某動(dòng)車組制動(dòng)盤螺栓松動(dòng)故障分析

高敦升

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

0 引言

高速動(dòng)車組車輛運(yùn)用與維護(hù)是高速鐵路上非常重要的環(huán)節(jié)，輪對作為列車運(yùn)行中行走部件對于鐵路交通運(yùn)輸有非常重要作用和意義。在高速列車不斷刷新時(shí)速的背景下，為了保障高速動(dòng)車組列車運(yùn)行安全，高速動(dòng)車組列車需要不斷進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)、維修等。2020 年10 月，配屬國內(nèi)某鐵路局的動(dòng)車組在庫內(nèi)檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)一條拖車輪對軸裝制動(dòng)盤出現(xiàn)螺栓松脫情況。該故障引起了鐵路總公司及動(dòng)車組造修廠極大的重視，針對該故障開展了認(rèn)真的分析。

1 拖車輪對組成結(jié)構(gòu)

動(dòng)車組輪對組成分動(dòng)車輪對和拖車輪對兩種。拖車輪對組成由兩個(gè)車輪、一條車軸、兩個(gè)軸裝制動(dòng)盤等部件組成。拖車輪對組成結(jié)構(gòu)圖示如圖1 所示。

圖1 拖車輪對結(jié)構(gòu)

2 輪對組成檢測

2.1 外觀檢查

通過檢查松動(dòng)螺栓所在制動(dòng)盤的其他螺栓狀態(tài)，該制動(dòng)盤其余螺栓防松標(biāo)記也出現(xiàn)不同程度偏移情況。對制動(dòng)盤外觀狀態(tài)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)軸裝制動(dòng)盤表面存在異物擊打痕跡，因此，排除了因異物擊打造成的螺栓松動(dòng)。

2.2 動(dòng)平衡檢測

對該輪對進(jìn)行動(dòng)平衡檢測，檢測結(jié)果見表1，根據(jù)檢測結(jié)果可知該輪對動(dòng)平衡超差。調(diào)查該輪對新造時(shí)動(dòng)平衡檢測記錄，得知該輪對新造時(shí)動(dòng)平衡檢測結(jié)果是合格的。綜上所述，該輪對在運(yùn)營過程中出現(xiàn)了動(dòng)平衡超差的情況。

表1 輪對動(dòng)不平衡量要求及實(shí)測數(shù)據(jù) 單位：g·m

2.3 車輪跳動(dòng)檢測

對車輪徑向和端面兩個(gè)方向進(jìn)行跳動(dòng)檢測，檢測數(shù)值如表2所示，根據(jù)表2 數(shù)值可知兩側(cè)車輪多處跳動(dòng)數(shù)據(jù)已超出動(dòng)車組列車上線運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

表2 車輪檢查記錄 單位:mm

2.4 車輪不圓度檢測

對車輪不圓度進(jìn)行測試，通過車輪徑跳測試曲線推斷兩側(cè)車輪存在類似于扁疤的車輪不圓，名義滾動(dòng)圓處的最大徑跳達(dá)到0.5mm 左右，見圖2。

圖2 車輪重點(diǎn)與徑跳最大對照

由2.3 和2.4 內(nèi)容可知：車輪徑跳最大區(qū)域、不圓度檢測的相對高點(diǎn)相位相同。

2.5 制動(dòng)盤檢查

分別從距離制動(dòng)盤外緣10mm、30mm、50mm、70mm、110mm、130mm、150mm 處測量端面跳動(dòng)，具體情況見表3。在制動(dòng)盤摩擦面每隔90°均勻選取4 個(gè)半徑方向，測量制動(dòng)盤面磨耗量，具體數(shù)據(jù)見表4。通過對制動(dòng)盤數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知：制動(dòng)盤跳動(dòng)無異常，制動(dòng)盤磨耗量超出高級修標(biāo)準(zhǔn)。

表3 制動(dòng)盤端面跳動(dòng)量 單位：mm

表4 制動(dòng)盤面磨耗量 單位：mm

2.6 輪對清洗后數(shù)據(jù)檢測

考慮到輪對表面存在異物可能會(huì)對動(dòng)平衡測試結(jié)果造成一定的影響，輪對返廠后首先對輪對進(jìn)行清洗，清洗后重新進(jìn)行輪對動(dòng)平衡測試，所得結(jié)果基本無變化。

3 輪對分解數(shù)據(jù)檢測

為了更準(zhǔn)確地判斷造成輪對動(dòng)平衡超差的原因，將車輪進(jìn)行了退卸，退卸車輪后，對軸盤與車軸組成進(jìn)行動(dòng)平衡檢測，測試數(shù)據(jù)顯示制動(dòng)盤合成不平衡量未發(fā)生明顯變化。

對車輪進(jìn)行靜平衡檢測，重點(diǎn)檢測徑向跳動(dòng)最大位置，所得數(shù)據(jù)見表5。

表5 車輪靜平衡量數(shù)值

根據(jù)上述結(jié)果進(jìn)行分析并初步判斷：引起該條輪對動(dòng)平衡數(shù)值異常的主要原因：兩側(cè)車輪靜平衡量過大且相位方向一致。

4 車輪靜平衡仿真計(jì)算

對車輪靜平衡進(jìn)行理論計(jì)算，理論計(jì)算數(shù)值為131.8g·m，與車輪靜平衡檢測值相近，車輪靜平衡檢測值見表6。

表6 車輪靜平衡量數(shù)值

具體過程如下。

車輪質(zhì)量偏心造成車輪靜不平衡，其計(jì)算公式如式（1）所示。

其中：m——車輪偏心質(zhì)量，g，根據(jù)車輪多邊形曲線，其偏心質(zhì)量為凹陷處的異常磨損部分；r——偏心質(zhì)量的質(zhì)心距回轉(zhuǎn)半徑的距離，m。

為簡化計(jì)算模型，將偏心質(zhì)量分解為A 區(qū)域和B 區(qū)域，車輪總的靜不平衡量可通過兩部分靜不平衡量進(jìn)行矢量計(jì)算，見圖3。

圖3 不平衡量計(jì)算簡化模型

其中：mA=279.8g；rA=0.269m；mB=187.5g；rB=0.302m。

理論計(jì)算與故障輪對車輪靜不平衡量數(shù)值相近。

5 結(jié)論

通過實(shí)際檢測與理論計(jì)算相結(jié)合得出：該拖車輪對制動(dòng)盤螺栓松動(dòng)直接原因?yàn)檩唽?dòng)平衡超差。根本原因?yàn)檐囕唵渭o不平衡量超差，且兩側(cè)車輪靜不平衡相位相同，導(dǎo)致車輪徑向跳動(dòng)約為0.5mm，車輪滾動(dòng)圓出現(xiàn)了低階次明顯不圓磨耗，異常磨耗車輪重心偏離車軸中心線，最終致使車輪不平衡量超差，造成制動(dòng)盤螺栓松動(dòng)。