车轮踏面异形磨耗浅析

李松灿

摘 要：目前，C70A型列车车轮踏面常产生槽状的异形磨耗，这不仅影响了列车的运行质量，还影响了列车的安全性。因此，简要分析了车轮踏面异形磨耗的实际情况，并提出了相关的改善措施。

关键词：车轮踏面；异形磨耗；轮缘；钢轨

中图分类号：U279 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.108

铁路企业的特点是多工种整体配套生产，其中的每一个环节都与整条铁路的运输安全息息相关。作为铁路运输中的重要组成部分之一，铁道车辆的质量和运行状态直接影响着铁路运输的安全。目前，某列检所在检查中发现多个槽状踏面的异形轮对。一般而言，车轮踏面产生圆周磨耗后，其形状多为圆柱形，而发生槽状的异形磨耗较为少见。

1 问题概述及危害分析

1.1 问题概述

自2009-08起，某列检所在对车辆的技检过程中多次发现车轮踏面存在槽状的异形磨耗，技术人员曾多次深入现场，对故障轮、闸瓦进行了详细分析。分析发现，车轮踏面磨耗严重，呈沟状异形，形成了双轮缘，这与其他磨耗相比具有一定的独特性。

1.2 车轮踏面异形磨耗的危害

一旦车轮踏面产生异形磨耗后，随着踏面圆周磨耗的不断加深，车轮的轮径逐渐变小、轮缘逐渐变薄，进而埋下了较大的运输安全隐患。具体而言，异形磨耗的危害主要体现在以下5方面：①车轮一旦产生圆周磨耗，则会破坏标准踏面。一般而言，当车轮踏面磨耗至6.1 mm时，会形成圆柱形。由于常处于滚动中的踏面靠近轮缘部分，所以，当车轮踏面磨耗至8 mm以上时，常出现靠近轮缘处的踏面凹陷的情况，导致标准外形踏面失去作用，两轮无法同时圆滑滚动，外轮偶尔处于滑行状态，进而加剧了轮缘与钢轨的磨损。踏面产生异形磨耗后，随着时间的推移，车轮轮径差逐渐增大，车体重心、转向架承重中心会向车轮轮径较小的一侧偏移，导致轮缘、踏面的磨耗进一步加剧。②导致轮缘变薄、变高，加剧了轮缘的垂直磨耗，轮缘根部易产生裂纹。此外，由于异形磨耗会使踏面凹陷过深，导致列车在线路上行驶时易碰撞钢轨上的螺栓，进而导致列车脱轨；轮缘垂直磨耗加深后，车轮在通过道岔时易出现脱轨或轧伤尖轨的情况。③车轮踏面产生异形磨耗后，会形成槽状外形，磨耗面易出现局部平面的现象，导致车轮无法进行圆滑滚动，进而加剧了车辆的冲击振动。④异形磨耗会破坏车轮踏面的标准外形，导致踏面与钢轨接触部分的锥度变大，车轮蛇形运动的波长变短、次数增多，影响了车辆运行的平稳性。⑤车轮踏面产生异性磨耗后，踏面与钢轨的接触面积会逐渐增大，进而使钢轨接触各点与车轴中心的距离不断增加，进而导致车辆运行阻力增加。

2 原因分析及应对措施

综上所述，车轮踏面的槽形磨耗与车轮本身、车轮接触的部件密切相关，而与车轮接触的部件只有钢轨和闸瓦。笔者认为，造成异形磨耗的主要原因有4个：①车辆在长期运行中产生的轮轨接触磨损；②因闸瓦存在质量问题而导致闸瓦与踏面产生的滑动磨损，这也是造成车轮踏面产生异形磨耗的主要原因；③在运行中，车轮会承受来自各个方向的各种作用力，进而产生塑性变形；④频繁制动会产生大量的摩擦热，进而导致车轮表面的材质发生变化。

2.1 原因分析

2.1.1 轮轨接触磨耗

车辆在线路上长期运行后，车轮踏面与钢轨会因摩擦而产生磨耗。由此可见，线路钢轨的质量将直接影响踏面磨耗的程度。尤其是在车辆通过两段钢轨的连接处或道岔时，踏面的磨耗比较严重。

2.1.2 列车制动时闸瓦与踏面的摩擦

目前，铁路车辆已全部使用合成闸瓦，相比于以往的铸铁闸瓦，虽然合成闸瓦的优点较多，但其散热性较差。在列车制动产生的热负荷中，90%会被车轮吸收。此外，由于车轮还起着支撑车辆的作用，导致其产生的热负荷较多。而当车轮产生的热负荷超过其承受极限时，车轮踏面就可能出现异常磨耗等损伤。

合成闸瓦的制作过程为：按比例混合合成材料后，置于钢模内热压而成。目前，合成闸瓦的硬度普遍较高，但如果闸瓦生产厂家未开展工艺过程控制，导致合成闸瓦的配方体系不合理，则可能出现闸瓦摩擦系数增大、钢背梅花孔不符合标准（无法起到翻花的抓力作用）、钢背与摩擦体粘贴不牢固等情况。在列车运行的过程中，一旦闸瓦出现问题，则闸瓦与踏面产生的热负荷会导致的其材质和物理性能发生变化，进而引发摩擦材料的局部热膨胀；闸瓦会将车轮磨削掉落的金属碎屑带入摩擦部位，列车再次制动时，金属碎屑会磨损车轮，使闸瓦出现金属镶嵌现象，进而导致车轮踏面产生异形磨耗。

通过检查异形磨耗轮上的闸瓦发现，部分闸瓦已出现碾堆、裂纹的现象，且闸瓦钢背内侧用以提高摩擦体与钢背结合强度的孔已经露出。由此可见，当闸瓦出现上述现象时，会对车轮踏面造成非常严重的磨损。此外，测量闸瓦后发现，当闸瓦剩余厚度为15 mm左右时，某些闸瓦摩擦体已经出现了裂纹；当闸瓦剩余厚度为14 mm左右时，钢背内侧的圆孔露出。因此，当闸瓦剩余厚度为15 mm左右时，便可能出现严重的磨损问题，进而加剧车轮踏面的磨耗，形成槽状踏面。

2.1.3 车辆载重偏大、车辆运行次数多

目前，高摩合成闸瓦已被广泛使用，而C70A型列车的标记载重比C64型列车重9 t，且其实际运行次数较多，这也是造成C70A型列车车轮踏面产生异形磨耗的原因之一。

2.1.4 车辆的换端运行

车辆长期实行换端运行后，其车轮更易出现偏磨现象。比如，在曲线路段，车辆在一个运行周期中会通过同一曲线段2次，而在这一过程中，由于受到曲线段离心力的作用，车辆一侧的车轮会受到挤压，产生偏磨，进而加剧了轮对轮缘、踏面的磨损。

2.2 控制措施

具体的控制措施有以下4点：①控制车轮的轮径差，且避免出现列车超载的情况。②由于闸瓦的质量问题是车轮异形磨耗最主要的原因之一，所以，提高闸瓦的质量是避免车轮踏面磨耗最有效的途径之一。闸瓦生产厂家应改进高摩合成闸瓦的材料、配方和生产制造技术，降低闸瓦的硬度，并解决列车运行中产生的金属镶嵌问题，从而缓解车轮踏面的磨耗。③列车司机应按照规定操作列车，避免出现不合理的制动和紧急制动。④可根据实际运行情况对闸瓦的运用限度进行调整，并应及时更换到限、损坏的闸瓦。

3 结束语

车轮是列车的重要组成部分之一，而踏面又是车轮的重要组成部分之一，它不仅会与闸瓦频繁摩擦，还会与钢轨直接接触。在技检工作中，工作人员应加强对车轮踏面的检查，并加强对车轮踏面其他损伤形式（剥离、擦伤、裂损等）的研究和分析，以便找出车轮踏面损伤的内、外部原因以及某些损伤的发展规律，从而更好地解决车轮踏面的损伤问题，确保行车安全。

参考文献

[1]陈大名.铁道车辆制动[M].北京：中国铁道出版社，2005.

〔编辑：张思楠〕