铁路货车轮对故障与检测分析

张东继

摘 要：轮对是铁路货运车辆最重要的运行部件和承重部件，轮对的故障将严重影响货运安全。本文分析了轮对的故障机理和故障模式，阐述了轮对故障影响因素和作用方式，对比分析了轮对检测技术并总结了不同检测技术的优缺点，对保障铁路货运安全，提高铁路货运能力提供参考。

关键词：铁路货车；轮对；故障；检测

中图分类号：U279.34 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）19-0062-01

铁路被公认为国民经济的大动脉，是一个国家工业化水平和基础设施建设水平的重要衡量指标之一，而铁路货运则是经济社会发展的重要助推器。随着国民经济发展需求不断增长和科学技术的不断进步，铁路货运车辆运输速度和载重量也相应的不断提升，其带来的安全隐患也必将随之增大。在铁路货车运行过程中，其荷载全部由轮对承载，在高速运转过程中，容易发生故障，据统计车辆轮对故障是铁路货车运行故障中的首要问题[1]。在铁路货车运行中，轮对故障难以完全避免，深入研究铁路货车轮对的故障机理，探索轮对故障的有效解决方案，提高铁路货运的安全性，对提高货车运行速度，满足国民经济发展需求具有重要意义。

1 铁路货车车辆轮对故障机理

轮对是铁路货运车辆最重要的承重部件和运转部件，具有载重量大、运行速度快、运行环境恶劣等的突出特点，影响其运行安全性的故障模式多种多样，全面深入分析制约其安全运行的影响因素、故障模式和故障机理，为有效保障轮对安全运行提供技术支撑[2]。

（1）踏面故障模式。踏面故障通常包括踏面裂纹故障和踏面磨损故障。踏面裂纹故障是指在货车运行过程中，由于滑行、空转或制动等运行状态下由于摩擦产生大量热量，金属材质的踏面在热量传递过程中存在温度梯度，从而诱发踏面裂纹。根据踏面温度作用方式的不同，踏面裂纹又可分为两种，一是踏面温度持续升高引起热膨胀，从外观上部分抵消原有裂纹，因此在检测过程中应注意踏面温度；二是踏面温度急剧变化，温度梯度较高，产生淬火效应，使得踏面表层硬化。踏面磨损是指货车运行过程中，轮对踏面与轨道相互挤压摩擦并沿着半径方向递减而造成的磨损现象。正常摩擦不可避免且磨耗并不严重，通常通过检测器对轮对踏面的基层部位层的厚度进行检测，确定踏面磨损等级；而非正常摩擦是踏面磨损故障的主要因素。非正常摩擦通常是由于轮对与轨道的相对位置出现偏差，轮对偏向线路的某一侧而导致侧轮摩擦加重，产生严重摩擦。通常转向架严重变形、转向架固定轴距离过大和长期不变向运行是主要诱发因素，通过检测轮对与轨道相对位置和定期改变运行方向进行修正，在踏面经过大量磨损而未加修正的情况下运行将急剧加重踏面的磨损速度，甚至导致擦伤、剥离等情况，严重威胁行车安全。此外，车轮材质、闸瓦质量、制造工艺和车辆运行速度对踏面磨损均有影响，为保障铁路货运的经济性和安全性，需从车辆设计、试验、制造和运行等全寿命过程中进行综合跟踪研究。

（2）轮缘故障模式。轮缘磨损故障是在车辆通过岔道、曲线等路段时，由于轮缘承受大部分水平作用力而产生的剧烈摩擦所导致的急速磨损。与踏面磨损相似，转向架变形程度、轮对与轨道的相对位置、车辆重心等因素是导致一侧轮缘严重磨损的主要制约因素。及时检查轮缘磨损情况，防止车辆携带安全隐患运行，加重轮缘磨损而导致应力集中、强度降低、超出轮对摩擦极限，诱发安全风险。

（3）轴颈故障模式。轴颈故障是指货车运行速度提升和载重量过大而诱发的滚动轴承提前到寿。频繁装卸载和运行过程中的纵向起伏带来的交变应力是轴颈故障的另一主要诱因，合理规划车辆运行速度和载重量是预防轴颈故障，提高使用寿命的主要手段。此外，需要注意的是在对轴身进行检测和防锈刷漆的过程中，需考虑车辆的使用环境，包括酸碱度、冷保车等情况，避免金属腐蚀而降低车轴的使用寿命引发故障。

（4）辐板孔故障。辐板孔出现裂纹通常是由于频繁装卸载而导致的车轮辐板孔不同程度出现裂纹。为满足铁路货运需求，货运车辆提高运行速度、加大载重量，而舊式货运车辆车轮的材质和结构不能满足高强度运行的要求，及时更换与货运需求和车辆相匹配的车轮，降低辐板孔裂纹现象，提高货运能力。

2 铁路货车车辆轮对故障检测措施分析

在使用和保障车辆轮对的过程中，如何科学检测轮对使用情况，及时定位和排除轮对故障是一线保障工作的重中之重。当前车辆轮对参数的测量方法包括接触式测量、便携式测量和非接触式测量[3]。接触式测量是通过测量传感器，采集检测轮对运行过程中的数据参数，通常是将轮对架起并推动旋转，模拟使用过程，这种测量也最为准确。但轮对高速运转过程中可能损坏接触式传感器，因此在检测过程中需特别注意。便携式测量是通过多种测量传感器检测轮对的部分几何参数，所以所测量的参数种类有限，不能实现全自动化测量，但因操纵简便快捷，在综合性检查间隙可通过此方法进行轮对检测，该方法对检测员的工作经验要求较高。非接触式测量是一种新兴的高技术检测方法，运用CCD技术和激光传感技术进行非接触式实时在线测量，检测速度快，效率高，并可对多种车辆进行检测，是未来检测手段的重要发展趋势[4]。

3 结语

铁路货运车辆轮对是货车车辆最重要的承力部件和运行部件，工作环境恶劣，故障模式多样，故障率居高不下，严重威胁运行安全。本文分析了铁路货运车辆轮对的故障模式和故障机理，阐明了故障影响因素和作用方式，总结了铁路货运车辆的轮对检测的主要手段和方法，综合分析了接触式测量、便携式传感器测量和非接触式测量的优缺点。加强对货运车辆轮对的故障机理研究和检测技术研究，对提高铁路货车运行安全水平，促进货运行业发展，有效推动我国铁路货运向更大载重、更高速度发展具有重要意义。

参考文献

[1]胡海滨，吕可维，邵文东，等.大秦铁路货车车轮磨耗问题的调查与研究[J].铁道学报，2010，（1）：30-37.

[2]齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司.铁路货车车轮踏面损伤专题研究阶段总结报告[R].齐齐哈尔：齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，2007.

[3]李景泉，刘继.车轮踏面擦伤自动检测方法的研究和试验[J].同济大学学报，2003，（4）：473-475.

[4]陈宁宁，滕永平，王科.机车车轮在线超声波检测方法研究[J].无损检测，2007，（7）：402-428.endprint