DF11型机车轮对擦伤故障分析

南车戚墅堰机车有限公司 奚丽君

DF11型机车轮对擦伤故障分析

南车戚墅堰机车有限公司 奚丽君

轮对是机车走行部分的安全关键件，机车的全部重量都通过轮对支承在钢轨上，通过轮对滚动使机车前进。轮对质量直接影响行车的安全性。因此，轮对的损伤应引起足够的重视。

一、现状

2011年下半年至2012年年初，南车戚墅堰机车有限公司对DF11、D11GF型机车进行了维修，维修过程中发现，双机联挂正线试验以及机务运行初期时，轮对踏面擦伤，直接对机务段的运行造成困难。车轮擦伤后，需要进行单个镟俢和全套镟俢或更换全部闸瓦。1台机车旋俢的费用约5 000元。这严重影响了公司的生产，对公司的声誉造成了一定损失。因此，分析机车轮对擦伤的原因、制定合理的维修措施，势在必行。

二、原因分析

通常，造成轮对踏面擦伤主要原因包括机车制动、轮对质量和调车作业3个方面。

1.机车制动问题。

（1）制动阀质量。车辆检修质量不高导致制动阀故障多发，影响车辆运行。其突出表现为机车在运行中途制动抱闸，这也是轮对踏面擦伤的重要原因之一。

（2）制动波不一致。制动波不同，制动缓解差异大，最先制动及最后缓解的机车不可避免地会出现车轮踏面擦伤。

（3）闸调器质量。闸调器能根据闸瓦间隙的变化，自动调整制动缸活塞行程，以保证制动时机车有足够的制动力。如果闸调器在机车运行中发生拉杆伸长不能复原的故障，闸瓦会一直抱住车轮，从而产生踏面擦伤。

（4）司机操作。司机频繁使用紧急制动和未缓解完就拉车等操作都会导致闸瓦抱死轮对，致使轮对滑行造成踏面擦伤。

2.轮对质量问题

（1）同一轮对2轮径差超限。同对轮的2轮轮径超差，在车辆运行中，轮径大的线速度大于小轮径的线速度，从而小径轮出现滚动＋滑动的运行模式，导致踏面擦伤。

（2）车轮材质问题 。车轮材质硬度、耐磨性和相对于回转中心的质量偏差等问题，都会引起轮对擦踏面擦伤。

（3）调车作业问题。主要表现在两个方面：一是调车作业车辆溜放时使用铁鞋制动，踏面与铁鞋的剧烈摩擦会引起车轮擦踏面擦伤；二是手闸未松或放风不彻底 ，调车作业时，如果对全部车辆放风不彻底或人力制动机未松开，在闸瓦抱死轮踏面的情况下拉动车辆，会造成车轮滑行而导致踏面擦伤。DF11型机车轮对擦伤实际照片如图1所示。从擦伤的照片来看，轮对踏面有整圈的轻微闸瓦擦伤痕迹和较大擦伤一处，另外机车出现过紧急制动。从照片可以判断出，较大一处是因为紧急制动闸瓦抱闸产生，整圈的轻微闸瓦擦伤痕迹与车轮或是闸瓦的材质有关。DF11型机车是采用踏面制动，闸瓦是采用L2型低磨的粉末冶金闸瓦。推断轮对的踏面擦伤的最主要的原因就是制动过程中，由于各方面原因，某个瞬间发生了滑行，轮轨黏着系数急剧下降，使车轮踏面发生擦伤剥离事故。

图1 擦伤照片

3.黏着力计算。黏着力Fu按下述公式计算：

式（1）中，Pμ为机车总重，g为重力加速度。μz为黏着系数。

干燥轨面和潮湿轨面黏着系数分别按《列车牵引计算规程TB/T 1407–1998》中计算公式进行计算。

式（2）和式（3）中， V为机车瞬时速度。公式（2）和（3）仅适用V≤120 km/h的情况。

DF11型机车重136 t，由公式（2）和（3）可计算出机车在120 km/h时，轨黏着系数是0.182 4，干轨黏着力是243.1 kN；湿轨黏着系数是0.097 0，湿轨黏着力是129.3 kN。由于闸瓦本身在制动时也能够改善轮轨黏着条件，起到一定的增黏作用，因此实际情况下，黏着系数值将大于理论计算的值。

4.制动力计算。全部闸瓦正压力K计算公式如下：

式（4）中，Kk为单个闸瓦正压力，nb为单元制动器个数，db为制动缸直径，pb为制动时制动空气压力，ηb为基础制动装置传动效率，rb为制动倍率。

查阅相关资料可知，DF11内燃机车单元制动器相关参数为：nb＝ 20，db＝ 177 mm，ηb＝ 0.85，rb＝ 4。

实算制动力计算公式如下：

式 （5）中，B为制动力，φk为实算摩擦系数。

通过第三方认证机构进行闸瓦1∶1试验台试验数据：制动速度为120 km/h时，摩擦系数为0.155。通过计算分析可知，当制动缸压力为420 kN时，制动力是109.4 kN；当制动缸压力为390 kN时，制动力是101.7 kN。

5.粉末冶金闸瓦试验。影响制动力最重要的零件之一就是闸瓦。为此笔者梭所在公司委托铁道部产品质量监督检验中心机车车辆检验站，分别对半磨耗的旧闸瓦和新闸瓦进行了制动摩擦试验，试验依据《TB/T3005–2008机车粉末冶金闸瓦》进行。

从试验的检测报告发现，当闸瓦推力是38kN，机车速度是120 km/h时，旧闸瓦的平均摩擦系数是0.224，新闸瓦的平均摩擦系数是0.232。根据《TB/T3005–2008机车粉末冶金闸瓦》可知，对于L2型闸瓦来说，当制动速度是120 km/h时，平均摩擦系数为0.173±0.03。可以发现，闸瓦的实际摩擦系数比标准高出了0.062。

通过制动力的计算公式可以发现，此状态下制动力比理论值将增加35.84%。实际的制动力是148.61 kN，制动力大于了黏着力，从而导致了车轮的擦伤。由此可见合格的闸瓦对机车的行车安全至关重要。

三、整改措施

通过上述的分析可知，粉末冶金的质量对于踏面状态起着决定性的作用，因此，笔者所在公司对闸瓦制造商严格要求，制造商必须严格按照《TB/T3005–2008机车粉末冶金闸瓦技术标准》执行。

四、结论

经过公司与闸瓦制造商的共同努力，更换的新闸瓦机车没有出现类似的擦伤现象，并且运行状况良好。