大秦铁路股份有限公司太原工务机械段 山西 太原 030000
摘要：“本文总结了自轮运转设备车轮非圆化的成因，并对其进行了分类和针对性分析，提出了防止或延缓车轮非圆化发展的措施。
关键词：车轮非圆化；踏面缺陷；垂向接触力；防范措施
1 前言
车轮踏面缺陷对车辆和轨道零部件的损害都很大，轻则减少轮轨及其它零部件的寿命，重则引起重大行车事故。经过调查，国内外许多列车脱轨事故是由车轮踏面非圆化导致轮轨接触力动态波动，诱发车轮轮辋疲劳裂纹而引起的。车轮非圆化还会加剧轮轨冲击噪声和滚动噪声。因此，为减少修理和维护的费用、改善轮轨接触状态、提高运行安全系数，对非圆化车轮进行及时检测和换修就显得十分必要。当然，为了找到合适的解决方法，应该对车轮非圆化产生的原因进行调查研究。
按目前的标准，决定车轮更换与否一个重要因素是车轮扁疤的长度。研究表明，有些车轮缺陷虽然没有达到更换或维修标准，但由此引起的冲击载荷对轮轨的损伤也非常大，而且发展很快。实际情况下，车轮扁疤的深度对轮轨冲击载荷的影响不亚于其长度。故而对车轮非圆化的原因进行更深入的调查和研究，采取针对性的防范措施显得尤为重要。本文根据对各类自轮运转设备车轮踏面损伤状况的调查及其产生原因的分析，对车轮非圆化进行了分类，并提出针对性的减缓措施。
2?? 车轮非圆化分类及其产生原因
2.1?? 偏心
偏心主要是车轮型面切削成形或镟修时定位不佳引起的，是车轮普遍存在的现象，只是偏心程度各异。
2.2?? 周期性不圆顺
车轮沿圆周方向的不平顺呈现周期性，或称为车轮多边形化。不平顺的波长在14 cm到大约一个车轮周长的范围内，而幅值大约有1 mm。自轮运转设备车轮常出现椭圆化、三边形和四边形现象。调查研究认为在型面切削过程中，机床卡爪配合不良是导致周期性不圆顺的原因。图1是车轮周期性不圆顺的两个实例，也给出不同车轮踏面缺陷的波长成分。对实体车轮来说，第三阶谐波（即车轮三边形）占比最大；而对弹性车轮来说，第二阶谐波（即车轮椭圆化）占比最大。图2是车轮出现的四边形现象，其中三条曲线代表车轮踏面上三个不同横向测量位置的结果。
2.4?? 波磨
这种缺陷出现在使用踏面闸瓦制动的车轮踏面上。在闸瓦制动过程中，闸瓦与踏面的局部摩擦引起热弹性失稳，从而形成热斑。由于热膨胀，踏面上被局部加热的区域比其它区域更容易遭受磨损。当车轮冷却下来，热斑处就会有一定数量的材料减少(形成波谷)，这就导致了波磨。波磨是滚动噪声的主要来源。
2.3?? 踏面粗糙度
制造、加工、使用和维修均会使得车轮踏面不可避免地存在粗糙度。这种缺陷的周向波长大约是1 mm，幅值大约是10μm。
2.4?? 扁疤
扁疤是车轮在轨道上滑行造成的。主要原因是制动力与可利用的轮轨摩擦力相比较大。可能是闸瓦间隙调整不佳所致；也可能是线路某些区间轮轨黏着力突然变小。踏面上会出现薄、脆的马氏体层，马氏体层引起裂纹沿周向和径向扩展，进而导致剥落或扁疤的出现。
2.5?? 剥离
剥离是滚动接触疲劳所致。制动期间，车轮在钢轨上滑动(车轮踏面擦伤)时，车轮踏面的快速加热和冷却所产生的热冲击将会导致裂纹的产生。当车轮在钢轨上完全滑动时，很高的摩擦热量将在瞬间产生，使车轮表面温度上升到超过奥氏体化的极限温度 (大约720℃)。由于能量只集中在车轮的接触区，而在钢轨上沿滑动距离散布，所以车轮的损伤比钢轨严重得多。当奥氏体淬火时，就会形成马氏体。从而使得表面产生裂纹而最终导致剥离。
2.6?? 剥落
剥落是一种次表面的滚动接触疲劳缺陷，在法向接触应力和剪应力的作用下产生于车轮踏面上。过大的轮轨垂向接触力（或接触应力）是这种特殊的滚动接触疲劳形成的主要原因。而过大的轮轨垂向接触应力是轮轨型面非共形接触引起的；踏面下凹车轮的假轮缘也会造成接触应力的增大；另一种接触应力过大的原因是由于载荷失衡、扁疤冲击、车轮不圆顺和轨道不平顺造成的动态过载。
3?? 防止车轮非圆化发展的措施
目前国外使用的冲击载荷监测系统为制定铁路车轮踏面缺陷维修标准提供了参考，维修标准不仅基于车轮踏面缺陷的目视检查，而且基于通过测量得到的冲击载荷。如果车轮最大冲击载荷大于400 kN就要更换；车轮扁疤可允许的长度从50.8 mm提高到63.5 mm。
减少轮轨动态垂向接触力的建议：①采用弹性车轮降低轮轨接触刚度；②加工或修复时提高车轮轮廓的测量精度；③优化车轮加工装夹方案。
减少车轮剥落的建议：①当车轮踏面出现驼峰或假轮缘时，对车轮进行修整；②定期轻修车轮踏面，提高表面质量；③优化轮轨接触型面共形性；④提高车轮材料的纯度；⑤采用自导向转向架。
减少车轮剥离的建议：①定期调整闸瓦间隙，保证制动力合理；②优化检修制动阀控制系统及响应性能以增强整个列车制动的一致性；③在自重较轻的自轮运转设备上装备合适的空重控制装置。
论文作者:王权荣
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/20
标签：车轮论文; 闸瓦论文; 载荷论文; 缺陷论文; 应力论文; 钢轨论文; 平顺论文; 《防护工程》2017年第16期论文;