摘要：近年来，动车组车轮踏面浅表层损伤问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了其存在的多方面原因，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就该课题展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：动车组；车轮踏面；浅表层；损伤；对策
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，动车组车轮踏面浅表层损伤的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对车轮踏面浅表层损伤机理的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
动车组车轮是影响动车组安全运行的关键部件，车轮在运行中受到热应力、冲击力、压力和摩擦力等的作用，容易产生疲劳裂纹，剥离等缺陷，车轮运行途中轨道上有异物或者运行途中车轮遭异物击打，会产生硌伤和击伤。若不能及时检测并防范，就可能引起列车脱轨，甚至倾覆。因此，动车组车轮缺陷检测以及跟踪处理在动车组检修中显得尤为重要。对于超过限度的车轮缺陷，则需更换轮对或者镟修轮对，未超过限度的车轮缺陷则需运行跟踪观察。本文从动车组轮对日常检修出发，提出了实现缺陷闭环管理的有效作业方法。
3原因分析
车轮踏面剥离是车辆在运用过程中出现的惯性质量问题，剥离是指车轮在运用过程中制动热作用或轮轨接触疲劳作用而在踏面圆周或部分圆周呈现出的金属掉块剥离损伤和鱼磷状或龟纹状热裂纹现象。车轮踏面剥离可能发生在不同型号的机车车辆上，在同一车辆上不同轮对之间可能存在差别。
随着车辆向高速化方向发展，剥离现象已成为车轮失效的主要类型，车轮发生剥离后必须进行落轮旋修或打磨等处理措施，剥离严重时还需要更换轮对。剥离还影响车辆的行车安全，使列车在运行过程中产生大的振动和冲击，轮轨接触面间发出具大噪声，影响乘客乘座舒适性，加速其它走行部件的磨耗损坏，严重时还会破坏轴承，引发燃轴事故。
近年来统计发现各路局均有类似情况发生，并且发生几率比较大的是头车第一二个轮对，其它轮对发生的非常小。根据对上述故障车轮镟修后残留痕迹所在区域以及形状的分析，初步确认该缺陷为滚动接触疲劳缺陷。
3.1接触疲劳剥离
接触疲劳剥离发生在车轮踏面整个圆周部位，宏观可观察到裂纹，呈现出不规则的网状或龟纹状，沿裂纹处伴有层状或小块金属的的脱落，金相组织形貌特征表现为踏面表层金属发生塑性变形，裂纹从踏面萌生并沿塑性变形流线方向发展。
接触疲劳剥离形成机理是由于在轮轨接触面间接触应力作用下，踏面表层金属发生塑性变形及疲劳裂纹萌生并扩展的结果，其中裂纹形成是发生剥离的必要前提。车轮在钢轨面上滚动运动时，轮轨之间发生相互作用，车轮承受机械载荷的作用，轮轨接触面为弹性变形的椭圆形，此接触面符合赫兹接触理论。接触面上存在由轴重引起的垂向力，在垂向力作用下，轮轨接触面上产生接触压应力和剪切应力，其中最大剪切应力是裂纹萌生和扩展的主要原因。车轮踏面在应力应变循环过程中，材料发生塑性变形，达到一定程度后塑性变形区由于加工硬化作用而不产生新的塑性变形，从而达到一定稳定状态。塑性变形层深度与接触区应力分布和踏面材质密切相关。
缺陷产生于车轮踏面与轨道接触的滚动圆内外50-80mm的区域。根据赫兹接触理论，在车轮和钢轨的接触面下4-8mm是最大载荷的受力位置。
3.2裂纹源
该疲劳缺陷由于有裂纹源，在车轮运行中，裂纹源持续受力，最终扩展形成。而此类裂纹源可能有以下几种：
3.2.1表面裂纹源
由于外部冲击形成的表面裂纹源：运行中的车轮可能受到某些来自轨道外来物体的冲击。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2012年发生的3起缺陷轮对均出现在动车组的头车位置，而头车位置是最容易遭到外来物体冲击的，对于其它车型发生的类似缺陷，有80%以上均出现在头车位置，从而造成表面损坏，这样有可能在表面产生冲击坑。进而造成在滚动圆的车轮圆度超差，需要说明的是，此类缺陷全部出现在车轮滚动圆上。而由于车轮踏面形状变化造成特别高的接触应力，在滚动接触应力的作用下，可能导致表面裂纹扩展。
3.2.2次表面裂纹源
由于外部冲击造成的次表面裂纹：裂纹也有可能在受到外物的冲击后，产生次表面疲劳裂纹源，进而扩展。而该次表面深度恰恰处于原因分析1中提到的车轮受到最大的滚动接触疲劳区域，即表皮下4-8mm，在滚动接触应力的作用下，可能导致次表面裂纹扩展
3.3微观缺陷
在车轮轮辋应力集中区域内存在微观缺陷，例如非金属夹杂，根据车轮钢制造执行的EN13262标准，这些微观缺陷均没有超过允许存在的1mm当量标准。当在车轮踏面或表层下的某个位置存在夹杂物时，在轮轨接触应力作用下，轮轨接触面间同样产生塑性变形，但由于少量夹杂物的脆性和不易变形使塑性变形受到阻碍，因而在塑性变形处产生应力集中，故夹杂物区域应力远大于无夹杂物区域。由于应力集中的原因，接触疲劳裂纹极易在夹杂物区域萌生并发展，最终导致剥离现象发生。车轮钢中脆性夹杂物的存在是随机的，无规律可言，此时接触疲劳剥离一般发生在车轮踏面的局部位置。综合分析接触疲劳剥离的发生主要与轮轨间接触应力、摩擦力、车轮应力集中及车轮材质等密切相关。
4缩短周期，跟踪复核历史缺陷
4.1对LU探伤发现的车轮踏面下10mm区域内（应力集中区域）的超限缺陷，安排换轮。对该区域内的未超限疑似缺陷，安排LX探伤检测，若判定为面状疲劳缺陷（超声探伤多次反射回波显示），立即汇报，安排换轮；若为点状缺陷，安排LX探伤检测，详细分析缺陷位置、当量等，在缺陷对应位置的轮辋内侧粘贴标签，在历次运用检修中加强跟踪，检修人员仔细查看缺陷周围是否有"阴暗区"、轮辋内外侧是否有异常凸起、碾堆等情况。若有异常情况，安排LX探伤检测，确认缺陷扩展，安排换轮；若无异常情况，在发现后按9-10万公里周期，使用LX进行复探。
4.2对LU探伤发现的车轮踏面下10mm区域外的未超限疑似缺陷，应按9-12.5万公里的周期跟踪复探。
4.3对跟踪复探的车轮缺陷，需形成LX复探记录和故障报告，留存LX扫查图像。
4.4对一级修和专项修时发现的踏面和轮缘表面存在的缺陷，若运行观察，动车组每次做检修时检修人员应该对缺陷确认，并根据缺陷大小采取处理措施。
5建立缺陷库，收集缺陷图谱，积累判伤经验
5.1轮轴专职收集缺陷数据，做到图文并茂，并且明确处理措施。
5.2定期对地勤机械师及探伤工开展针对性培训，增强其识别缺陷的能力，防止遗漏缺陷。
5.3掌握缺陷发展规律，为改进工艺及运用管理提供依据
研究各类型缺陷产生的原因，并逐步掌握缺陷发展与运行公里数、运行时间等因素的关系。比如踏面剥离，产生踏面剥离的原因是多方面的，主要原因是高速运行后的强力制动，产生巨大的摩擦力而发生的高热和摩擦现象，与车轮材质、运用线路情况、运行时间长短、制动力强弱等因素有关，改善材质、提高线路基础质量等措施都可以减少或延缓踏面剥离缺陷的发生。
6结束语
综上所述，加强对动车组车轮踏面浅表层损伤问题的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的动车组车轮踏面浅表层损伤应对过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1]王德俊，平安，徐灏.随机疲劳载荷的处理及载荷谱编制准则[J].东北大学学报.2017（11）：60-62.
[2]何莹，刘志明，胡宝义.动车组车轮强度标准与分析方法[J].北京交通大学学报.2017（01）：115-116.
论文作者:王晓虎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/5
标签：车轮论文; 缺陷论文; 裂纹论文; 应力论文; 车组论文; 塑性论文; 疲劳论文; 《基层建设》2018年第9期论文;