動(dòng)車組進(jìn)口輪對(duì)車輪運(yùn)行情況的調(diào)查分析

王 華 上海鐵路局科研所

新中國(guó)成立以來，鐵路車輪生產(chǎn)一直倍受國(guó)家關(guān)注，在中國(guó)鋼鐵工業(yè)中占據(jù)很重要的地位。它不僅是保證列車高速運(yùn)行的關(guān)鍵部件，也是制造難度極高的鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品。隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，對(duì)車輪制造質(zhì)量相應(yīng)地提出了更高的要求。目前，我國(guó)動(dòng)車組輪對(duì)分解、檢修、組裝和精加工流水線已經(jīng)建成，成為世界上為數(shù)不多的能夠檢修高速動(dòng)車組輪對(duì)和精加工其零部件的國(guó)家，而車輪、車軸原材料、毛坯制造還處于研發(fā)階段，是中國(guó)高速動(dòng)車組自主創(chuàng)新的一個(gè)重要組成部分。

動(dòng)車組輪對(duì)主要由車輪、車軸、制動(dòng)盤、齒輪箱、軸承和軸箱等部分組成，是確保高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架安全可靠運(yùn)行的核心制造技術(shù)之一，技術(shù)含量高、加工精度高、制造工藝復(fù)雜。目前，動(dòng)車組輪對(duì)均采用進(jìn)口產(chǎn)品，其外形、制動(dòng)方式、設(shè)計(jì)參數(shù)詳見表1。

表1 各型動(dòng)車組輪對(duì)情況表

1 調(diào)查方案的確定

我國(guó)2007年以來大批量開行的動(dòng)車組均采用整列編組，定點(diǎn)檢修；其車上安裝了各種各樣的故障自動(dòng)檢測(cè)裝置，一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)自動(dòng)顯示故障代碼；在動(dòng)車所均配備了在線列車輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，動(dòng)車進(jìn)入動(dòng)車所時(shí)均能自動(dòng)探測(cè)車輪踏面磨耗、輪緣厚度和輪徑尺寸等技術(shù)數(shù)據(jù)，為整個(gè)調(diào)查、研究工作創(chuàng)造了較好的條件條件。

1.1 建立車輪信息數(shù)據(jù)庫(kù)

2010年8月，我們?cè)诜治鲕囕喌母鞑考夹g(shù)數(shù)據(jù)后，擬定動(dòng)車組車輪使用情況的調(diào)查方案，制定以計(jì)算機(jī)為輔助手段的分析系統(tǒng)，編制專門的計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)軟件，制定導(dǎo)入檢測(cè)數(shù)據(jù)和識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)；利用各動(dòng)車所現(xiàn)有的《調(diào)度日?qǐng)?bào)》和《輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)表》，分別按車型和車廂號(hào)統(tǒng)計(jì)出未旋輪／旋輪后每輛車每位車輪的走行公里、踏面磨耗和輪緣磨耗量，并按走行10萬km、20萬km、30萬km……，直至車輪磨耗到限各等級(jí)統(tǒng)計(jì)出平均磨耗程度；這些數(shù)據(jù)不僅能反映車輪的質(zhì)量總體水平，而且還能基本看出各型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的動(dòng)力學(xué)性能。

我們從路局《動(dòng)車所調(diào)度日?qǐng)?bào)（excel）》獲取“動(dòng)車所名、日期、動(dòng)車組號(hào)、累計(jì)走行公里”，從動(dòng)車所《調(diào)度日?qǐng)?bào)》和《輪對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)報(bào)表》獲取“踏面磨耗、輪緣厚度、輪徑（excel）”數(shù)據(jù)，建立起較為齊全的計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)（詳見表2）。在具體的操作中，從“鐵道部動(dòng)車組運(yùn)用維修管理信息系統(tǒng)”中獲取數(shù)據(jù)比較方便、齊全，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)一旦建立，全國(guó)各動(dòng)車所車輪檢測(cè)的數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)錄入，并按車型和車廂號(hào)分別統(tǒng)計(jì)出未旋輪／旋輪后每輛車每位車輪的走行公里、踏面磨耗和輪緣磨耗量。

表2 **鐵路局**動(dòng)車所動(dòng)車組車輪信息數(shù)據(jù)庫(kù)

建立各局各動(dòng)車所動(dòng)車組車輪信息數(shù)據(jù)庫(kù)后，通過計(jì)算機(jī)我們就能按走行公里很快統(tǒng)計(jì)出各型動(dòng)車未旋修和經(jīng)N次旋修后車輪踏面、輪緣磨耗情況。

1.2 車輪主要故障調(diào)查

車輪主要故障的調(diào)查工作以人工統(tǒng)計(jì)為主（詳見表3），均須有原始記錄和照片。如遇一個(gè)車輪重復(fù)發(fā)生幾個(gè)主要故障，如輪輞裂紋、踏面剝離、輪緣裂損同時(shí)發(fā)生在一個(gè)車輪上，可按3個(gè)故障分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，踏面擦傷以過限為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表3 **動(dòng)車所動(dòng)車組車輪主要故障情況統(tǒng)計(jì)表

2 典型故障情況

截至2010年12月31日，上海局配屬動(dòng)車組126組（將長(zhǎng)編部分折合成每列8輛編組，計(jì)172組）；其中CRH1B型動(dòng)車組17組，CRH1E型動(dòng)車組6組，CRH2A型動(dòng)車組21組，CRH2B型動(dòng)車組10組，CRH2C型動(dòng)車組31組，CRH3C型動(dòng)車組16組，CRH380A型動(dòng)車組12組、CRH380B型動(dòng)車組13組。2007年1月至2010年12月底，各型動(dòng)車組走行部的故障主要集中在輪對(duì)的擦傷和剝離上，CRH380A型動(dòng)車組在滬杭高鐵上運(yùn)行一個(gè)多月也有類似情況；其次是輪緣垂直磨耗，導(dǎo)致旋輪后輪徑尺寸的大幅度下降；第三是左右側(cè)車輪磨耗不同步，導(dǎo)致輪徑差過限；在整整四年中上海局動(dòng)車組共走行了13 002.0萬km（詳見表4），車輪輪輞裂紋和內(nèi)部缺陷各發(fā)生2件，說明進(jìn)口車輪的材質(zhì)和制造工藝是基本可靠的。

表4 2007～2010年上海局配屬動(dòng)車組累計(jì)走行公里數(shù)（單位：萬km）

2.1 輪輞裂紋

（1）2009年5月28日，杭州動(dòng)車所在對(duì)0D5676次重聯(lián)編組CRH1035A+CRH1040A做一級(jí)修時(shí)，發(fā)現(xiàn)CRH1035A動(dòng)車組02號(hào)車1軸（軸序列號(hào)：LT213）2位車輪輪輞裂紋。裂紋距踏面10.0 mm、長(zhǎng)度145.0 mm、最寬處開口1.0 mm；其中光滑裂紋顏色較深，長(zhǎng)90.0 mm；鋸齒狀裂紋顏色較新，長(zhǎng)55.0 mm。此外，裂紋位置對(duì)應(yīng)的車輪踏面外緣突出輪輞端面4.0 mm（詳見圖1），根據(jù)敲擊聲初步判斷：裂紋向輪輞內(nèi)側(cè)面延伸約為25.0 mm。2009年1月14日該輪曾在上海南動(dòng)車所進(jìn)行過第一次旋輪，當(dāng)時(shí)走行了323 633 km，發(fā)現(xiàn)裂紋時(shí)走行了522 293 km。

（2）2009年12月23日，杭州動(dòng)車所在對(duì)0D5588次CRH1039A動(dòng)車組做一級(jí)修時(shí)，發(fā)現(xiàn)07號(hào)車2軸3位輪輞裂紋（詳見圖2、3），用LX便攜式相控陣輪輞探傷儀對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步確認(rèn)；裂紋距踏面18.0 mm，長(zhǎng)150.0 mm，根據(jù)敲擊聲初步判斷：裂紋向輪輞內(nèi)側(cè)面延伸約為45.0 mm；且輪輞外側(cè)面有比較明顯“凹凸”狀，為裂紋斷面受擠壓向輪輞外側(cè)發(fā)生側(cè)移所致。

圖1 CRH1035A Tp2車1位軸（軸號(hào)：LT213）2位車輪輪輞裂紋照片

圖2 CRH1039A輪輞裂紋

圖3 CRH1039A輪輞外側(cè)變形

2.2 輪輞內(nèi)部缺陷

圖4 CRH1050B動(dòng)車組輪輞內(nèi)部缺陷

（1）2010年4月 21日，南翔動(dòng)車所探傷組在對(duì)CRH1050B動(dòng)車組進(jìn)行LU移動(dòng)式輪輞輪輻機(jī)探傷時(shí)發(fā)現(xiàn)06號(hào)車8位輪輞部位有缺陷報(bào)警，用LX便攜式相控陣輪輞探傷儀進(jìn)一步復(fù)核，再次確認(rèn)有缺陷，并確定尺寸和位置；車輪旋修后輪徑由914.5 mm至911.5 mm時(shí)出現(xiàn)內(nèi)部缺陷（詳見圖 4）。

（2）2010年9月8日，南翔動(dòng)車所對(duì)CRH1065E動(dòng)車組進(jìn)行30萬km車輪修形，當(dāng)走完第一刀后發(fā)現(xiàn)踏面內(nèi)部有比較明顯傷痕（詳見圖5），當(dāng)旋修至深12 mm時(shí)缺陷消除。

圖5 CRH1065E動(dòng)車組輪輞內(nèi)部缺陷

2.3 踏面剝離起殼

（1）2007年12月CRH2004動(dòng)車組07號(hào)車1、2位輪，CRH1024A動(dòng)車組00號(hào)車1、2位車輪，CRH2016A動(dòng)車組03號(hào)車1、3位、06號(hào)車3位車輪，CRH2009A動(dòng)車組01號(hào)車4位、07號(hào)車1、2位、08號(hào)車2位車輪等剝離過限，作旋輪處理。

（2）2009年10月20日，上海南動(dòng)車所在對(duì)CRH2111B動(dòng)車組一級(jí)修無電作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)07號(hào)車2位轉(zhuǎn)向架5、6、7、8位車輪踏面出現(xiàn)不同程度的剝離（詳見圖6），尤其是7位車輪的剝離，長(zhǎng)35.0 mm、寬15.0 mm、深1.3 mm，已過限。

圖6 CRH2111B 07號(hào)車7位車輪剝離

（3）2010年11月19日，上海虹橋至杭州G7321次CRH380A6002動(dòng)車組01號(hào)車運(yùn)行時(shí)有兩聲較響的異音，檢查發(fā)現(xiàn)01號(hào)車1軸1位車輪踏面有2處剝離，深度約1.0 mm，01號(hào)車1軸2位輪緣處有多處碾壓硬物的痕跡，且還有1處約為10.0 mm×10.0 mm的擦傷。

（4）據(jù)南翔動(dòng)車所2009年11月至2010年12月統(tǒng)計(jì)，踏面剝離起殼6件，其中CRH1A、B、E型動(dòng)車組有2件，CRH3C型動(dòng)車組有4件。

2.4 輪緣踏面擦傷、嚴(yán)重磨耗

輪緣踏面的磨損主要表現(xiàn)為擦傷、嚴(yán)重磨耗和左右輪徑差過限。2008年6月～11月，我們對(duì)12列CRH2A型動(dòng)車組因踏面擦傷、剝離過限及輪徑差過限的輪對(duì)進(jìn)行了旋修，其中：踏面剝離7件，擦傷11件，輪徑差過限24件、輪緣厚度不足1件，走行公里基本在73萬km～81萬km之間。

2.4.1 輪緣踏面擦傷

（1）2007年6月～7月，CRH2A型動(dòng)車組在走行20萬km后就開始出現(xiàn)輪對(duì)踏面大面積擦傷等問題，如：CRH2047A、CRH2039A輪對(duì)出現(xiàn)踏面大面積擦傷。

（2）2008年8月新投入運(yùn)用的3列CRH2B型動(dòng)車組，其中CRH2111B動(dòng)車組在8月11日入庫(kù)檢查時(shí)就發(fā)現(xiàn)5個(gè)車輪對(duì)擦傷，8月12日入庫(kù)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)CRH2013A動(dòng)車組02號(hào)車8個(gè)車輪踏面均有不同程度的擦傷，其中1、2、7、8位較為嚴(yán)重，立即作旋修處理。

（3）據(jù)南翔動(dòng)車所2009年11月至2010年12月統(tǒng)計(jì)，輪緣嚴(yán)重磨耗過限有7件，踏面擦傷15件，其中CRH1A、B、E型動(dòng)車組有11件，CRH3C型動(dòng)車組有4件 。

2.4.2 輪緣踏面嚴(yán)重磨耗

（1）2007年12月，CRH2008A 、CRH22060A踏面凹陷嚴(yán)重超限，部分踏面凹陷達(dá)4.3 mm，實(shí)施全列動(dòng)車組車輪旋修。

（2）2008年6月，對(duì)走行33萬km還沒有經(jīng)過車輪輪緣踏面修形的 CRH1026A Mc02-1軸、Mc02－2軸、M01－1軸、M01－2 軸、M03－1 軸、M03－2 軸、M03－3 軸、M02－1 軸、M02－2軸、M02－3軸、M02－4軸共11條輪對(duì)進(jìn)行了旋修。

（3）2008 年 8 月～11 月，CRH2002A、CRH2003A、CRH2004A、CRH2005A、CRH2006A、CRH2008A、CRH2009A、CRH2015A、CRH2017A、CRH2023A、CRH2024A、CRH2025A、CRH2039A、CRH2060A動(dòng)車組進(jìn)行整列動(dòng)車組車輪旋修，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)輪緣厚度已過限1件。

2.4.3 輪徑差過限

（1）2007年10月，發(fā)現(xiàn)CRH2023A同一輪對(duì)輪徑差超限，在普查中還發(fā)現(xiàn)踏面普遍存在波浪形磨耗問題，同一輪對(duì)輪徑差嚴(yán)重，為此對(duì)最嚴(yán)重的CRH2023A動(dòng)車組04、05號(hào)車及CRH2032A動(dòng)車組01、08號(hào)車全部輪對(duì)進(jìn)行了旋修，并對(duì)CRH2032A旋輪前后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能對(duì)比，測(cè)試發(fā)現(xiàn)輪對(duì)踏面波浪型磨耗對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行平穩(wěn)性影響較大。

（2）2008年5月，發(fā)現(xiàn)CRH2032A、CRH2032A動(dòng)車組4根軸左右輪徑差超過2.5 mm，最大達(dá)到4.0 mm，作旋修處理。

（3）以CRH2024A為例，在短短的3個(gè)月內(nèi)，安排了五次輪對(duì)輪徑差超限旋修，分別是2009年12月12日01號(hào)車第4軸，12月19日02號(hào)車第3、4軸，2010年1月15日03號(hào)車第1、2軸、07號(hào)車第1、2軸，1月19日06號(hào)車第1軸，3月2日03號(hào)車第3軸，最大輪徑差達(dá)到3.5 mm。

2.5 輪徑過限

2010年1月起由于旋修輪徑變小原因，部分CRH1A型動(dòng)車組車輪的輪徑已接近下限，2010年6月更換了四條到限的輪對(duì)。

截止2010年12月31日，我局開行最早的CRH2A型動(dòng)車組平均走行了193.3萬km，如CRH2007A、CRH2024A分別走行了190.3萬km、191.7萬km，各進(jìn)行了454次、426次一級(jí)修，65次、59次二級(jí)修，2次三級(jí)修和1次四級(jí)修，由于經(jīng)過3次高級(jí)修旋輪、4次20萬km車輪踏面修形和部分車輪踏面剝離、起殼、擦傷和輪徑差超限旋修，現(xiàn)輪徑已接近限度，詳見表 5、6。

3 結(jié)論

表5 輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)報(bào)表：尺寸數(shù)據(jù)

表6 輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)報(bào)表：尺寸數(shù)據(jù)

（1）從初步統(tǒng)計(jì)上海局動(dòng)車組車輪數(shù)據(jù)可以看出，CRH1型動(dòng)車組在運(yùn)行初始階段（10萬km），其輪緣磨耗較多，踏面磨耗較少；CRH2、CRH3型動(dòng)車組則反之，輪緣磨耗較少，踏面磨耗較多。國(guó)產(chǎn)車輪存在的輪輞裂紋、踏面剝離等質(zhì)量問題，在進(jìn)口車輪上也有出現(xiàn)。

（2）為實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組輪對(duì)的全面管理，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確性，各動(dòng)車所配備的在線列車輪對(duì)故障動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)正常使用是關(guān)鍵。同時(shí)建議在動(dòng)車組上安裝統(tǒng)一的有源標(biāo)簽（70字節(jié)），既可固化車型車號(hào)信息，又可自動(dòng)采集走行公里和故障代碼，實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組基本信息的自動(dòng)采集。

（3）在國(guó)產(chǎn)動(dòng)車組車輪研制的過程中，應(yīng)加強(qiáng)車輪選材、輪坯制造工藝、輪緣和踏面的幾何形狀的研究。在生產(chǎn)過程中更要強(qiáng)化車輪檢驗(yàn)制度，進(jìn)一步研究車輪加工及組裝工藝。必須保證投入使用的動(dòng)車組輪對(duì)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)良好。

（4）做好輪對(duì)國(guó)產(chǎn)化工作，空心軸和制動(dòng)盤的質(zhì)量也是至關(guān)重要的，它們均是確保高速動(dòng)車組安全可靠運(yùn)行的核心配件，特別是制動(dòng)盤熱裂紋問題，在動(dòng)車組運(yùn)行過程中尤為突出，已超過了熱裂紋界限，發(fā)展成真正的裂紋，須進(jìn)一步關(guān)注。

輪對(duì)是動(dòng)車組9大關(guān)鍵技術(shù)部件之一，其精度和質(zhì)量直接關(guān)系到動(dòng)車組的安全。鐵道部對(duì)此問題非常重視。通過引進(jìn)國(guó)外成熟技術(shù)、先進(jìn)數(shù)控加工設(shè)備及生產(chǎn)流水線，我們已形成對(duì)進(jìn)口車軸和車輪毛坯進(jìn)行精加工和動(dòng)車組輪對(duì)檢修能力；再通過努力生產(chǎn)出高質(zhì)量的動(dòng)車組空心軸和車輪，就能徹底實(shí)現(xiàn)動(dòng)車組輪對(duì)的國(guó)產(chǎn)化。