浅谈C70型货车车轮轮缘裂纹的原因分析及应对措施

张强洪

摘 要：简要分析了近期C70型货车车轮轮缘出现裂纹的相关数据，总结了导致车轮轮缘出现裂纹的内外部因素，并针对这种情况提出了几点改进措施。

关键词：轮缘裂纹；C70型货车；车轮轴重；导向轮

中图分类号：U270.33 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.077

C70型货车是朔黄铁路公司最早上线运行的一批新型车辆。截至目前，C70型货车相继出现了车轮踏面圆周磨耗超限、车轮轮缘厚度超限等故障。近期，多个车轮轮缘裂纹故障尤为严重。轮缘出现裂纹并延伸后，会直接导致车轮破碎，使得列车脱轨。这些典型故障引起了各方面的高度关注。为此，车辆技术人员调查了现有的故障车，提取了相关数据作分析、研究，并针对故障提出了相应的改进措施。

1 调查情况

朔黄铁路线路全长594 km，神朔铁路线路全长221 km，而C70型货车周转时间约为2.7 d，那么，车辆年运行里程约为2.2×105 km。

现收集了近期出现车轮轮缘裂纹的C70型货车的相关数据。出现车轮轮缘裂纹的车辆基本信息统计情况如表1所示。

调查结果显示，不同生产轮对的厂家、不同的轮对出厂时间和熔炼炉号生产出的车轮都出现了轮缘裂纹的情况。这说明，轮缘裂纹具有普遍性。出现轮缘裂纹的车轮主要有3种：①踏面圆周磨耗、轮缘厚度磨耗严重的车轮；②相对于同轮对的另一个车轮踏面圆周磨耗、轮缘厚度磨耗严重的；③主要发生在

2 轮缘裂纹原因分析

2.1 C70型货车车轮轴重和材质问题

在朔黄线上运行的其他车型，比如C64型、C64K型、C64H型的货车运行方式与C70型货车的一样，但是，并未发现有车轮轮缘裂纹。鉴于此，相关工作人员应该考虑，C70型货车轮对的材质和轴重是否能够满足朔黄线的运行要求。

2.2 踏面圆周、轮缘厚度的磨耗

由相关数据可知，首先出现车轮轮缘裂纹的是踏面圆周磨耗、轮缘厚度磨耗比较严重的车轮。踏面圆周磨耗是车轮长期运行时与钢轨摩擦造成的。踏面圆周被磨耗后，会破坏踏面的标准外形，沿车轮直径方向的尺寸也会减少，使踏面与钢轨经常接触部分的锥度变大。这个过程使轮对蛇形运动的波长减小，频率增高，运行阻力增加，从而影响了车辆运行的平稳性，同时，也加剧了轮缘厚度的磨耗。轮缘厚度磨耗是因为车轮长期做蛇形运动，轮缘经常与钢轨内侧面发生冲撞而产生的；再加上曲线受力的作用，外侧车轮轮缘与内、外轨内侧面摩擦，造成磨耗。轮缘厚度磨耗会增加轮轨间的横向游隙，当车辆直线通过时，会增加其横动量，使其运行平稳性变差。

综上所述，这两种磨耗都会加重车轮轮缘的磨耗程度，降低车轮的强度。

2.3 同轮对两种磨耗差值大

朔黄铁路主要以运输煤炭为主。C70型货车多数是在神木北以西方向的乌兰木伦、朱盖塔、大柳塔等装车站装车。这些装车站只有大柳塔具备环线装车条件，并且车辆进入哪个装车站是根据装车站的装车情况随机定的，无固定周期计划要求的车辆要进入大柳塔站换端运行。因此，在其他站装车就会造成C70型货车空重车运行方向单一，曲线走向固定的情况。工作人员调查的存在车轮轮缘裂纹的车辆多数是2006年上线运行的，在相对固定的空重车单方向运行的情况下，车轮磨耗情况也是相对固定的，于是，磨耗严重的车轮多数会出现在上行运行方向的右侧。车辆常常会受到外力的横向作用，使轮对纵向中心线与轨道中心线不一致。此时，轮对两侧车轮以大小不同的直径滚动，车辆载重会偏向车轮磨耗严重的一侧。这时，就会出现同轮对踏面圆周磨耗、轮缘厚度磨耗差值大的情况，进而加剧单侧轮缘的磨耗，而且横向应力也会集中到磨耗严重的车轮上。这样，在长时间的运行下，车轮轮缘就会出现疲劳裂纹。

2.4 轮缘裂纹车轮在车辆上的位置分析

转向架通过曲线时可能会出现下面3种位置中的一种，如图1所示。图1（a）为弦形位置，即转向架前、后轮对的外侧车轮轮缘均靠向外轨；图1（b）为最大倾斜位置，即转向架前轮对的外侧车轮轮缘靠向外轨，后轮对的内侧车轮轮缘靠向内轨；图1（c）为中间位置，即转向架前轮对的外侧车轮轮缘靠向外轨，后轮对的2个车轮轮缘不与内、外轨接触。

（a）弦形位置 （b）最大倾斜位置 （c）中间位置

图1 转向架通过曲线时出现的3种位置情况

从图1中可以看出，无论线路曲线走向如何，都会磨耗车辆运行方向的各个转向架的前导向轮。

车辆通过曲线时，会受到离心力和向心力的作用。当离心力大于向心力时，就出现轮缘挤压外轨的情况；反之，则会出现轮缘挤压内轨的情况。为了给运动的列车提供一个向心力，曲线区段的外轨要比内轨高，即超高h（mm）是根据曲线的半径R（m）和列车的速度V（km/h）来确定的，即：

h=11.8V2/R. （1）

当超高值满足式（1）的要求，列车速度满足表2中车辆在曲线处力平衡时的速度，超高提供的向心力可全部平衡离心力时，车辆就会达到最佳运行状态。

表2 车辆通过曲线时的相关数值要求

曲线半径/m 250 300 400 600 800 1 000 1 200 1 500

最大允许速度/（km/h） 68 74 86 105 122 136 149 166

力平衡时速度/（km/h） 47 62 72 88 102 114 125 139

综上所述，当车辆通过曲线时，由于曲线半径R是个定值，转向架的线形尺寸固定，列车速度V是个变值，则在实际操作过程中，司机很难达到最佳力平衡时的速度。这样也就会出现各个转向架前导向轮的车轮轮缘挤压钢轨的情况，进而增加了前导向轮与钢轨的接触应力。这一点可由各个转向架前导向轮的车轮轮缘相对其他车轮轮缘磨耗的严重度来证明，最终导致前导向轮车轮轮缘出现疲劳裂纹。

3 改进措施

3.1 提高车轮材质和轴重

神华C70型货车的轮对为23 t轴重辗钢HESA型。为了使朔黄铁路重载货车车轮满足相关使用条件的需要，建议改进CL60级碳素辗钢HESA车轮（23 t轴重）的材质，使其具有较高的抗接触损伤、抗磨损和抗热损伤能力；或者在轴重方面采用25 t轴重辗钢HESA型，以确保朔黄铁路的运营安全。

3.2 增加环线设施

由于朔黄线运输的特殊性，货流为单方向，只有大柳塔具备环线装车条件，并且重车方向为持续下坡道，所以，对车辆造成的隐性损坏是相当严重的，车辆单侧磨耗也非常严重。鉴于此，建议调度安排车辆定期进入大柳塔装车换端运行，减少车辆因单方向运行而造成轮对磨耗不平衡或使车辆发生其他隐性损坏；或者可以在装车站乌兰木伦、朱盖塔增加环线设施。

3.3 缩短段修期限

C70A型货车定检厂修期限为8年，段修期限为2年，取消辅修。鉴于出现的故障比较多，建议缩短段修期限，将其改为1年，降低车辆的使用率，保证朔黄铁路车辆高速重载运输能够顺利进行。

参考文献

[1]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2]杨绍清，余明贵，陈雷.铁路货车运用与维修管理[M].北京：中国铁道出版社，2010.

[3]陈雷，王士凯，黄毅.铁路货车运用维修技术与管理[M].北京：中国铁道出版社，2005.

〔编辑：白洁〕