輪對故障檢修論文

1、CRH2型車輛輪軸部分的故障與檢修淺談*摘要：輪對引導(dǎo)車輛沿鋼軌運動，同時還承受著車輛與鋼軌之間的載荷。輪對利用軸箱裝置和構(gòu)架聯(lián)系在一起，使輪對鋼軌的滾動轉(zhuǎn)化為車體沿軌道的直線運動，并把車輛的重量以及各種載荷傳遞給輪對。所以說輪對是車輛不可或缺部分，其結(jié)構(gòu)和故障會直接影響機車車輛的運行品質(zhì)和行車安全,故而結(jié)合CRH2型動車組來探討車輛走行部輪軸部分的結(jié)構(gòu)、故障與檢修。關(guān)鍵詞：車軸；車輪；故障；檢修1 輪對輪對由一根車軸和兩個同型號車輪通過過盈配合組裝而成，輪對組裝過程通常采用冷壓和熱套的工藝，使車輪與車軸牢固的結(jié)合在一起，使用過程中也不允許有松脫現(xiàn)象。CRH2動車組轉(zhuǎn)向架用輪對采用了空心車軸和

2、直輻板車輪。動車輪對含齒輪箱和輪盤；拖車輪對包括軸盤和輪盤如圖1、2所示。圖1 拖車輪對1-輪對；2-制動盤；3-車軸；4-具有軸箱裝置減震器支架的軸箱圖2 動車輪對1-帶有降噪環(huán)和制動盤的車輪；2-車軸；3-齒輪箱；4-軸箱；5-軸箱裝置；6-軸箱減震器支架（每隔一個輪對一個）輪對的作用是引導(dǎo)車輛沿鋼軌運動，同時還承受著車輛與鋼軌之間的載荷。因此，輪對應(yīng)具有足夠的強度，以保證車輛的安全運行。在保證強度和使用壽命的前提下，應(yīng)減輕輪對的重量，并使其有一定的彈性，以減少車輪與鋼軌之間的動作力和磨耗。輪對的內(nèi)測距是保證車輛運行的一個重要參數(shù)。我國鐵路采用1435mm的標(biāo)準(zhǔn)軌距，輪對在鋼軌上滾動時，輪

3、對內(nèi)側(cè)距應(yīng)該保證在最不利的條件下，車輪踏面在鋼軌上仍有足夠的安全搭接量，不造成掉道，同時還應(yīng)該保證車輛在線路上運行時輪緣與鋼軌之間有一定的游隙。輪緣與鋼軌之間的游隙太小，可能造成輪緣與鋼軌之間的嚴(yán)重磨耗；輪緣與鋼軌之間的游隙太大，會使輪對蛇形運動的振幅增大，影響車輛運行的品質(zhì)。CRH2型動車組輪對的內(nèi)測距為1353+2 -1mm。輪對的結(jié)構(gòu)還應(yīng)有利于車輛順利通過曲線和安全岔道。1.1 車軸絕大多數(shù)的車軸為圓截面實心軸，采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼加熱鍛壓成型，再經(jīng)熱處理（正火或正火后回火）和機械加工制成。輪對為車輛的簧下部分，采用空心車軸結(jié)構(gòu)就以減少輪對質(zhì)量，從而降低車輛的簧下質(zhì)量，一般空心軸比實心軸可減輕

4、20%-40%的質(zhì)量。CRH2型動車組為了在保證強度的同時減輕質(zhì)量，采用了空心車軸的設(shè)計（即在車軸中心部開一直徑為60mm的通孔，車軸的軸頸直徑為130mm。），如圖3所示。當(dāng)然這也使超聲波探傷探頭可以直接穿過通孔，使探傷容易化。車輛定員時軸重為（100%定員）137.2KN,滿員時最大軸重為（200%定員）156.8KN。由于車軸上加裝部件的不同，車軸可分為動車轉(zhuǎn)向架用和拖車轉(zhuǎn)向架用兩種。動車轉(zhuǎn)向架為動力軸，拖車轉(zhuǎn)向架為非動力軸，如圖1、2所示。動力軸安裝有齒輪傳動裝置，它通過裝在車下的牽引電機和萬向軸驅(qū)動。由于動力軸的空間有限，因此，動力軸未裝軸盤式制動盤。非動力軸上安裝有外徑670 mm

5、、厚度97mm的二分割鍛鋼制的軸盤式制動盤。制動盤的結(jié)構(gòu)由制動盤環(huán)和盤轂組成，制動盤與盤轂通過螺栓、墊塊和彈性套等聯(lián)接，制動盤轂與車軸為過盈配合。車軸的材料選用碳素鋼,材質(zhì)為C38C。為提高車軸高速條件下的疲勞強度,采用特殊的高頻淬火工藝,車軸表面形成馬氏體并殘留表面壓應(yīng)力。圖3 空心車軸車軸的結(jié)構(gòu)及作用；1.軸端螺栓孔，安裝軸端壓板； 2.軸頸，安裝軸承的部位； 3.防塵板座，安裝防塵擋圈的部位； 4.輪座，安裝車輪的部位； 5.軸身，兩輪座連接部分； 6.制動盤座，安裝制動盤的部位，如圖4所示。圖4 車軸1.2 車輪車輪的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、材質(zhì)是多種多樣的。按其結(jié)構(gòu)分為整體輪和輪轂輪輪兩種

6、，如圖5所示。整體車輪按其材質(zhì)可分為輾鋼輪和鑄鋼輪等。輪轂輪又可分為鑄鋼輻板輪心、輾鋼輻板輪心以及鑄鋼輻條輪心的車輪。為降低噪聲，減小簧下質(zhì)量、還有橡膠彈性車輪、消聲車輪等目前我國鐵路車輛普遍采用整體輾鋼車輪。圖5 車輪1-輪緣；2-踏面；3-輪輞；4-輻板；5-輪轂孔；6-輪轂CRH2型動車組車輪是用碳素鋼整體碾壓車輪，具有較好的彈性和優(yōu)良的防噪聲性能。車輪直徑860 mm、寬度135mm，車輪材質(zhì)為SSW-Q3R，車輪踏面為LMA磨耗型踏面，輪緣高28 mm，最大可能的磨耗半徑為35mm。在車輪上裝有輪盤一體鍛鋼式制動盤，制動盤外徑 725 mm（有效外徑 720 mm）、厚度為133 m

7、m（車輪寬度-2 mm）。整體輾鋼輪由踏面、輪緣、輻板和輪轂組成。車輪與鋼軌的接觸面稱為踏面，輪對踏面具有一定的斜度，所以稱為錐形踏面，如圖6所示。踏面錐形的作用為：在直線運行時使輪對能自動調(diào)中；曲線運行時，由于離心力的作用使輪對偏向外軌，由于踏面錐形的存在，使外軌上滾動的車輪以較大的滾動圓滾動，在內(nèi)軌以較小的滾動圓滾動，從而減少了車輪在鋼軌上的滑動，使車輪順利通過曲線；車輪踏面有斜度，運行時車輪與鋼軌接觸的滾動直徑在不斷地變化，致使輪軌的接觸點也在不斷的變換位置，從而使踏面磨耗更為均勻。標(biāo)準(zhǔn)錐形有兩個斜度，即1:20和1:10，前者位于輪緣內(nèi)側(cè)48-100mm范圍內(nèi)，是輪軌的主要接觸部分，后

8、者為離內(nèi)側(cè)100mm以外部分，各個成面均以圓弧面平滑過度。踏面的最外側(cè)半徑6mm的圓弧，起作用是便于通過小半徑曲線，也便于過轍叉。圖6 錐形踏面（左）磨耗性踏面（右）除錐形踏面外，在研究輪軌磨耗的基礎(chǔ)上又提出磨耗性踏面。實踐證明，錐形踏面車的初始形狀，運行中將會被很快磨耗。當(dāng)磨耗成一定形狀后，車輪與鋼軌的磨耗都變得緩慢，踏面形狀將處于相對平穩(wěn)。如果新造輪踏面制成類似磨耗后相對穩(wěn)定的形狀，即使磨耗形踏面，如圖6所示,則在相同的走形公里下，可明顯地減少踏面的磨耗量延長輪對的使用壽命，減少換輪、旋輪的工作量，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。磨耗形踏面可以減小輪軌接觸應(yīng)力，提高車輛運行的橫向穩(wěn)定性和抗脫軌安全

9、性。由于車輪踏面有斜度，各處直徑不同，因此根據(jù)國際鐵路組織規(guī)定，在離輪緣內(nèi)側(cè)70mm處測量所得的直徑為名義直徑，作為車輛直徑（滾動圓直徑），簡稱輪徑。輪徑小，可降低車輛的重心，增大車體容積，減小簧下質(zhì)量，縮小轉(zhuǎn)向架固定軸距，但也有阻力增加、輪軌接觸應(yīng)力應(yīng)增大、踏面磨耗加快等不足之處。2 輪軸部分的故障輪軸的日常檢查是非常重要的，其主要故障有損傷主要有車軸的車軸裂紋、車軸磨傷、車軸彎曲等和車輪的踏面磨耗、踏面擦傷及剝離、輪緣磨耗、車輪裂紋等。2.1 車軸的故障2.1.1 車軸裂紋車軸裂紋分為橫裂紋和縱裂紋，如圖7所示。裂紋與車軸中心線夾角大于45°時稱為橫裂紋，小于45°時稱

10、為縱裂紋。車軸斷裂的原因主要是疲勞斷裂。圖7 車軸常發(fā)生橫裂紋的部位2.1.2 車軸磨傷車軸的磨傷有軸頸、防塵板座上的縱、橫向劃痕、凹痕、擦傷、銹蝕、磨傷等。軸身的磨傷、磕碰傷，由于轉(zhuǎn)向架上零部件安裝不當(dāng)與車軸接觸造成磨傷與磕碰傷。磨傷及磕碰傷處容易引起應(yīng)力集中，造成車軸裂紋。2.1.3 車軸彎曲車軸受到劇烈沖擊時會引起車軸彎曲。車軸彎曲時，車輛運行振動增大，會造成軸箱發(fā)熱、輪緣偏磨，甚至引起脫軌事故。2.2 車輪的故障2.2.1 車輪踏面圓周磨耗車輪踏面圓周磨耗是指車輪踏面在運用過程中車輪直徑減小，并改變踏面標(biāo)準(zhǔn)輪廓。1. 踏面磨耗會破壞踏面標(biāo)準(zhǔn)外形，使踏面與鋼軌經(jīng)常接觸部分的磨耗變大，使輪

11、對蛇形運動的波長減小，頻率增高，影響車輛運行的平穩(wěn)性。2. 踏面磨耗造成輪緣下垂，輪緣下垂嚴(yán)重時，會壓壞鋼軌連接螺栓，引起脫軌。3.踏面磨耗嚴(yán)重時，也使踏面外側(cè)下垂，當(dāng)通過岔道時，踏面外側(cè)會陷入基本軌與尖軌之間，把基本軌推開，造成脫軌，如圖8所示。圖8 踏面磨耗嚴(yán)重時輪對過道岔擠壓基本軌2.2.2 踏面擦傷、剝離和局部凹下1.踏面擦傷；由于車輛在運行中制動力過大，抱閘過緊，車輪在鋼軌上滑行、空轉(zhuǎn)而把圓錐形踏面磨耗成一塊或數(shù)塊平面的現(xiàn)象叫做踏面擦傷。造成踏面擦傷的原因有車輪材質(zhì)過軟，制動力過大，制動緩解不良，同一輪對兩車輪直徑相差過大等。2.踏面剝離；車輪踏面表面金屬成片狀剝落而形成小凹坑或片狀

12、翹起的現(xiàn)象叫踏面剝離。踏面剝離的原因，一種是車輪材質(zhì)不良，在車輪與鋼軌多次擠壓作用下發(fā)生疲勞破壞；另一種是車輪在鋼軌上滑行時，摩擦熱使踏面局部金屬組織發(fā)生變化而發(fā)生的金屬脫落。3.踏面局部凹下；踏面局部凹下是因為車輪局部材質(zhì)過軟，在運行中與鋼軌擠壓造成的。2.2.3 輪輞過薄當(dāng)車輪踏面磨耗超過限度或因其他故障要鏇修車輪，車輪輪輞厚度隨之變薄。輪輞過薄時，其強度減弱容易發(fā)生裂紋，車輪直徑也變小，影響轉(zhuǎn)向架各部分配合關(guān)系。輪輞過薄超過限度，應(yīng)更換車輪。2.2.4 輪緣磨耗1.輪緣過??；會使車輪過道岔時，輪緣頂部會壓傷尖軌或爬上尖軌而造成脫軌；使輪軌間橫向游隙增加，在通過曲線時，減小了車輪在內(nèi)軌上的

13、搭載量，容易脫軌；在通過曲線時，增加了車輛的橫動量，使運行平穩(wěn)性變差；降低了輪緣的強度，容易造成輪緣裂紋。2.輪緣垂直磨耗；輪緣外側(cè)面被磨耗成與水平面成垂直狀態(tài)，叫垂直磨耗，如圖9所示。輪緣垂直磨耗車輪通過道岔時，輪緣外側(cè)磨耗面容易與基本軌密貼，輪緣頂部更易壓傷或爬上尖軌，造成脫軌。圖9 輪緣垂直磨耗3.車輪裂紋；車輪裂紋多發(fā)生在使用時間過久，輪輞較薄的車輪。裂紋的部位多在輻板與輪輞交界處、輪輞外側(cè)、踏面及輪緣根部。當(dāng)車輪出現(xiàn)裂紋時必須更換車輪。4.輪轂松弛；車輪輪轂孔和車軸輪座組裝前，機械加工精度不夠及粗糙度不合要求，組裝壓力不合標(biāo)準(zhǔn)等，在使用中由于車輪與車軸的相互作用力，車輪和車軸會發(fā)生松

14、弛。3 輪軸的檢修一級修作業(yè)時,車軸需要通過目測檢查車軸軸身，要求無裂紋及碰傷；輪對的踏面檫傷、踏面剝離、踏面硌傷不過限，輪緣無缺損、磨耗不過限，輪對的部尺寸不過限。二級修作業(yè)時，車軸需要進行超聲波探傷；要對輪對的輪輞輪輻超聲波探傷，對踏面檫傷、踏面剝離、踏面硌傷過限的鏇修后能繼續(xù)使用的需要對輪對鏇修。3.1 車軸外觀檢修1.檢查車軸可見區(qū)域A、B的腐蝕、凹痕和刻痕2.檢查車軸的各過渡圓弧R處，如圖10所示。圖10 車軸外觀檢查3.2 車軸故障檢修1.在車軸軸身上小于1mm深度的凹痕可以用粗砂紙打磨去除，按縱向方向（沿著車軸中心線）打磨。打磨后用磁粉對相關(guān)區(qū)域進行探傷檢測，不允許有裂紋產(chǎn)生。2

15、.如果發(fā)現(xiàn)在車軸軸身上的磕碰印痕超過1mm深則更換輪對。3.在過渡圓弧R處不允許出現(xiàn)磕碰或裂紋，如圖3.1所示。如果在這個區(qū)域發(fā)現(xiàn)磕碰或裂紋則更換輪對。4.車軸內(nèi)部的缺陷（如內(nèi)部的裂紋、氣孔、夾渣等），須用超聲波探傷儀進行探傷檢查，如有缺陷則需更換輪對，如圖11所示。（在使用540萬公里之內(nèi)，每運行6萬公里進行空心軸超聲波探傷檢查；超過540萬公里后，每運行3萬公里進行空心軸超聲波探傷檢查。每60萬公里進行車軸表面磁粉探傷。每120萬公里進行車軸輪座表面磁粉探傷。）圖11 超聲波對空心軸探傷5.車軸輪座若有拉毛或損傷，應(yīng)進行打磨。6.其他軸身如有必要則進行表面修復(fù)。7.對車軸進行補漆、防銹處理

16、，并標(biāo)識。8.記錄有關(guān)數(shù)據(jù)信息。3.3 車輪的故障檢修3.3.1 車輪踏面磨耗的檢修車輪標(biāo)準(zhǔn)直徑為860mm，輪徑磨耗限度為790mm，如圖12。輪緣高度檢查，使用輪緣尺檢查輪緣高度。輪緣最大高度為33mm。輪緣厚度檢查，使用輪緣尺檢查輪緣厚度。輪緣最小厚度為26mm。如圖13所示。車輪直徑之差：同一車輪0.5mm，同一輪對1mm，同一轉(zhuǎn)向架4mm，同一車輛10mm，車輛間40mm；利用輪徑尺測量，測量點為輪輞內(nèi)側(cè)面向外70mm處，測量三次取平均值進行檢測。圖12 輪徑尺測量車輪直徑圖13 測量輪緣高度和厚度3.3.2 踏面擦傷、碾長和剝離的檢修利用鋼皮尺沿踏面圓周方向測量，踏面擦傷剝離不過限

17、；車輪踏面擦傷深度0.5mm，長度70mm；車輪踏面連續(xù)碾長70mm；車輪踏面剝離一處長度20mm、2處長度每處10mm。1.車輪踏面遭受異物碾（連續(xù)碾長70mm以內(nèi)可以繼續(xù)運行），如圖14所示。圖14 車輪碾傷2.剝離故障圖片，如圖到 15所示?？績?nèi)側(cè)踏面，有較為嚴(yán)重的碰傷，輪子表面有壓痕，但并無裂紋，靠外側(cè)踏面，連續(xù)剝離50*15mm，觀察處理。如圖16所示，201601車3位輪踏面連續(xù)剝離45*10 mm，扣車鏇輪。圖15 車路碰傷和剝離圖16 踏面連續(xù)剝離3.3.3車輪內(nèi)側(cè)距離檢修檢查車輪與輪座的結(jié)合部是否有松動，如有松動，應(yīng)進行分解，并重新選配、壓裝。在輪對空載條件下，車輪輪對內(nèi)側(cè)距

18、離測量值應(yīng)在1353+2 -1mm。3.3.4 LU輪輞輪輻超聲波探傷檢修1.先對待檢動車組1、2位側(cè)輪對進行車底狀況檢查，清理車底及車輪表面的異物（特別是冬季，防止車底堆積冰塊融化掉落，造成設(shè)備損壞）。使用毛刷和清潔布清理輪輞內(nèi)側(cè)面的油垢。2. 目測車輪表面狀態(tài)，判斷是否滿足探測條件（車輪表面無大的剝離缺陷或異常突起等狀況），避免檢測過程中車輪表面異物損壞探頭。3.用檢測小車遙控器控制檢測小車移動至需要探傷的輪對附近，手動推動隨動小車至與檢測小車相對應(yīng)的位置。在檢測小車移動的過程中必須密切關(guān)注檢測小車在地溝中的移動狀態(tài)。4.將檢測小車的電源接到地面電源上（380V）。（接地面電源時應(yīng)該注意保

19、證接好，防止因未插好插座而導(dǎo)致電源缺相，這樣會導(dǎo)致因油壓不足而不能起動設(shè)備）。5.將隨動小車的電源接到檢測小車上。（接好所有電源后先打開檢測小車的電源開關(guān)，再打開隨動小車的電源開關(guān)）在隨動小車的控制電腦的桌面上進入LU移動式輪輞輪輻探傷系統(tǒng)界面，進行探傷作業(yè)。配合探傷工密切關(guān)注檢測小車在地溝中的移動狀態(tài)。6.在車輪被頂起后（無地漏的情況下在車輛下方鋼軌上放置接水槽）。分別在車輪外側(cè)輪輞面上放置磁鐵及調(diào)整感應(yīng)器，如圖17所示。7.操作探傷系統(tǒng)進行輪輞輪輻檢測作業(yè)，將檢測數(shù)據(jù)保存并進行分析（或復(fù)檢）。圖17 調(diào)整感應(yīng)器3.3.5 車輪的鏇輪檢修當(dāng)踏面擦傷，踏面剝離輪，緣有缺損，磨耗過限和輪緣高度輪

20、對各部尺寸過限等可利用不落輪鏇床可以不拆卸輪對直接對車輪踏面及輪緣進行鏇修，如圖18所示。圖18 不落輪鏇床1.預(yù)測量（1）鏇輪工在鏇修輪對進入車床支撐輪中心位置后，須確認(rèn)制動閘片已處于緩解狀態(tài)。（2）操作車床，升起支撐輪，支撐起待鏇修輪對，移出滑軌，并操作下壓爪固定住鏇修輪對軸箱。（3）在鏇輪床界面輸入設(shè)備操作員代碼、鏇修車輛走行公里、鏇修車輛類型及輪對軸號等信息。（4）在輪對內(nèi)側(cè)面靠輪緣處涂抹適量機油。（5）輪對數(shù)據(jù)預(yù)測量。啟動輪對數(shù)據(jù)預(yù)測量程序，進行輪對數(shù)據(jù)預(yù)測量。2.輪對修形（1）鏇修輪徑設(shè)定。鏇輪工根據(jù)車床顯示的輪對預(yù)測量數(shù)據(jù)及踏面損傷情況確定進刀量，直徑設(shè)定后需確認(rèn)輪緣厚度。須經(jīng)安

21、全防護人員確認(rèn)無誤，方可開始進刀。（2）車輪踏面鏇修時，每次1 循環(huán)進刀量（切削深度）應(yīng)根據(jù)車輪表面磨耗情況判定。為延長車輪使用壽命，保證踏面加工精度，建議首次加工進刀量（直徑）在0.81.5mm，原則上進刀量越小越好，每列車后續(xù)車輪可根據(jù)首件鏇修加工的進刀量一次鏇修到位。（3）如首次鏇修不能完全消除車輪踏面表面的裂紋、缺損、剝離、擦傷、局部凹下等缺陷，則需要再次進行踏面鏇修加工，根據(jù)未消除缺陷具體情況可進行進刀量大小，最小鏇修進刀量（切削深度）可以到0.2mm。（4）在保證鏇修去除踏面裂紋、缺損、剝離、擦傷、局部凹下等缺陷的前提下，盡量減小切削深度，單次最大進刀量（切削深度）不得超過7mm（

22、直徑）須經(jīng)安全防護人員確認(rèn)無誤，方可開始進刀。輪對鏇修時，鏇輪工應(yīng)時刻注意觀察進刀情況、聽取切削聲音，如有異常，立即使用急停按鈕進行停車，并仔細(xì)檢查車床和刀具，必要時及時進行處理。啟動車床進行輪對修形。（5）輪對鏇修期間須及時清理刀架處鐵屑。3.輪對檢查（1）輪對鏇修結(jié)束后，對內(nèi)側(cè)距、輪徑、輪徑差、軸向竄動量、徑向竄動量、輪緣高度、輪緣厚度等尺寸進行補測量。鏇輪工對照輪對尺寸標(biāo)準(zhǔn)要求，確認(rèn)輪對補測量數(shù)據(jù)在規(guī)定的限度要求內(nèi)。當(dāng)同一轉(zhuǎn)向架只鏇修一對輪對時，須對另一輪對進行數(shù)據(jù)補測量，以確認(rèn)同一轉(zhuǎn)向架輪徑差在限度要求內(nèi)，如表1所示。表1 CRH2A動車組輪對踏面鏇修尺寸限度表（單位：mm）序號項目原型臨修、二級修1車輪各部尺寸：車輪直徑860790輪緣高度2827.5-33輪緣厚度32+1 -226-33輪輞厚度135135輪對內(nèi)側(cè)距離1353+2 -11353+2 -12車輪直徑之差：同一輪對1同一轉(zhuǎn)向架4同一車輛10同一車輛單元內(nèi)車輛間403車輪輪輞內(nèi)側(cè)面端面跳動0.34車輪踏面徑向跳動0.35踏面檢查樣板與踏面的局部光隙1（2）使用LMA32型車輛踏面檢查樣板對所加工的踏面外型進行檢測，其