨著強度的提升，塑性變形出現(xiàn)的情況會更加嚴重，導致相應裂紋所波及的范圍會逐漸擴大，數(shù)據(jù)表明，裂紋具體深度通常為0.15～3.00mm。深入分析發(fā)現(xiàn)，車輪和軌道相互之間產(chǎn)生作用是由于相關力不斷進行作用，最后在踏面上會出現(xiàn)壓應力以及剪切應力。在其中最關鍵的因素就是剪切應力，其可以在一定程度上產(chǎn)生相對比較明顯的材料在逆時針或順時針方向出現(xiàn)相對位移現(xiàn)象，最后導致出現(xiàn)裂紋并逐漸加深。由于車輪踏面在具體作業(yè)過程中，受到的剪切應力等力的作用一直在不斷變化，而且踏面材料性能會因為自身原因，在塑性變形出現(xiàn)一定情況之后就不會繼續(xù)出現(xiàn)加深，因為這個時候材料已經(jīng)出現(xiàn)硬化現(xiàn)象。換而言之，材料處在相對比較穩(wěn)定的狀態(tài)之下。由材料力學相關理論可知，在45度范圍之內(nèi)剪切應力最大，就是說在這種角度時最容易出現(xiàn)塑性變形，且裂紋的出現(xiàn)以及后續(xù)擴張等都是朝著這個方向所發(fā)生。且數(shù)據(jù)表明，這種類型出現(xiàn)的區(qū)域大部分是在踏面0.6厘米的位置。

同時，根據(jù)我國地理具體情況顯示，大部分鐵道所經(jīng)過的位置都會出現(xiàn)很大的曲率半徑，通常情況之下不會超過300米。對于此種軌道形式，會極大程度上提高車輪在此位置運行時的損壞程度，提高剝離出現(xiàn)的可能性。且車體處在下行軌道上時，為對向下重力分量予以抵抗，對車體速度實行有效控制，避免出現(xiàn)較大速度導致運行造成危害，通常情況之下，駕駛員需要對這種方式進行不斷調節(jié)。就會導致車輪長時間處在滑動摩擦的作用之下，同時由于這樣的反復作用力，就會導致車輪出現(xiàn)疲勞損傷，長此以往車輪踏面剝離程度就會加劇，對于車輪踏面運行中的良好性會造成不利影響。

結束語：

踏面剝離是車輪出現(xiàn)失效的主要原因，雖然長期以來大部分專家對此進行了分析以及研究，但是并沒有讓剝離現(xiàn)象得到有效消除。剝離主要有兩種類型：制動剝離以及滾動接觸的疲勞剝離。滾動接觸、熱裂紋、制動熱作用、機械作用是剝離主要發(fā)生的原因。只有針對剝離形成的原因以及影響因素展開綜合分析，才能夠在實際應用中對于車輪發(fā)生剝離的現(xiàn)象進行有效預防以及減緩。當下要想讓踏面擦傷以及剝離的問題得到完全解決尚且不現(xiàn)實，但是可以從減少剝離出現(xiàn)、踏面擦傷的機會以及對車輛所造成的影響開始著手。

參考文獻：

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