CRH380D型动车组车轮踏面缺陷原因分析

邵迥　姜海青

摘 要：对CRH380D型动车组车轮踏面异常缺陷，经过系统分析，找到了问题原因，采取应对措施后未再发生。

关键词：车轮；踏面缺陷；问题原因；建议措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.046

1 故障描述

1.1 基本信息

2017年11月至2018年5月，配属上海局的CRH380D型动车组集中发生76例车轮踏面缺陷，缺陷导致车轮临时镟修且镟修量较正常镟修量增大，进而导致轮径集中到限，路局周转轮对数量不足，给路局运输生产组织造成极大影响。

（1）缺陷特征：76例缺陷中，LU/LD超声波探伤发现41例、库内检查发现23例、车轮镟修过程中发现12例，如图1。

缺陷的共同特征：库内检查发现的显性缺陷，随着镟修进刀量增加，缺陷面积呈扩大趋势，可见缺陷是由踏面浅表层向踏面外部扩展。LU/LD超声波探伤或镟修过程中发现的缺陷，也证明缺陷初始发生于踏面浅表层，尚未扩展至踏面。缺陷位置横向位于滚动圆左右约6mm处，深度位于踏面下4-8mm处。

2 原因分析

2.1 缺陷车轮材质分析

CRH380D型动车组车轮材质为ER8。根据车轮供货技术条件，选取两片具有代表性的缺陷车轮（序号分别为E1002079-0066和E1302102-0075），从化学成份、拉伸性能、冲击性能、轮辋硬度、显微组织及晶粒度、低倍检验和非金属夹杂等方面进行分析，结果各项性能均符合ER8材质车轮技术条件。

2.2 缺陷车轮数据分析

（1）缺陷发生时间集中。缺陷集中发生在2018年5月至9月，占77.6%。而CRH380D型动车组自2015年4月开始投入运营，之前未发生过此类缺陷。

（2）缺陷集中发生在特定交路车组上。有53例缺陷发生在CRH380D型动车组前10组小号车上（1501～1510），占69.7%。经与路局了解，这10组小号车在上述踏面缺陷发生期间，有超过90%的时间固定担当特定交路（沪宁城际）。

（3）缺陷发生位置集中。有60例缺陷发生在列车左侧车轮上，占78.9%。

（4）缺陷车轮里程分析。最小里程68万公里，最大里程225万公里，平均里程179万公里，里程较为分散，没有规律性。

（5）缺陷车轮最近一次镟轮数据分析。从轮径切削量、轮缘厚度恢复量、Qr值等參数分析。轮径切削量介于2-3mm的占35.5%，切削量3mm以上的占47.4%。轮缘厚度恢复至32-33mm的占17.1%，恢复至33-34mm的占48.7%，恢复至34-35mm的占32.9%。Qr值均在标准范围内。基于分析，说明最近一次镟修为有效镟修。

（6）缺陷距最近一次镟修走行里程。里程介于15-20万公里占56.6%，介于20-25万公里占27.6%。CRH380D型动车组车轮镟修周期为25万公里，缺陷车轮均未超镟修周期。

2.3 踏面缺陷形成机理分析

轮轨接触时车轮接触斑会因超常应力引发塑性变形。根据轮轨接触状态，车轮所受最大应力在浅表层，横向范围在接触点12mm内，深度4-8mm，为剪应力，方向与车轮切向成小角度。当轮轨不匹配或因异物入侵时，车轮首先在该深度范围内发生损伤。

车轮发生损伤后，随着持续运行，损伤处受到周期性的轮轨接触应力，逐渐积累演变成疲劳裂纹扩展（棘轮效应）。

裂纹扩展受多种因素影响，如车轮受力状态、轮轨接触状态、初始损伤状态、轮轨表面摩擦状态、车轮磨耗状态、车辆牵引制动状态及环境温度湿度等。当裂纹扩展时，是在次表层及表层的剪应力作用下扩展的，而较大剪应力横向只存在于轮轨接触点周围约12mm范围内，考虑轮对常用左右横移接触点15mm的移动，则裂纹在横向扩展范围约27mm，不会向轮缘或外侧扩展；在深度方向，最大剪应力距踏面4-8mm范围，随深度急剧下降，且剪应力方向与车轮切向成小角度，裂纹不能沿径向深层扩展。因此，此类裂纹在最恶劣条件下扩展为踏面局部剥离，不会形成贯穿性裂纹，不会导致辋裂故障。

3 结论

综上分析，铁路局反馈的踏面缺陷特征完全符合上述机理分析，且缺陷具有“三集中”的特点：集中发生在2018年5月至9月，集中发生在特定交路（沪宁城际）车组上，集中发生在列车左侧。因此判断缺陷跟沪宁城际线路特定的轨道状况有关，属于轮轨关系不匹配造成的。经与铁路局了解，在同一时间段，担当沪宁城际交路的其它型号动车组，如CRH1B、CRH380B/L等，也发生了类似车轮踏面缺陷，铁路局采取对钢轨打磨等措施后未再发生类似踏面缺陷。

参考文献：

[1]ER8车轮技术条件[M].

[2]GB 2585-2007 铁路用热轧钢轨[S].