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轮对故障发生的原因和危害分析及其防范措施

一、问题的提出
        为适应我国铁路跨越式发展的需要,自第六次全路大面积提速以来,随着铁路运用货车的新技术运用,使得货车提速转向架的改造工作全面迅速展开,目前运用货车中装有提速转向架的车辆已达到80%以上,在这种新的背景下,给铁路货车的各部配件都提出了很高的要求,尤其是轮对。进入2021年以来,我作业场不断发现因轮对原因而直接或间接造成的车辆典型故障,如轮对踏面擦伤过限,踏面剥离,轮缘磨耗过限、缺损,轮缘缺损，踏面四周磨耗过限,轮辐板孔裂,滚动轴承坚持架裂损,制动梁端轴开焊,支柱裂损等,一旦出现漏检,将会严重威胁到行车安全。
        虽然目前全路各大干线都已安装使用了5T设备,包括专门针对轮对故障的TPDS系统,但是实际运用中还未完全磨合好,轮对故障及由轮对故障而引起的其它故障对行车安全的危害还十分严重,铁道部及各路局对此也非常重视,因此有必要对轮对故障进行分析和研究,找出切实可行的办法降低危害,以便更好的为铁路运输服务。
        二、原因分析
        造成轮对故障大幅增加的原因是什么,它有什么样的规律,又有什么样的必定因素,下面从以下几个方面分析一下原因:
        第一、气候因素
        我国富源辽阔,从东北到西南,从华东到新疆,铁路线的长度都在5000公里上下,而且我国跨纬度非常大,从热带亚热带到温带、寒带,当南方阳光明媚的时候东北还处在冰天雪地之中,温差非常大,使车辆配件特别是轮对承受非常大的考验,使得材质容易发生变化,加上车轮不断的在滚动中不断与闸瓦发生摩擦,使表面材质过早产生疲惫,以致剥离缺损。
        第二、设备因素
        铁路货车车辆由于运输的需要,不断要进行编组,在一些大型编组站使用缓行器,有的使采用用夹板的方式夹住轮对,使车辆减速,来降低车辆速度,因此,使轮对受到不同于正常运行的阻力或打击,当遇有缺陷的轮对时,极易发生缺损.而在一些小型编组站,由于设备落后,还在使用铁鞋制动,当车轮踏面接触铁鞋后由于惯性原因还要再向前持续运行,但已不是滚动,而是变成了滑行,滑行距离较长时很容易擦伤轮对。
        第三、车辆在运行中的因素
        车辆在运行中,各种状况非常复杂,有自身的、外界的，是车辆轮对故障产生的主要因素，具体说来包括车辆自身结构方面的和机车操纵方面的及制动机性能方面。
        a、车辆构造因素
        今年来,车辆新技术得到大量应用,如交叉支撑装置,窄导框结构的侧架HDS型整体碾钢车轮，HDZ型整体铸钢车轮,L-A、L-B、L-C型组合式制动梁,高磨合成闸瓦,弹簧托板,一体式构架等.使车辆性能大为改观,特别是提升了运行速度,从过去平均时速30-40Km/h,提升到了80Km/h,一些直通货场列车甚至接近100Km/h，行包列车更是达到了120Km/h。货车运行速度的提升,完全得益于提速转向架,转K2型转向架,转K4、转K5、转K6型转向架成为现行货车的主型转向架,车辆结构更加紧将就理,这些优点是不争的事实,但凡事有利必有弊.货车运行速度的提升使制动距离延长,闸瓦与车轮踏面的磨擦加剧,特别是使用高磨合成闸瓦后,闸瓦本身虽然耐磨但对车轮的损伤却非常大,一方面摩擦时间长造成轮踏面表面的温度上升非常快,使材质变软;另一方面温度升高后闸瓦本身变化,将踏面表层较软的部分粘住,在不断滚动中使表层材质不断脱落,另外一个重要因素是整体辗钢车轮的踏面耐磨性减小，在实际运用中我们常常可以看到高磨合成闸瓦磨下的金属铁屑及踏面被磨出的构槽形状及显然的磨耗过限状况,甚至有的轮踏面凹下状况非常严重,圆周磨耗严重超限。而关于一部分仍使用转8A型转向架的运用货车来讲,由于各部配件的配合尺寸较为不紧凑,所以车辆在运行中各部配件出现的偏磨现象较多,如车辆在通过曲线时靠外一侧的轮缘与钢轨紧贴,造成轮缘的偏磨。上述状况都是在列车正常运行中发生的，因此也可以称之为必定现象。
        b、机车操纵方面的因素
        由于目前我国的国情原因,客货车尚不能实现分专线行驶,货车只能在客车通过的间隙中通过,而在繁忙线路上,如我作业场在京广上、下行线的关键位置,京广、下上行的货车和石太线部分上行的货车都要到这里进行检修作业及编组,要想保证运输畅通列车就要不断的加速减速,才能正点到达,而在此过程中,如果由于机车操纵原因加速过快必须减速,就必须加大制动力，另外在长大下坡道上,列车由于长时间带闸运行使得闸瓦与车轮的磨耗加剧。在上述两种状况下很容易引起车轮踏面擦伤,这种属于一种必定因素。
        c、制动机性能的影响
        目前我国铁路货车的制动机类型主要有GK型、103型、120型三种及新生产的120-1型,120型制动机是运用货车的主型制动机,性能较好,但不够之处就是在与GK型.103型制动机混编时容易出现不稳定的状况,如引起紧急制动,制动后缓解不良,制动力过大等状况.尤其是后面两种状况危害很大,它是目前导致车轮踏面擦伤的罪魁祸首。在目前状况下,这是一种必定引起的现象,相信经过一段时间的制动机改造,这种状况会有好转。
        第四、材质不良
        造成轮对故障的另一个因素是材质不良。目前我国铁路货车装用的轮对主要有整体碾钢轮对、新型提速减重碾钢或铸钢轮对。如：HDS型、HDZ型、HDSA型、HDZB型等，新型提速减重轮对的踏面剥离、擦伤、圆周磨耗较多，而整体碾钢轮对由于自身结构特性发生辐板孔裂痕的现象较为集中,造成这种状况的主要原因是在铸造的过程中,材质缺陷或工艺未达到要求而造成的。从实际运用状况看发生踏面剥离的新型提速减重整体碾钢轮或整体铸钢轮，使用时间都不长，车轮在出厂质量上存在缺陷，会导致车轮的局部凹下等状况。
        第五、其他因素
        除以上几方面外，发生轮对故障的还有其他因素。如：车辆在专用线上装车时，钢轨上石矿渣等其他硬物会造成车轮踏面的大面积麻点，逐步发展为其它危害较大的故障。还有车辆在运行中的离心力，在吊装过程中的损伤等都容易造成轮对故障。
        三、轮对故障的危害分析
        轮对故障的存在，不仅仅是对轮对本身不利，更重要的是它还会造成一些比轮对本身危害更大的危害。综合分析起来有：
        1、轮对自身故障危害

      a、轮缘与踏面偏磨所造成的危害
        踏面偏磨后，容易引起轮径差过大，造成车体重心偏向小轮径一侧，加剧了踏面偏磨。
        b、轮缘磨耗超限后的危害
        轮缘磨耗超限后会导致轮缘根部断面减薄，强度下降，在轮缘根部易产生裂痕和缺损，还会使轮缘与钢轨间的游间增大，减少了车轮的安全搭载量，而且加剧了轮对的横向运动，在通过道岔时爬上尖轨，造成脱轨或轧伤尖轨，而且在磨耗超限后，当通过曲线时，不仅增加了运行阻力还加剧了轮缘的磨耗。
        c、车轮踏面擦伤及局部凹下超限后的危害
        踏面擦伤及局部凹下超限后，轮对的圆弧面上会出现较大的局部平面，使轮对不能圆滑滚动，增加了轮对的冲击震动，当轮径为840MM，擦伤深度为2MM时，其弦长为82MM，就是说有82MM的平面参加了滚动，车辆每运行一公里，该平面打击钢轨约2700次左右。试想一下，一辆重60t的敞车，加上自重20t，总约80t，每个车轮所承受的重量为10t，这是静止状态下，如果车辆再以每小时80公里左右的速度运行，那对钢轨的打击振动以及车辆上的其它配件都是一个极为严重的考验。
        d、踏面剥离、缺损超限的危害
        发生踏面剥离及缺损超限后，不但增加了轮对的冲击振动，更严重的是随着车辆的运行，剥离及缺损部位不断加剧，尤其发生缺损后，当缺损部位至相对轮缘之距离小于1508MM时，通过曲线时就有可能发生车辆脱轨造成行车事故。
        e、辐板孔裂损超限的危害
        车轮辐板孔虽吊装方便，但这种轮对经过长时间使用后，辐板孔处的裂损状况非常严重，特别是当轮对经过多次旋削加工后轮辋减薄，很容易发生辐板裂损故障。近几年因辐板裂损而造成车轮崩裂的事故不在少数。我作业场一职工曾经发现一起辐板裂300MM的重大故障，状况已岌岌可危，如果漏检必定会造成车轮崩裂，车辆脱轨、颠覆事故。
        2、由轮对故障引发的其它故障
        a、大部件断裂
        车辆的摇枕，侧架各梁等大部件是受力较为集中的地方。当轮对擦伤、凹入、剥离、缺损过限时，加大了车体的冲击振动，当碰到大部件存在缺陷，货物装载超重状况时，容易使大部件受力过于集中而发生断裂。如：摇枕断裂、侧架断裂冷切轴等等，而造成行车事故。
        b、损伤钢轨
        轮对擦伤、凹入、剥离、缺损过限时，会加大对钢轨的打击力度。特别是在两根钢轨的接缝处，因用铆钉和夹板连接，在承受较大的打击时，铆钉孔处易发生裂损或使铆钉折断，钢轨发生位移，而造成脱轨，另外轮对其他部位磨耗超限后，也可能会损伤尖轨，岔尖等设备。
        c、引发轴承故障
        滚动轴承是与轮对联系最为紧密的部件，当轮对擦伤、凹入、剥离、缺损过限后轴承所承受的冲击载荷和交变载荷会加大，使轴承的运转发生异常，而逐步发展为坚持架裂损，滚子破裂，外圈裂损等，会引导热切轴而造成行车事故。
        d、制动梁故障
        制动梁是车辆在运行当中与轮对接触很频繁的配件，当遇有超限的轮对时，制动梁所承受的冲击力和振动力会加大，进而引发制动梁支柱裂损、梁体裂损、端轴开焊、折断等故障，危及行车安全。
        e、其它故障
        除上述状况外，轮对故障还可能引起车钩托梁螺栓松动、脱落，钩尾框托板螺栓松动、脱落后造成钩尾框托板脱落，从而造成列车分开等事故，还可能引起货物重心发生位移造成车体倾斜超限，损坏建筑物或行车设备，以及在空车时引发枕簧窜出、丢失，重车时造成摇枕弹簧，轴箱弹簧折断等故障而危机行车安全。
        四、制定有效的防范措施
        既然轮对故障存在之多，危害那么大，在分析存在的原因及发生的规律后，应制定有效的防范措施。
        1、在车辆检查修理过程中，检车员要严格按照作业指导书去检查修理车辆，落实各项修理质量标准，蹲轮到位，全面检查。最为切实可行而且有效的办法是做好列车进站时的接车工作，做到接车到位，严格执行接车四注意制度，早到位，接满车，特别是在尾部检车员要尽到责任，在接车过程中发现车轮振动力较大和特大的状况时，用对讲及时与相关人员联系，对异状车轮做好跟踪检查，如有必要须与机后检车员联系好让机车把异状车轮的异状部位拉到便于检查和测量的位置，当出现列车连续到达的状况时，工长和尾部检车员及时通知各对作业人员转线接车并做到接车到位。检车员发现有超限的轮对故障时要和同对人员做好会诊检查，并及时通知工长到位鉴定，然后妥善处理，把相关状况及时准确的记载到车统-15上，方便HMIS系统输入及日后检查。
        2、与5T系统的室内检车员做好沟通，及时联系，TPDS系统发现和预报的轮对故障有着非常重要的作用，它能相对准确的预报故障轮对的编挂位置，故障部位及故障级别。在货车不断提速的大前提下，它能有效的提升室外检车员的工作效率，因此在日常工作中，对室内检车员预报的轮对故障一定要做好全面细致的检查和测量，准确判断，妥善处理，努力做到不放过一个超限的故障轮对上路。
        3、充分发挥工人技师，工长的技术优势，提升检车员的技术业务素养。检车员作为检查和修理车辆的主体，他们的技术业务素养直接决定着车辆的运行安全。一方面是要充分发挥他们的技术业务水平，做到合格的“车辆大夫〞，按规定标准程序检修车辆。另一方面是提升他们主动遵章守纪的意识，从安全管理，思想教育，经济奖励等方面使他们加强责任感，提升积极性，树立牢固的安全意识，另外对检车员做好新技术的培训，使他们掌握发现好故障的方法，具备处理新故障的能力，并常常组织职工参观故障展览，交流发现轮对故障的好方法、好经验，提升他们发现轮对故障的能力。
        4、车轮生产厂家要不断提升工艺水平，改善材质的特性，各生产和检修单位严把质量关，装用质量合格、符合要求的轮对，从源头上提升轮对的质量，同时要做好新技术的使用，改造工作，提升车辆装备的合理性、统一性，使运用货车的质量能达到明年第六次大面积提速的要求。
        结束语
        为适应铁路跨越式发展的要求，明年全路要进行第六次大面积提速，部局领导对车辆的轮对故障十分重视，并下发了专门的文件，要求各路局、各段对轮对故障切实重视起来，积极处理轮对故障，有了上级领导和主管部门的重视，作为我们搞货车运用工作的来讲是一个充分展示自己的机会。在今后的实际工作中，我一定努力钻研技术业务知识，对轮对故障不断进行技术攻关，为铁路跨越式发展贡献自己的力量。