HXD2B型機(jī)車合成閘瓦剝落造成金屬鑲嵌故障原因分析及預(yù)防措施

孫欽友 劉如毅 丁 東 上海鐵路局徐州機(jī)務(wù)段

HXD2B型機(jī)車合成閘瓦剝落造成金屬鑲嵌故障原因分析及預(yù)防措施

孫欽友 劉如毅 丁 東 上海鐵路局徐州機(jī)務(wù)段

HXD2B型機(jī)車閘瓦金屬鑲嵌問題十分突出，介紹該類故障的主要技術(shù)特征，分析故障成因，指出合成閘瓦材質(zhì)不良是主要原因，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際提出具體的預(yù)防措施。

HXD2B型機(jī)車；合成閘瓦；金屬鑲嵌；故障特征；原因分析；預(yù)防措施

1 前言

徐州機(jī)務(wù)段自2011年臨支HXD2B型電力機(jī)車以來，車輪剝離、閘瓦破損等故障十分突出。據(jù)該段行修組統(tǒng)計(jì)，閘瓦磨損到限400多副，斷裂、掉塊150多副，車輪擦傷、剝離300多件，輪緣卷邊、掉塊50多件。特別是閘瓦金屬鑲嵌問題十分突出，機(jī)車運(yùn)行中閘瓦與車輪間產(chǎn)生金屬夾雜物，嚴(yán)重時(shí)抱死輪對(duì)，對(duì)鐵路運(yùn)輸安全構(gòu)成了威脅。

2 故障調(diào)查

2011年以來，該段HXD2B型機(jī)車共發(fā)生15件較嚴(yán)重的閘瓦金屬鑲嵌故障，見表1。

表1 HXD2B機(jī)車車輪擦傷剝離故障調(diào)查表（2011年6月至2015年2月）

故障閘瓦、車輪及金屬鑲嵌物具有以下技術(shù)特征：

（1）金屬鑲嵌物的質(zhì)地堅(jiān)硬，外形為片狀、條塊狀，與踏面接觸的一面有明亮的金屬光澤和摩擦痕，并呈現(xiàn)過熱氧化色，與閘瓦貼合的背面形狀不規(guī)則，見圖1。小片的金屬鑲嵌物取出后，若檢查車輪踏面及閘瓦無嚴(yán)重磨損、擦傷，符合運(yùn)用技術(shù)要求的，可以繼續(xù)運(yùn)用，不用扣車檢修。大塊的金屬鑲嵌物往往拉傷車輪踏面，需要扣車鏇輪。如0038、0105、0169、0037、0041機(jī)車的金屬鑲嵌物大小為半塊閘瓦大小，0045機(jī)車的金屬鑲嵌物大小為上下兩塊閘瓦大小，車輪都被嚴(yán)重拉傷。

圖1 閘瓦金屬鑲嵌物

（2）閘瓦與車輪輪輞過熱變成磚紅色，0045機(jī)車最為嚴(yán)重，閘瓦顏色呈現(xiàn)暗紅色，見圖2。

圖2 故障閘瓦

（3）發(fā)生金屬鑲嵌的機(jī)車的閘瓦都出現(xiàn)了不通程度的掉塊、剝落現(xiàn)象，其中0045機(jī)車閘瓦踏面80%已剝落，0038、0105、0169、0037、0041機(jī)車閘瓦踏面剝落面積達(dá)60%左右。發(fā)生故障前曾出現(xiàn)掉塊、磨損到限更換的情況，如0035、0039、0040機(jī)車故障發(fā)生前因掉塊更換閘瓦，0038、0041、0105、0155、0157機(jī)車故障發(fā)生前因到限更換閘瓦。

（4）車輪踏面存在劃痕。0045機(jī)車最為嚴(yán)重，形成有15道環(huán)形溝槽，其中最深處達(dá)到3.5 mm。0038、0105、0169、0037、0041機(jī)車深度最深處為2 mm。

（5）故障機(jī)車大多伴隨著制動(dòng)緩解不良現(xiàn)象。如0037，2013年11月2日1故障，9月26日、9月29日途中出現(xiàn)不緩解現(xiàn)象，10月9日開車前出現(xiàn)不緩解現(xiàn)象。

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢查情況分析認(rèn)為，發(fā)生閘瓦金屬鑲嵌的可能原因有：

（1）閘瓦材質(zhì)

HXD2B機(jī)車閘瓦據(jù)稱是不含石棉的合成閘瓦，最高工作溫度為350℃。合成閘瓦在強(qiáng)力摩擦?xí)r會(huì)發(fā)生高熱，此時(shí)，摩擦材料的強(qiáng)度、剛度與常溫時(shí)不同，會(huì)發(fā)生較大的變化，存在熱衰退、熱龜裂問題。合成的摩擦材料在溫度280℃~300℃時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度損失，合成閘瓦比鑄鐵閘瓦更容易由于車輪和閘瓦的摩擦產(chǎn)生粘結(jié)物形成金屬粘結(jié)，這些夾雜物會(huì)使車輪踏面出現(xiàn)環(huán)形損傷，并轉(zhuǎn)移到閘瓦上。閘瓦中增摩粒子過大、過多，易產(chǎn)生金屬磨屑；閘瓦的粘度過大，或使用后粘度變大，容易粘附金屬磨屑；閘瓦基體較軟，金屬磨屑也易于嵌入。

HXD2B型機(jī)車在該段運(yùn)用以來，發(fā)生閘瓦斷裂、掉塊150多副，而同期采用單元制動(dòng)器踏面閘瓦制動(dòng)方式的DF11、DF11G型機(jī)車并無閘瓦裂損、掉塊現(xiàn)象，說明該型機(jī)車閘瓦質(zhì)尚不能滿足HXD2B型機(jī)車制動(dòng)熱負(fù)荷的強(qiáng)度要求。從發(fā)生閘瓦金屬鑲嵌的時(shí)間來看，主要集中在2013年，2014年少，2015年又有增多跡象，這或許與閘瓦的生產(chǎn)批次有關(guān)。通常，不同批次的閘瓦質(zhì)量會(huì)有所不同。

（2）閘瓦結(jié)構(gòu)

閘瓦的結(jié)構(gòu)形狀也可能是影響HXD2B型機(jī)車閘瓦金屬鑲嵌的重要因素。DF11、DF11G型機(jī)車閘瓦采用組合式閘瓦，每塊閘瓦由三小塊組合而成，每小塊之間具有垃圾溝，既可以疏導(dǎo)摩擦產(chǎn)生的磨粒，又有利于散熱。HXD2B機(jī)車閘瓦是整體的，沒有垃圾溝，金屬磨屑不易排出，比組合式閘瓦更易形成金屬夾雜物。

另外，DF11、DF11G型機(jī)車采用雙側(cè)踏面制動(dòng)，HXD2B型機(jī)車采用單側(cè)踏面制動(dòng)。在相同的制動(dòng)功率下，采用雙側(cè)踏面制動(dòng)，車輪與閘瓦的摩擦面積成倍地加大，可以顯著地降低摩擦面的溫度，避免閘瓦強(qiáng)度的降低。

（3）制動(dòng)機(jī)故障

HXD2B機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)故障比較突出，2011年以來共報(bào)修制動(dòng)系統(tǒng)不緩解故障500多件，主要是單閥、自閥制動(dòng)后不緩解問題。這類故障經(jīng)常發(fā)生，到段檢查試驗(yàn)時(shí)往往不再重復(fù)出現(xiàn)，于是得不到徹底處理，機(jī)車長期帶癥運(yùn)用。閘瓦不緩解或機(jī)車電制動(dòng)異常、高速時(shí)自動(dòng)實(shí)施空氣制動(dòng)，產(chǎn)生大量制動(dòng)熱量，造成車輪踏面制動(dòng)剝離，尺寸較大的金屬片成為金屬鑲嵌的萌生點(diǎn)。另外，制動(dòng)壓力大或制動(dòng)壓力不均勻產(chǎn)生大量金屬磨屑，長時(shí)間抱閘運(yùn)行，造成的閘瓦的硬度下降，也是誘發(fā)閘瓦鑲嵌故障的因素。如0211機(jī)車，2013年12月4日，分配閥EPM、BCU故障，2013年12月9日常用制動(dòng)不緩解，2014年4月18日途中出現(xiàn)不緩解現(xiàn)象，2014年5年14日左1車輪踏面剝離鏇修，2014年6月28日日出庫試驗(yàn)機(jī)車不緩解，7月2日發(fā)生閘瓦鑲嵌故障。

（4）車輪硬度

據(jù)車輪鏇修工反映，HXD2B型機(jī)車車輪硬度比DF11、DF11G型車輪低，比較容易車削。HXD2B型機(jī)車輪輪緣卷邊、掉塊現(xiàn)象比較突出，也說明了車輪材質(zhì)較軟的特點(diǎn)。當(dāng)機(jī)車制動(dòng)時(shí)，閘瓦與車輪踏面間的硬物可能拉傷車輪，脫落的金屬在制動(dòng)力作用下堆積、發(fā)熱，金屬堆積物硬度更大，拉傷車輪，使車輪踏面形成環(huán)形溝。0035、0038、0211機(jī)車車輪在鏇修后不久發(fā)生了閘瓦金屬鑲嵌現(xiàn)象，也印證了這一現(xiàn)象。

（5）閘瓦安裝

在已更換的眾多閘瓦中，雖然出現(xiàn)金屬鑲嵌故障的是少數(shù)，但是出現(xiàn)金屬鑲嵌的閘瓦多數(shù)是更換時(shí)間不久的。因此，更換閘瓦的方法也可能是造成閘瓦金屬鑲嵌的因素之一，閘瓦間隙過小不利于磨屑自然清除。

（6）砂子質(zhì)量

HXD2B型機(jī)車撒砂閥（管）經(jīng)常因?yàn)樯白映睗癜褰Y(jié)而堵塞，在機(jī)車需要撒砂防滑時(shí)無法撒砂，車輪空轉(zhuǎn)打滑引起的踏面擦傷不可避免。

4 預(yù)防措施

（1）改進(jìn)閘瓦材質(zhì)與結(jié)構(gòu)

借鑒DF11、DF11G型合成閘瓦的經(jīng)驗(yàn)，研制新型HXD2B型機(jī)車專用合成閘瓦，進(jìn)一步改進(jìn)材質(zhì)，包括提高閘瓦的抗熱衰性能、機(jī)械強(qiáng)度等。采用帶垃圾溝的組合式閘瓦，將金屬磨屑、剝離碎片及時(shí)排出，防止閘瓦鑲嵌。

（2）盡量使用電制動(dòng)，低速停車時(shí)再實(shí)施空氣制動(dòng)

HXD2B型機(jī)車具有恒制動(dòng)力的電制動(dòng)特性，每個(gè)制動(dòng)級(jí)位對(duì)應(yīng)著一個(gè)固定的電制動(dòng)力值，但不超過該速度下的最大電制動(dòng)力。HXD2B型電力機(jī)車制動(dòng)控制原則：優(yōu)先使用電制動(dòng)，運(yùn)行速度應(yīng)在3 km/h以下時(shí)釋放電制動(dòng)，加入空氣制動(dòng)。該段機(jī)車司機(jī)大多是內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)出身，對(duì)新型電力機(jī)車制動(dòng)機(jī)性能不甚了解，單機(jī)運(yùn)行或調(diào)車時(shí)，司機(jī)習(xí)慣使用空氣制動(dòng)調(diào)速。若機(jī)車在高速運(yùn)行時(shí)加入空氣制動(dòng)，將產(chǎn)生大量的制動(dòng)熱量，引起踏面制動(dòng)熱剝離，誘發(fā)閘瓦金屬鑲嵌故障。如0155機(jī)車，調(diào)車時(shí)，使用單閥調(diào)速，發(fā)生閘瓦鑲嵌故障。因此，改變操縱習(xí)慣，優(yōu)先使用機(jī)車電制動(dòng)，盡量不用單閥調(diào)速，對(duì)于減少制動(dòng)熱剝離和防止閘瓦金屬鑲嵌是十分有效的。

（3）提高制動(dòng)系統(tǒng)可靠性

針對(duì)HXD2B機(jī)車單閥、自閥制動(dòng)后不緩解問題，加強(qiáng)技術(shù)改造和技術(shù)攻關(guān)，提高制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，減少或消除異?？諝庵苿?dòng)引起的制動(dòng)剝離和制動(dòng)高溫。

（4）提高車輪踏面硬度

車輪鏇修時(shí)注意進(jìn)刀量不要大，做到車輪踏面光潔、粗糙度符合規(guī)定。建議在鏇輪后，對(duì)踏面進(jìn)行滾壓處理，進(jìn)一步提高車輪踏面硬度和光潔度。

（5）注意閘瓦更換問題

更換閘瓦時(shí)，調(diào)整間隙4 mm~6 mm，清除附著在閘瓦上的雜物。

（6）改進(jìn)砂子質(zhì)量

采購質(zhì)量合格的優(yōu)質(zhì)石英砂，并對(duì)機(jī)車用砂進(jìn)行過篩、干燥處理，防止砂子中泥土含量超標(biāo)引起的砂子板結(jié)。

5 結(jié)束語

發(fā)生閘瓦鑲嵌的機(jī)車車輪大多伴隨著踏面擦傷、剝離現(xiàn)象，有的很嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)鏇修。及時(shí)更換掉塊、破損的閘瓦，如出現(xiàn)大面積破損情況，禁用同一批次的閘瓦，與供應(yīng)商協(xié)商退換貨。通過微機(jī)顯示屏上設(shè)置的電制動(dòng)隔離軟件開關(guān)，可以隔離電制動(dòng)功能。為確保優(yōu)先實(shí)施電制動(dòng)，應(yīng)禁止擅自隔離電制動(dòng)功能。因閘瓦材質(zhì)不良引起的車輪剝離和閘瓦金屬鑲嵌造成的經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重，盡快組織研制新型HXD2B型機(jī)車專用閘瓦，對(duì)于保障鐵路運(yùn)輸安全、降低檢修成本具有重要意義。

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責(zé)任編輯：宋飛 張萼輝

來稿時(shí)間：2015-5-27