南車戚墅堰機(jī)車有限公司 奚麗君

DF11型機(jī)車輪對(duì)擦傷故障分析

南車戚墅堰機(jī)車有限公司 奚麗君

輪對(duì)是機(jī)車走行部分的安全關(guān)鍵件，機(jī)車的全部重量都通過(guò)輪對(duì)支承在鋼軌上，通過(guò)輪對(duì)滾動(dòng)使機(jī)車前進(jìn)。輪對(duì)質(zhì)量直接影響行車的安全性。因此，輪對(duì)的損傷應(yīng)引起足夠的重視。

一、現(xiàn)狀

2011年下半年至2012年年初，南車戚墅堰機(jī)車有限公司對(duì)DF11、D11GF型機(jī)車進(jìn)行了維修，維修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，雙機(jī)聯(lián)掛正線試驗(yàn)以及機(jī)務(wù)運(yùn)行初期時(shí)，輪對(duì)踏面擦傷，直接對(duì)機(jī)務(wù)段的運(yùn)行造成困難。車輪擦傷后，需要進(jìn)行單個(gè)鏇俢和全套鏇俢或更換全部閘瓦。1臺(tái)機(jī)車旋俢的費(fèi)用約5 000元。這嚴(yán)重影響了公司的生產(chǎn)，對(duì)公司的聲譽(yù)造成了一定損失。因此，分析機(jī)車輪對(duì)擦傷的原因、制定合理的維修措施，勢(shì)在必行。

二、原因分析

通常，造成輪對(duì)踏面擦傷主要原因包括機(jī)車制動(dòng)、輪對(duì)質(zhì)量和調(diào)車作業(yè)3個(gè)方面。

1.機(jī)車制動(dòng)問(wèn)題。

（1）制動(dòng)閥質(zhì)量。車輛檢修質(zhì)量不高導(dǎo)致制動(dòng)閥故障多發(fā)，影響車輛運(yùn)行。其突出表現(xiàn)為機(jī)車在運(yùn)行中途制動(dòng)抱閘，這也是輪對(duì)踏面擦傷的重要原因之一。

（2）制動(dòng)波不一致。制動(dòng)波不同，制動(dòng)緩解差異大，最先制動(dòng)及最后緩解的機(jī)車不可避免地會(huì)出現(xiàn)車輪踏面擦傷。

（3）閘調(diào)器質(zhì)量。閘調(diào)器能根據(jù)閘瓦間隙的變化，自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)缸活塞行程，以保證制動(dòng)時(shí)機(jī)車有足夠的制動(dòng)力。如果閘調(diào)器在機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生拉桿伸長(zhǎng)不能復(fù)原的故障，閘瓦會(huì)一直抱住車輪，從而產(chǎn)生踏面擦傷。

（4）司機(jī)操作。司機(jī)頻繁使用緊急制動(dòng)和未緩解完就拉車等操作都會(huì)導(dǎo)致閘瓦抱死輪對(duì)，致使輪對(duì)滑行造成踏面擦傷。

2.輪對(duì)質(zhì)量問(wèn)題

（1）同一輪對(duì)2輪徑差超限。同對(duì)輪的2輪輪徑超差，在車輛運(yùn)行中，輪徑大的線速度大于小輪徑的線速度，從而小徑輪出現(xiàn)滾動(dòng)＋滑動(dòng)的運(yùn)行模式，導(dǎo)致踏面擦傷。

（2）車輪材質(zhì)問(wèn)題 。車輪材質(zhì)硬度、耐磨性和相對(duì)于回轉(zhuǎn)中心的質(zhì)量偏差等問(wèn)題，都會(huì)引起輪對(duì)擦踏面擦傷。

（3）調(diào)車作業(yè)問(wèn)題。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是調(diào)車作業(yè)車輛溜放時(shí)使用鐵鞋制動(dòng)，踏面與鐵鞋的劇烈摩擦?xí)疖囕啿撂っ娌羵欢鞘珠l未松或放風(fēng)不徹底 ，調(diào)車作業(yè)時(shí)，如果對(duì)全部車輛放風(fēng)不徹底或人力制動(dòng)機(jī)未松開(kāi)，在閘瓦抱死輪踏面的情況下拉動(dòng)車輛，會(huì)造成車輪滑行而導(dǎo)致踏面擦傷。DF11型機(jī)車輪對(duì)擦傷實(shí)際照片如圖1所示。從擦傷的照片來(lái)看，輪對(duì)踏面有整圈的輕微閘瓦擦傷痕跡和較大擦傷一處，另外機(jī)車出現(xiàn)過(guò)緊急制動(dòng)。從照片可以判斷出，較大一處是因?yàn)榫o急制動(dòng)閘瓦抱閘產(chǎn)生，整圈的輕微閘瓦擦傷痕跡與車輪或是閘瓦的材質(zhì)有關(guān)。DF11型機(jī)車是采用踏面制動(dòng)，閘瓦是采用L2型低磨的粉末冶金閘瓦。推斷輪對(duì)的踏面擦傷的最主要的原因就是制動(dòng)過(guò)程中，由于各方面原因，某個(gè)瞬間發(fā)生了滑行，輪軌黏著系數(shù)急劇下降，使車輪踏面發(fā)生擦傷剝離事故。

圖1 擦傷照片

3.黏著力計(jì)算。黏著力Fu按下述公式計(jì)算：

式（1）中，Pμ為機(jī)車總重，g為重力加速度。μz為黏著系數(shù)。

干燥軌面和潮濕軌面黏著系數(shù)分別按《列車牽引計(jì)算規(guī)程TB/T 1407–1998》中計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

式（2）和式（3）中， V為機(jī)車瞬時(shí)速度。公式（2）和（3）僅適用V≤120 km/h的情況。

DF11型機(jī)車重136 t，由公式（2）和（3）可計(jì)算出機(jī)車在120 km/h時(shí)，軌黏著系數(shù)是0.182 4，干軌黏著力是243.1 kN；濕軌黏著系數(shù)是0.097 0，濕軌黏著力是129.3 kN。由于閘瓦本身在制動(dòng)時(shí)也能夠改善輪軌黏著條件，起到一定的增黏作用，因此實(shí)際情況下，黏著系數(shù)值將大于理論計(jì)算的值。

4.制動(dòng)力計(jì)算。全部閘瓦正壓力K計(jì)算公式如下：

式（4）中，Kk為單個(gè)閘瓦正壓力，nb為單元制動(dòng)器個(gè)數(shù)，db為制動(dòng)缸直徑，pb為制動(dòng)時(shí)制動(dòng)空氣壓力，ηb為基礎(chǔ)制動(dòng)裝置傳動(dòng)效率，rb為制動(dòng)倍率。

查閱相關(guān)資料可知，DF11內(nèi)燃機(jī)車單元制動(dòng)器相關(guān)參數(shù)為：nb＝ 20，db＝ 177 mm，ηb＝ 0.85，rb＝ 4。

實(shí)算制動(dòng)力計(jì)算公式如下：

式 （5）中，B為制動(dòng)力，φk為實(shí)算摩擦系數(shù)。

通過(guò)第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行閘瓦1∶1試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)：制動(dòng)速度為120 km/h時(shí)，摩擦系數(shù)為0.155。通過(guò)計(jì)算分析可知，當(dāng)制動(dòng)缸壓力為420 kN時(shí)，制動(dòng)力是109.4 kN；當(dāng)制動(dòng)缸壓力為390 kN時(shí)，制動(dòng)力是101.7 kN。

5.粉末冶金閘瓦試驗(yàn)。影響制動(dòng)力最重要的零件之一就是閘瓦。為此筆者梭所在公司委托鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心機(jī)車車輛檢驗(yàn)站，分別對(duì)半磨耗的舊閘瓦和新閘瓦進(jìn)行了制動(dòng)摩擦試驗(yàn)，試驗(yàn)依據(jù)《TB/T3005–2008機(jī)車粉末冶金閘瓦》進(jìn)行。

從試驗(yàn)的檢測(cè)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閘瓦推力是38kN，機(jī)車速度是120 km/h時(shí)，舊閘瓦的平均摩擦系數(shù)是0.224，新閘瓦的平均摩擦系數(shù)是0.232。根據(jù)《TB/T3005–2008機(jī)車粉末冶金閘瓦》可知，對(duì)于L2型閘瓦來(lái)說(shuō)，當(dāng)制動(dòng)速度是120 km/h時(shí)，平均摩擦系數(shù)為0.173±0.03?？梢园l(fā)現(xiàn)，閘瓦的實(shí)際摩擦系數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)高出了0.062。

通過(guò)制動(dòng)力的計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)，此狀態(tài)下制動(dòng)力比理論值將增加35.84%。實(shí)際的制動(dòng)力是148.61 kN，制動(dòng)力大于了黏著力，從而導(dǎo)致了車輪的擦傷。由此可見(jiàn)合格的閘瓦對(duì)機(jī)車的行車安全至關(guān)重要。

三、整改措施

通過(guò)上述的分析可知，粉末冶金的質(zhì)量對(duì)于踏面狀態(tài)起著決定性的作用，因此，筆者所在公司對(duì)閘瓦制造商嚴(yán)格要求，制造商必須嚴(yán)格按照《TB/T3005–2008機(jī)車粉末冶金閘瓦技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。

四、結(jié)論

經(jīng)過(guò)公司與閘瓦制造商的共同努力，更換的新閘瓦機(jī)車沒(méi)有出現(xiàn)類似的擦傷現(xiàn)象，并且運(yùn)行狀況良好。