鐵路客車輪對(duì)輪輞裂紋常見(jiàn)故障特征及原因分析

胡俊輝 上海鐵路局合肥車輛段（同濟(jì)大學(xué)）

鐵路客車輪對(duì)輪輞裂紋常見(jiàn)故障特征及原因分析

胡俊輝 上海鐵路局合肥車輛段（同濟(jì)大學(xué)）

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鐵路客車輪對(duì)輪輞裂紋故障的調(diào)查研究，根據(jù)輪輞裂紋故障的常見(jiàn)特征，總結(jié)出簡(jiǎn)要的檢查判斷方法。并分析輪對(duì)輪輞裂紋故障的特點(diǎn)及其形成原因，同時(shí)進(jìn)一步提出幾點(diǎn)可行性的防范措施。

輪對(duì)；輪輞；裂紋；故障；措施

鐵路客車是依靠輪對(duì)在鋼軌上的滾動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)平行運(yùn)行的，輪對(duì)輪輞裂紋是整體輾鋼輪對(duì)中比較常見(jiàn)的故障之一，輪對(duì)一經(jīng)投入使用一段時(shí)間或運(yùn)行一定里程后，因運(yùn)行中諸多因素的影響，會(huì)出現(xiàn)輪對(duì)踏面的磨耗、擦傷、剝離、裂紋等各種故障，給鐵路客車的運(yùn)行帶來(lái)極大的安全隱患，特別是輪輞裂紋故障對(duì)車輛的運(yùn)行安全有極大的危害，因輪對(duì)踏面破損造成的事故大都是因輪對(duì)裂紋沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成的。本文就日常工作中常見(jiàn)的輪對(duì)輪輞故障，結(jié)合自身在現(xiàn)場(chǎng)工作中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)輪輞裂紋的故障形式進(jìn)行了分類，并分別對(duì)每一種裂紋進(jìn)行了簡(jiǎn)要的原因分析和提出了相應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及處理措施。

1 輪輞裂紋故障危及行車安全

鐵路客車輪對(duì)在運(yùn)行及制動(dòng)過(guò)程中承受著輪軌間的沖擊振動(dòng)和相互作用力，如果輪對(duì)輪輞存在裂紋，則容易使輪對(duì)輪輞的裂紋處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂紋逐步發(fā)展，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，使其發(fā)展到疲勞狀態(tài)，鐵路客車在通過(guò)曲線或岔道時(shí)，因離心力的作用，輪緣受力較直線大，容易造成輪輞內(nèi)側(cè)輪緣根部裂紋處的輪緣缺損；如裂紋在外側(cè)輪輞上，在反復(fù)振動(dòng)及輪軌間的相互作用力下，容易造成裂紋處的踏面缺損。以上兩種情況都易造成車輛脫軌甚至顛覆，直接危及鐵路客車的行車安全，造成鐵路大事故。以下摘選了三個(gè)典型的鐵路客車輪對(duì)輪輞裂紋的事故案例來(lái)舉例分析，進(jìn)一步介紹說(shuō)明輪輞裂紋的危害性，以及對(duì)鐵路客車的安全運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患。

（1）2012年9月12日，鄭州局擔(dān)當(dāng)?shù)?276次（杭州－鄭州）旅客列車，運(yùn)行至上海局管內(nèi)行官塘至德清西站間，車輛乘務(wù)員巡視檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)后7位YW25G675037二位端車下有異常聲響，到達(dá)德清西站后檢查發(fā)現(xiàn)YW25G 675037七位輪對(duì)踏面缺損掉塊，列車無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行甩車處理，耽誤列車2 h48min。

事故后經(jīng)鐵科院金化所分析，由于車輪踏面表層以下15-20（mm）區(qū)域存在隨機(jī)分布的非金屬夾雜物，太原重工在車輪出廠檢測(cè)時(shí)未能發(fā)現(xiàn)。在輪軌作用力下，夾雜物位置產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，最終導(dǎo)致輪輞掉塊。

（2）2012年9月24日，南昌局擔(dān)當(dāng)?shù)腪67次（北京西－南昌）旅客列車運(yùn)行至上海局管內(nèi)京九線古城集至油河集間，車輛乘務(wù)員巡視檢查發(fā)現(xiàn)列車尾部二位車輛YW25T677018有嚴(yán)重異響，在油河集站停車檢查發(fā)現(xiàn)該車六位輪對(duì)踏面掉塊120mm×80mm×10mm，列車無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行甩車處理，耽誤列車2h22min。

事故后據(jù)鐵科院金化所初步分析，故障原因?yàn)檐囕喬っ姹韺酉麓嬖诜墙饘賷A雜物，使其踏面發(fā)生剝離掉塊。

（3）2013年4月30日9:55分，由廣鐵集團(tuán)廣州車輛段擔(dān)當(dāng)?shù)腒1160次（廣州－煙臺(tái)）列車廣州站始發(fā)，客列檢人員作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)后1位KD25G999029第4位車輪輪輞裂紋135mm，為確保客車運(yùn)用安全，決定進(jìn)行甩車處理，造成列車始發(fā)晚點(diǎn)55min。

事故后經(jīng)初步分析故障原因與2012年太原重工發(fā)生的兩起車輪缺損事故原因一樣，是由于車輪踏面表層以下15－20（mm）區(qū)域存在隨機(jī)分布的非金屬雜物，在輪軌作用力下，夾雜物位置產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，運(yùn)用中沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生輪輞裂損故障。

2 輪輞裂紋故障的特征及其簡(jiǎn)要判斷方法

鐵路客車輪對(duì)的輪輞裂紋故障按其外觀來(lái)看大致可分為重皮裂紋、起臺(tái)裂紋、夾灰裂紋和疲勞裂紋等故障，在輪對(duì)輪輞的內(nèi)外側(cè)、輪緣的根部以及輪輞與輻板圓弧過(guò)渡處容易產(chǎn)生輪輞裂紋。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)輪對(duì)輪輞裂紋故障在輪對(duì)的運(yùn)用中是有一定的規(guī)律性的，如在鐵路客車輪對(duì)輪輞邊緣沿30°～45°角方向容易產(chǎn)生重皮裂紋和起臺(tái)裂紋故障，并按此方向有延伸趨勢(shì)；在鐵路客車輪對(duì)輪輞的中部容易產(chǎn)生夾灰裂紋故障，其延伸的方向不大規(guī)則。而在距離踏面10-15mm以內(nèi)或輪輞與輻板圓弧過(guò)渡處容易產(chǎn)生疲勞裂紋故障，其較為有規(guī)律的沿圓周方向發(fā)展。

（1）重皮裂紋。輪輞上出現(xiàn)重皮裂紋時(shí)，由于其附著力強(qiáng)，無(wú)明顯的突出和開(kāi)口現(xiàn)象，而且外觀往往與車輪上的污物、銹皮相似，將疑問(wèn)處及周圍清理干凈后使用檢車錘垂直敲擊，重皮有翹起現(xiàn)象，翹起的重皮根部較厚，一般難以撬掉。有的重皮經(jīng)敲擊雖無(wú)翹起，但用手試探重皮邊緣卻有刮手的感覺(jué)，使用砂輪機(jī)打磨后，經(jīng)打磨后往往會(huì)出現(xiàn)一道黑色線紋，用細(xì)鋼針挑黑線，能挑出黑色粉末。

（2）起臺(tái)裂紋。起臺(tái)裂紋與重皮裂紋較為相似，但較重皮直觀，輪輞上存在有較明顯的凸臺(tái)，用檢車錘敲擊凸臺(tái)后有延伸式下陷趨勢(shì)，有的甚至還會(huì)有粉末狀黑色物溢出。起臺(tái)裂紋的長(zhǎng)度與程度可用砂輪機(jī)進(jìn)一步打磨確認(rèn)。

（3）夾灰裂紋。夾灰裂紋一般出現(xiàn)于輪輞的中部，輪輞踏面平面有較明顯的黑線，但往往與輪輞的油漆開(kāi)口比較相似，而且能見(jiàn)部分較短，多發(fā)于輪徑890 mm以上的大輪徑輪對(duì)上，用檢車錘敲打裂紋處，有明顯延伸，一般打磨很難消除。圖1顯示的是一條輪對(duì)典型的輪輞裂紋圖片，其軸號(hào)為043-51711，首次組裝日期是2006年06月05日。

圖1 輪對(duì)典型的輪輞裂紋

（4）疲勞裂紋。疲勞裂紋根據(jù)其裂紋程度可分為早期、中期和后期。疲勞裂紋早期是在輪對(duì)輪輞上有一條發(fā)狀細(xì)線時(shí)，用檢車錘敲擊細(xì)線處，該細(xì)線呈鋸齒形條紋形狀。疲勞裂紋中期是輪對(duì)輪輞上的鋸齒狀條紋，該鋸齒狀條紋處的顏色較周圍顏色不同，用檢查錘敲擊有黑灰或銹粉外溢或裂紋立即沿圓周方向延伸。疲勞裂紋后期是當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輪上有一條明顯的銹線，用檢查錘敲擊有褐紅色鐵銹外溢，且有悶啞的聲音，這種裂紋已經(jīng)發(fā)展到了極限，很有可能發(fā)生斷裂，造成輪輞的破損。無(wú)論是疲勞裂紋的早期、中期或者后期都應(yīng)在同一車輪上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋的部位進(jìn)行敲擊，與裂紋處的聲音進(jìn)行對(duì)比來(lái)進(jìn)行判斷。

3 輪輞裂紋存在的原因分析

輪輞上裂紋存在的原因是多方面的，一般來(lái)講，裂紋的存在與制造的工藝和材質(zhì)以及鐵路客車車輛在運(yùn)用中對(duì)故障前期的不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)有很大的關(guān)系。

（1）輪對(duì)在制造過(guò)程中存在缺陷，使得輪對(duì)輪輞有夾灰現(xiàn)象，輪對(duì)鋼鐵金相組織內(nèi)部在夾灰處產(chǎn)生斷層，在不斷的運(yùn)用中斷層處反復(fù)相互研磨，產(chǎn)生了應(yīng)力集中，逐步發(fā)展而形成裂紋。

（2）輪對(duì)在制造過(guò)程中未嚴(yán)格按照工藝要求，使得輪對(duì)材質(zhì)內(nèi)部的金相組織發(fā)生變化。在不斷的運(yùn)用后，由于擦傷、剝離等原因的存在，材料金相組織的不均勻性在輪對(duì)輪輞表面的局部區(qū)域會(huì)產(chǎn)生滑移現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)反復(fù)金相組織結(jié)構(gòu)的滑移，并在復(fù)雜的交變載荷作用下，造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。

（3）在惡劣天氣時(shí)輪對(duì)在運(yùn)行過(guò)程中，與鋼軌間或閘瓦間的不斷摩擦，使輪對(duì)產(chǎn)生高溫，同時(shí)又受風(fēng)、雨、雪等外界環(huán)境因素急冷后降溫收縮，這種惡劣天氣使得輪對(duì)的材質(zhì)等同于進(jìn)行非正規(guī)的反復(fù)淬火工藝，使輪對(duì)材質(zhì)內(nèi)部發(fā)生變化，從而產(chǎn)生裂紋。

4 可行性防范措施

（1）提高輪對(duì)的制造質(zhì)量。輪對(duì)生產(chǎn)廠家要改進(jìn)煉鋼工藝，減少鋼液中的夾雜物含量，提高輪對(duì)鋼材質(zhì)量。

（2）使用先進(jìn)可靠的輪對(duì)輪輞探傷設(shè)備進(jìn)行輪輞探傷檢查，堵住輪對(duì)故障源頭，徹底消除隱患，減少事故的發(fā)生。

（3）建立相應(yīng)的輪對(duì)跟蹤記錄，定期進(jìn)行輪對(duì)的普查，掌握輪對(duì)的運(yùn)用狀態(tài)。

（4）強(qiáng)化輪對(duì)的清洗除銹作業(yè)過(guò)程，清除輪對(duì)輪輞上的雜物，確保下一步輪輞探傷工序的可靠準(zhǔn)確，消除安全隱患。

（5）運(yùn)用車間對(duì)所有運(yùn)用車輛定期安排地溝檢查，便于進(jìn)一步全面檢查輪對(duì)輪輞內(nèi)側(cè)，消除安全隱患。

（6）強(qiáng)化車輛乘務(wù)員的工作責(zé)任心，加強(qiáng)列車運(yùn)行途中巡視，對(duì)運(yùn)行中聲音異常輪對(duì)，及時(shí)確認(rèn)并反饋。

[1]龍華.最新鐵路車輛檢修工藝與故障在線診斷技術(shù)實(shí)用手冊(cè).北方工業(yè)出版社.2009.

[2]姜長(zhǎng)泓.軌道車輛輪軸故障檢測(cè)系統(tǒng)研究[D]吉林大學(xué).2006.

責(zé)任編輯：萬(wàn)寶安

來(lái)稿日期：2014-11-27