铁路货车车轮伤损及踏面磨耗规律的研究
第３１卷第６期 ２０１１年１２月 铁道机车车辆 ＲＡＩＬＷＡＹ Ｌ０Ｃ０Ｍ０ＴＩＶＥ＆ＣＡＲ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ． ２０１１
文章编号：１００８—７８４２（２０１１）０６—００３２—０５
铁路货车车轮伤损及踏面磨耗规律的研究
丁勇，王新锐，曲金娟
（中国铁道科学研究院机车车辆研究所，北京１０００８１）
摘要针对提速货车环行线１２ｏ ｋｍ／ｈ可靠性试验中车轮损伤和磨耗的统计数据，研究探索规律，分析车轮损伤 与运用里程的关系，提出现有我国主型货车在运用一个段修期后，将有１５ 的车轮由于损伤需要旋轮或更换，将成 为重载提速后车辆临修的主要故障之一；对于车轮磨耗，根据环行线不同轴重车辆３５万ｋｍ试验运行里程的车轮 磨耗数据，计算出车轮踏面圆周平均磨耗率并推出车轮圆周磨耗量推算经验公式，并结合大秦线调研数据对我国 今后将发展的新一代货车车轮圆周磨耗量进行计算预测。 关键词货车；车轮；磨耗 中图分类号：Ｕ２７２ 文献标志码：Ａ
随着铁路货运运输向高速重载的发展，铁路货车车 轮的损伤及磨耗问题引起广泛关注，在货车车辆轴重达
到２７￣３０ ｔ，运营速度１００ ｋｍ／ｈ以上时，货车车轮的损 伤及磨耗将呈现何种状态，对货车的正常运用及维修将
会造成何种影响，是我们急待研究的课题。 结合提速货车环行线１２０ ｋｍ／ｈ可靠性试验，充分
挖掘分析试验中车轮损伤和磨耗数据，寻求车辆轴重、
走行公里与车轮损伤、磨耗的关系，统计规律以进一步 预测新一代货车车轮可能发生的损伤和磨耗，为今后新
一代货车设计和运用维护提供数据支持。 １试验条件 提速货车１２０ ｋｍ／ｈ可靠性试验在环行线进行了历 时５年２个阶段的试验 ］，第１阶段试验总里程
１８２ ７４１．５ ｋｍ，其中１２０ ｋｍ／ｈ的里程约占总里程的
７Ｏ ；第２阶段试验总里程１６７ ６０３ ｋｍ，其中１２０ ｋｍ／ｈ 的里程约占总里程的６４．４７ 。 试验线路为中国铁道科学研究院环行试验线路，全 长８．５ ｋｍ，钢轨为６０ ｋｇ／ｍ Ｕ７４热轧钢轨，强度等级为
７８０ ＭＰａ。大环曲线半径１ ４３２ ｍ，超高１０５ ｍｍ；小环 半径１ ０００ ｍ，超高１５０ ｍｍ，中间直线段长度７５５ ｍ。 第１阶段试验没有侧线工况，第２阶段试验线路在直线
段增加了１２ 侧线。每Ｅｌ的运行试验中，安排５次列车
制动，包括调速制动２次，常用制动停车２次和紧急制
动停车１次。 参试车辆基本覆盖了我国铁路主型货车，包括敞
车、棚车、平车、罐车等通用货车、双层集装箱货车、７０ ｔ 级货车、８０ ｔ级运煤专用货车，以及转Ｋ２、转８Ｇ提速改
造车等。试验列车编组最长达６８辆，见表１。 ２检测手段及检测间隔 试验中，车轮的伤损及磨耗运用情况由列检专业人
员和课题组共同按照现行的《铁路货车运用维修规 程》＿】］定期进行检查，采用专用量具（轮径尺、车轮第４
表１提速货车１２０ ｋｍ／ｈ环行线可靠性试验参试车辆状况
丁勇（１９６３一）男，北京人，副研究员（收稿日期：２０１１—０５～２３）
第６期 铁路货车车轮伤损及踏面磨耗规律的研究
种检查器）和踏面型状检测仪进行数据测量并有效记 录，其中人工专用量具测量试验里程间隔约为８ ０００ ｋｍ，仪器测量试验里程间隔约为３０ ０００ ｋｍ。
３车轮更换原则、故障比率、更换率 按《铁路货车运用维修规程》，车轮损伤或磨耗超过
运用限度时将被更换。 研究样本：考虑车轮的损伤及磨耗情况需要在车辆
运行一定的里程下才能充分体现，因此，我们选择参试 车辆中试验考核里程较为完整、车辆数目较多的新造 ２１ ｔ轴重通用货车作为主要的分析研究样本，此样本车
辆第１阶段试验为２４辆，第２阶段继续试验为２Ｏ辆。
故障比率：在两个阶段约３５万运行里程的试验中， 新造２１ ｔ轴重通用货车共有３２条轮对被更换，除少量
车轮由于轴承故障被更换外，由于轮对损伤和磨耗原因 被更换的轮对数占总更换轮对的９４ 。
轮对更换故障原因比率 ６％ ％
圈轴承故障■踏面磨耗口踏面剥离、凹下
图１轮对更换故障比率
轮对更换率：由于环行线试验中空重车不换载，被更
换轮对的车辆在试验中都是重车状态，而我国通用货车 在实际运营中空车率指标始终在３０ 左右 ］，一定时间
内空车走行公里与重车走行公里之比约为３：７，因此对 试验中轮对的更换率以７ｏ 折算系数按下式计算：
轮对更换率一 蚤 ×７。
计算结果：第１阶段１８万ｋｍ轮对更换率为１７．５ ，第 ２阶段约１７万ｋｍ轮对更换率为２３．３ ，在第２阶段
轮对更换率有所提高，主要是由于轮对踏面磨耗超限更 换都在第２阶段试验中发生。
４车轮损伤情况分析 ４．１ 车轮损伤故障模式及微观分析
试验中，车轮损伤故障模式表现为踏面剥离长度超 限、局部凹下深度超限及少量踏面擦伤。
车轮剥离发展表现为刻度状裂纹的损伤初始阶段、 进一步的剥离掉块发展阶段（图２）。观察中发现，刻度
状裂纹是踏面损伤的初始形式，裂纹呈刻度状，为大致 平行于轴向的一系列平行裂纹组成，沿圆周分布，一般
地，刻度状裂纹在圆周上的分布是相对均匀的，分
布于踏面的靠轮缘部、中部或者靠外端部，也可能同时 一一
图２车轮刻度状裂纹损伤及 车轮剥离掉快损伤
在这其中两个部位出现。随着试验的进行，裂纹逐渐变 长和间隔变窄。
研究表明，刻度状裂纹是典型的踏面制动热负荷反
复作用下而形成的热裂纹，当车轮受到高能量制动时， 车轮踏面浅表层将重复周向压应力一塑性变形一周向
拉应力这一低周应力疲劳的循环过程，这一热疲劳下的 损伤不断累积，最后萌生垂直于表层的热裂纹。
踏面剥离、局部凹下损伤超限更换的车轮共计２３ 条，其中第１阶段试验更换１４条，第２阶段更换了９ 条；其中Ｋ２转向架１ｌ条，Ｋ４转向架１２条，损伤轮位
有一定差异，但差异不大且表现为随机性。
４．２ 车轮损伤与运用里程的关系 将试验中车轮损伤更换与对应的试验里程绘出关 系趋势图如图３，可以看到，试验运行里程在４万ｋｍ左
右即开始有损伤超限车轮出现，１８万ｋｍ为损伤换轮
高峰期，２１万ｋｍ又出现次高峰。
ｌ０ 嚣 蝗 ２
图３轮对损伤故障与里程关系
车轮损伤对车辆性能会产生直接影响，同样以２１ ｔ 轴重车为样本，考虑实际运营中装载状态的变化，计算 车轮由于损伤的更换率如表２。
表２ ２１ ｔ轴重车两个阶段试验车轮损伤更换率
计算结果表明，新轮在运用１８万ｋｍ（相当一个段 修期），大约有１５ ９／６的轮对将由于损伤需要旋轮或更
换，运用３５万ｋｍ（相当约两个段修期），损伤更换比例
将达到约３４％，因此可以认为车轮的损伤将成为今后
铁路重载提速后车辆运用维修的主要故障之一。
３４ 铁道机车车辆 第３ｌ卷
５车轮磨耗情况分析 ５．１ 车轮磨耗情况与运行里程关系
在环行线试验中，车轮磨耗主要表现为踏面圆周磨
耗，轮缘磨耗较小。新造２１ ｔ轴重通用货车共有７条 轮对由于踏面圆周磨耗超过运用限度（８ ｍｍ）被更换，
更换情况见表３。被更换的车轮都是重车车轮，车型为 敞、平、罐车型，没有棚车，运用里程大部分在２０万～３２ 万ｋｍ之间。
表３新造２１ ｔ轴重通用货车车轮圆周 磨耗到限更换记录
由上述数据可初步判断，对于新造２１ ｔ轴重车辆， 即使提速到１２０ ｋｍ／ｈ运用条件下，在第１个段修期 （相应１８万ｋｍ运用里程）内，其使用的直径８４０ ｍｍ
车轮磨耗一般不会达到圆周磨耗运用限度。 ５．２ 车轮踏面圆周磨耗率
由于我们更关心的是车辆轴重提高对车轮磨耗的
影响，而我国目前投入运行的货车最高轴重为２５ ｔ，对 于今后新一代货车轴重提高后车轮磨耗的发展趋势，我 们只能根据现有运行车辆车轮磨耗情况寻求规律进行
推测，因此我们将２３，２５ ｔ轴重的试验车辆纳入研究样
本，首先以车轮实测磨耗量数据，对试验中不同轴重车 辆车轮踏面圆周磨耗率进行计算，按式（１）
磨耗率＝＝＝主篓篙 ｃｍｍ／万ｔ・ｋｉｎ）
（１） 其中磨耗率是以每辆车８个轮的磨耗量平均值与 该车的实际运行吨公里数的比值获得，数据如表４，计
算结果：
重车平均磨耗率ｄ＝＝＝０．０２１ ７ ｒａｍ／万ｔ・ｋｍ 空车平均磨耗率 —Ｏ．０４０ ４ ｍｍ／万ｔ・ｋｍ
表４试验车轮圆周磨耗率 从以上的计算结果分析： （１）空车的车轮平均圆周磨耗率大于重车，大约为 重车的１．９倍；但由于重车平均单轮承载大，同样运行
里程下，吨公里数大于空车，因此重车车轮圆周实际磨
耗量大于空车，大约为空车的２．２倍。 （２）随着轴重的提高，车轮圆周实际磨耗量成上升 趋势，例如重车条件下，２５ ｔ轴重车比２１ ｔ轴重车运行
１８万ｋｍ多磨耗约０．９ ｍｍ。 （３）２１ ｔ轴重改造车的车轮圆周磨耗率及实际磨
耗量都呈现出相对较大，与２１ ｔ改造车车况较其他车 型差有关，因此可以说，车况好坏是影响车轮圆周磨耗
快慢的一个直接因素。 ５．３数据误差分析
以上述平均磨耗率作为基础数据，反推计算２１， ２３，２５ ｔ轴重车辆运行１８万ｋｍ的磨耗量，与试验中实
测磨耗量进行比较，见图４。相对误差计算见表５。
２５ ２３ ２ｌ ２１改 平均 轴重／ｔ
图４轮对磨耗计算与实测对比
表５试验重车、空车车轮圆周磨耗量计算值与实测值对比
计算结果表明，反推磨耗量计算值与实测磨耗量误
差不大，相对误差在±１２ 以内（其中正误差表示反推
磨耗量高估，负误差表示低估）。 ５．４ 车轮圆周磨耗量经验公式
以上分析表明：以平均磨耗率计算出的反推磨耗量 与试验实测磨耗量的误差不大，并普遍略有高估（只有 ６ ５ ４ ３ ２ ｌ Ｏ
目目＼删瓣避 第６期 铁路货车车轮伤损及踏面磨耗规律的研究
２１ ｔ改造车略低估），因此我们认为可以将上述计算得
出的空重车车轮平均磨耗率作为基本参数，以期对不同 轴重不同运行里程的车辆车轮圆周磨耗进行推测，因此 提出经验公式如下：
Ｍ—Ｓ × ×Ｋ１＋ ×— ×Ｋ２） （２） 厶 。 式中Ｍ为车轮磨耗量（ｒａｍ）；Ｓ为运行里程（万公里）；
ａ为重车车轮平均磨耗率（取值０．０２１ ７）； 为空车车
轮平均磨耗率（取值０．０４０ ４）；Ｋ 、Ｋ。为空重车比率 （通用车重车Ｋ 取０．７，空车Ｋ 取０．３，专用车Ｋ 取
０．５，Ｋ 取０．５）。按经验公式（２）对现有运用车（２１，２３， ２５ ｔ轴重）及新一代货车（２７，３１．５ ｔ轴重）车轮圆周磨 耗量进行推算，计算中２１，２３，２５ ｔ轴重车自重分别取
２２．３，２３．７，２０ ｔ；２７，３１．５ ｔ轴重车自重分别取２８，３０ ｔ， 计算结果见图５、表６。
２１ ２３ ２５ ２７ ３１．５ 轴重／ｔ
图５不同轴重轮对磨耗推测
表６不同轴重车轮圆周磨耗量推算（１８万ｋｍ） 车型轴重／ｔ空重比率３：７磨耗量／ｍｍ空重比率１：１磨耗量／ｍｍ
计算结果表明：通用车轴重若提高到２７ ｔ，车辆运 行１８万ｋｍ，车轮圆周磨耗量为４．５ ｍｍ（空重比率按 ３：７计算）；专用车轴重若提高到３１．５ ｔ，车辆运行ｌ８ 万ｋｍ，车轮圆周磨耗量为４．４ ｍｍ（空重比率按１：１
计算）；两者数据相当，可以近似的认为，３１．５ ｔ的专用 车在专用线运输，如若按重车去空车返的运输方式使 用，在相同的运用里程下车轮的圆周磨耗量与２７ ｔ轴
铁路货车轮对常见故障分析
铁路货车轮对常见故障分析
作者：李岩
来源：《科学导报·学术》2020年第20期
摘 ;要：铁路货车轮对的作用主要是能够保证货车在钢轨上的运行和转向，承受来自货车的所有静载荷和动载荷，把载荷传递给轨道，并把因线路不平顺产生的载荷传递给货车各零部件。此外，货车的制动也是通过轮对起作用的。轮对的主要构件包括车轴、车轮和轴承以及其它附属件，本文从轮对和轴承两个较大的方面的常见故障进行探讨分析。
关键词：铁路货车;轮轴检修;常见故障
铁路是我国的主要运输方式之一，是我国国民经济的动脉。近年来，我国铁路货车逐渐向重载、高速的方向发展，对铁路货车的检修要求也越来越高，在铁路货车检修中，货车轮对是其中的一个非常重要的检查部件，因为它的性能和质量好坏直接影响着铁路货车的速度与运行安全。分析和把握铁路货车轮对的常见故障是解决这些问题的关键，下面笔者从轮对和轴承两个方面进行了分析。
1轮对的常见故障分析
轮对故障在日常货车检修过程中最为常见，具体来说有踏面磨耗（剥离、擦伤或局部凹陷）、轮缘磨耗及车轮、车轴裂纹等情况。
1.1踏面磨耗、踏面剥离、踏面擦伤或局部凹陷的原因与危害
（1）踏面磨耗。由于货车的整个静动载荷都是通过滚动的车轮传递给钢轨的，形成轮轨之间的长期摩擦导致了车轮踏面磨耗。车轮踏面磨耗后就会加大钢轨与车轮的接触面积，从而导致摩擦变大，形成更大的运行阻力;也会破坏踏面的斜度，使货车运行时的频率变高、波长变小，使车辆缺乏平衡性;更严重的还可能撞击到轨道连接螺栓，导致车辆脱轨事故。
（2）踏面擦伤或局部凹陷。这种故障大多是由于车轮抱闸滑行不良、制动力过强引起的。也有部分是因为材质不好、局部缩孔不足等原因造成的。一旦形成这种故障会使货车的车轮滚动圆周不圆，从而加剧冲击和振动，造成轴承损伤乃至燃轴情况的发生。
关于lm型车轮踏面外形磨耗的研究与展望
垦圈前沿理论与策略关于ＬＭ型车轮踏面外形磨耗的研究与展望李好龙张世颖中车北京二七车辆有限公司，北京１０００７２摘要：通过对厂修车辆车轮检测的外形和标准参考外形进行比对统计分析、研究并阐述，进而探讨车轮镟修的发展前景。关键词：磨耗；外形；分析随着我国铁路高速和重载发展。车轮磨耗现象日益严重，镟修间隔缩短。车轮镟修作业日益增加。本文通过抽样检测比对和统计分析摸索车轮磨耗后的外形（简称“磨耗外形”）与标准参考外形的差异，寻找磨耗外形是否存在规律性，对其分析研究，阐明观点及展望发展方向。一、标准与依据车轮踏面外形新车轮应符合ＬＭ型外形轮廓。四级修应符合ＬＭ一２８型外形及以上，三级修（二级修、一级修）应符合ＬＭ一２６型外形及以上。二、车轮镟修作业操作的现状车辆厂修时，轮轴修程为三级修或四级修．但对于车轮外形轮廓．须执行四级修限度。车轮预检。检查人员主要对车轮直径、轮辋厚度、轮缘厚度、踏面磨耗等进行预检，根据经验判定车轮能否满足镟修条件。镟修检测。镟修操作者进行加工前检测，主要检测项目为轮辋厚度、车轮直径、轮缘厚度等，根据镟修加工经验及经验公式确定镟修参考标准外形。因此，在依靠经验或经验公式的判定情况下，镟修时极易出现三种形式的浪费：一是该车轮在预检时将本能进行镟修的车轮判定为达不到镟修条件，判定报废．更换新品；二是镟修后能够满足限度要求，而根据经验公式得出的结果是不能镟修出符合限度要求的车轮外形。报废并补充新车轮；三是可以选择最小的加工总余量能加工出符合限度要求的车轮外形，而操作者追求简单省心，设定较大加工总余量，虽镟修后车轮外形符合限度要求，但较大的加工总余量将导致车轮轮辋厚度的非必要减小。三、车轮外形的比对分析与研究使用外形测量仪对车轮随机抽样检测。共计检测２４０片车轮的磨耗外形，实际有效样本为２２１片车轮。３．１前次镟修参考标准外形的判定通过将样本的磨耗外形分别与标准参考外形的轮辋内侧至轮缘外侧１２ｍｍ处·１６８·以上重合。可以准确的比对出该车轮前次镟修时选用的标准参考外形。如图１所示。根据比对，踏面的主要磨耗部位为轮缘外侧参考线１２ｍｍ以下部位，而轮缘外侧１２ｍｍ以上至轮缘顶部较少出现磨耗情况。根据统计，有４７片车轮约２１．３％出现１２ｍｍ以上的磨耗。３．２经济性与使用寿命的平衡性分析车轮的使用寿命在无其他缺陷的前提下，主要取决于镟修后的车轮直径和轮辋厚度是否满足修程限度。因此在满足标准和装用需求的前提下，镟修加工总余量越大，加工时间越长，成本越高，轮缘可以获取厚度越大，车轮轮辋剩余厚度越小，从车轮使用寿命和加工经济上考虑，加工总余量越小越有利于车轮寿命的延长．而轮缘厚度越大对后次车轮镟修越有利。因此加工总余量与轮缘厚度的确定至关重要，直接影响车轮的加工成本和使用寿命。将上述举例的磨耗外形与对应的标准参考外形点（０、０）重合，通过比对研究和统计，本次镟修在最小加工总余量的前提下能够加工出的车轮轮缘不小于前次加工时选定的标准参考外形的有２１５片车轮，约占９７．３％。如图１所示：有６片车轮在最小加工总余量时加工出的车轮轮缘小于前次加工的标准参考外形，占比约为２７％，该６片车轮的磨耗外形均为１２ｍｍ处以上部位存在磨耗。同时滚动圆处的磨耗较轻微。，，’。镟∞｛．一＃Ｅ≈／＾ｗ黜埽ｊｊ／ＬＭ群｝站、＾一…～：≈３毫＝‘，一！！＝＝一，｛一一——：≈＇＿———１：—一一。．｝茬≈！《～ｊ一．ＬＭ－２９＇５掣÷姆ｊ～ｒＭ日‘§轱恃≠…·－一＝。：二二＿＿＝三主二：｝Ｉ一一ｒ—＼＿７一～—～一‘‘№０＃Ｒ。１“２７５盏”聪ｆｊ“’’５譬４。孵……一：＝—＝：—＿。ｊ二；二二１ｒ一…—二－——卜—一一，：１图１判定前次标准参考外形及最小加工总余量下的外形比对样本中１２ｍｍ处以上存在磨耗的４１片车轮由于滚动圆处的磨耗较为严重．经比对后仍能镟修出轮缘不小于前次加工选定的标准参考外形。根据样本车轮磨耗外形的统计，以车轮滚动圆处的点（０。０）为基准．在最小的加工总余量的情况下，经过镟修后车轮轮缘厚度相比前次加工选定的标准参考外形的轮缘厚度平均增加Ｏ５４ｍｍ。四、研究结论根据目前检修操作现状结合样本的对比分析．得出以下结论：４１为产品质量追溯提够依据。根据检测出的磨耗外形与标准参考外形比对后能够准确的判断出上次镟修时选定的标准参考外形，以及在运用过程中车轮踏面的磨耗情况及趋势。４．２为最优的加工经济性提供依据。在最小加工总余量前提下，约９７３％的磨耗外形能够镟修出轮缘厚度不小于前次镟修选定的标准参考外形．且轮缘厚度平均增加０５４ｍｍ。五、前景展望经过本次的磨耗外形检测和标准参考外形轮廓比对。能够在理论上最大限度的降低加工和更新成本。同时延长车轮的使用寿命。将这种外形检测技术与轮辋厚度及宽度、车轮直径等检测有效融合实现自动化检测及信息电子共享化，同时与车轮镟修数控机床组成协同作业处理中心，将自动检测出的图形和数据与标准参考外形和限度通过处理、自动比对。再加入人工干预对踏面缺陷的加工补偿，协同作业处理中心将镟修前后的图形及数据直观显示，自动筛选出最优的镟修标准参考外形和加工总余量，为自动化、科学化、标准化加工生产奠定强有力的基础。参考文献：ＩＩｌ《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》（ＴＧ／ＣＬ２２４—２０１６）１２】《机车车辆车轮轮缘踏面外形》（ＴＢ／Ｔ
高速动车组车轮多边形磨耗规律研究及其对车辆系统动力学的影响
高速动车组车轮多边形磨耗规律研究及其对车辆系统动力学的影响
为了研究高速动车组车轮多边形在运行过程中的演变规律和多边形现象对车辆动力学的影响，在simpack软件中建立动车组的车辆-轨道动力学模型。根据构建的车轮质量磨耗模型，利用实测的多边形数据探索了车轮的磨耗规律，随着运行里程的增加，车轮多边形多表现在1阶和20阶多边形，统计结果表明，1阶多边形服从指数分布，20阶多边形服从正太分布，且拟合优度比较高，分别为0.96351和0.98667。通过傅里叶级数模拟车轮多边形，通过simpack计算仿真不同多边形深度和阶数对动车组动力学性能的影响，结果表明：高阶多边形多动力学的影响远大于低阶多边形，且轮轨垂向力、脱轨系数和轮对的垂向振动随多边形深度的增加也不断增加，车轮多边形形象对车辆的Sperling指标的影响比较小。可以看出车轮多边形现象的出现对车辆动力学的影响很大。
标签：高速动车组车；车轮多边形；车轮磨耗；动力学
1 简介
随着我国铁路行业的发展，动车组运行过程中的安全性和稳定性受到了越来越多的关注。车轮作为动车组的一个关键部件，其踏面状态直接影响着轮轨接触关系，在动车运行过程中，由于存在轮轨件的接触摩擦、机械振动、外力冲击等因素导致车轮运行过程中出現车轮磨耗的现象。在实际运行过程，随着运营里程的增加会逐渐出现车轮多边形的想象，形成运行过程中的短波不平顺，在轮轨接触处产生冲击，影响着车辆运行过程中的轮轨接触力、平稳性、安全性。高速列车再出现多边形现象后会引起很大的振动，可能会缩短构架、齿轮箱、轴箱轴承、构架等关键部件结构疲劳寿命，从而缩短了镟修周期和引起车内外比较大的振动噪声[1-3]。动车组车轮的多边形磨损是铁路车辆滚动圈内谐波磨损不均匀的现象。
普通铁路和高速铁路出现车轮多边形磨损问题，金雪松[4]等学者对其机制进行了深入研究，但其多边形演变规律尚未得到体现，将是一个迫切需要解决的问题。
重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真研究
重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真研究
目录
1. 内容概述................................................2
1.1 研究背景.............................................2
1.2 研究意义.............................................3
1.3 国内外研究现状.......................................4
2. 重载货车车轮磨耗理论分析................................6
2.1 车轮磨耗机理.........................................7
2.2 影响车轮磨耗的主要因素...............................8
3. 车轮滚动接触疲劳理论分析................................9
3.1 滚动接触疲劳机理....................................10
3.2 影响滚动接触疲劳的主要因素..........................11
4. 重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真方法.................13
4.1 有限元分析方法......................................13
4.2 车轮材料本构模型....................................15 4.3 仿真参数设置........................................16
5. 重载货车车轮磨耗仿真实验...............................17
5.1 实验设备与材料......................................19
铁路货车运用中车轮故障的发现和预防
铁路货车运用中车轮故障的发现和预防
【摘要】随着中国铁路货车高速重载的发展，万吨列车的开行，对货车的检修质量的要求越来越高，车轮作为转向架的重要组成部分，是其主要的受力部分，是保证车辆安全运行的重要保障。但近年来，C80万吨列车车轮故障比较突出，主要表现为踏面擦伤和剥离，这些故障多数发生在列车制动过程中，对铁路货物的正常运行带来极大的威胁。
【关键词】车轮故障；货车运用；发现办法；预防措施
一、车轮的种类
（一）弹性车轮
弹性车轮是在轮心（轮毂）与轮箍之间安装弹性元件——橡胶垫，与整体车轮相比，车轮在空间三维方向上的弹性比较柔软。这样的车轮称为弹性车轮。这种车轮的优点是：明显减少了车辆的簧下质量，减少了轮轨间的作用力，并切换和冲击的效果很好，提高了车辆的运行平稳性，改善了车轮与车轴的运用条件，减少轮轨之间摩擦，减少了噪音。车轮的缺点：结构复杂，制造检修较难，并且会使车辆运用阻力略有增加。
（二）轮箍轮
轮箍轮又称带箍轮或有箍轮，有轮箍、轮心、和扣环组成。这中车轮就工作性质而言是比较合理的，轮箍轮采用平炉优质钢（化学成分：C含量为0.05%-0.7%，Mn含量为0.06%-0.9%，Si含量为0.15%-0.355，S和P含量都不大于0.005%）压制而成。优点：他具有强度高，耐磨性好。
（三）辗钢轮
辗钢轮又称辗钢整体轮，是有钢锭经加热碾轧而成，并经过淬火处理。辗钢轮具有强度高、韧性好、自重轻、安全可靠的特点，运用中不会发生轮箍松动和崩裂故障，适应重载和运行速度高德要求；并且维修费用低，轮缘磨耗过限后可堆焊，踏面擦伤后可旋削等优点。所以是我国铁路的主型车轮。但是辗钢轮制造技术复杂，设备投资大。
（四）铸造形式车轮
铸钢车轮是有钢水在生产线上直接铸造成型。与辗钢轮相比省去了铸锭、截断在加热等诸多程序，因而具有生产工序少、劳动力消耗少、生产能耗低
二、车轮的各部分名称及作用
1.轮缘：车轮的内侧面边缘凸起的部分，它的作用是防止车轮跑出轨外，使货车在曲线和直线上运行安全。
铁路货车车辆轮对故障及其解决方案探析
环球市场/理论探讨
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-铁路货车车辆轮对故障及其解决方案探析王朝辉河钢宣钢物流公司 摘要：在对铁路货车车轮进行临时性的验收时，发现铁路货车车辆车轮踏面剥离、擦伤、圆周磨耗踏面故障非常严重，这会造成铁路货车行车的安全隐患，严重情况下会影响到货车司机的人身财产安全。为此，铁路货车维修管理人员特意对铁路货车车轮故障，进行定期和不定期的检查工作，借此减少铁路货车车轮故障的发生。与此同时，铁路货车车轮维修工作的强化也是减少铁路货车的检修成本，但若要从根本上杜绝铁路货车车轮故障的产生，还需要对铁路货车车轮常见故障进行系统化故障因素分析，并总结出与之对应的防范措施。关键词：铁路；货车；轮对；故障；防控1导言轮对是车辆中的关键部件之一，轮对一旦出现故障，势必影响车辆的安全平稳运行，严重的可能造成脱轨，甚至颠覆，后果不堪想象。主要针对货车轮对常见故障进行分析，并提出防控措施，了解和掌握轮对的常见故障，可以为减少制造缺陷提供理论参考，同时为车辆运用维修工作提供技术参考。2铁路货车车轮常见故障2.1踏面圆周磨耗踏面圆周磨耗是指车轮踏面在运用过程中，车轮直径尺寸减小，改变了踏面标准轮廓。这是1种不可避免的自然磨耗，但磨耗尺寸超过运用限度，就会造成不良后果。踏面圆周磨耗的危害在于：2.1.1破坏锥形踏面的作用，踏面圆周磨耗6.1mm后即呈圆柱形踏面。由于经常处于滚动中的踏面圆周是靠近轮缘部分。所以磨到9mm以上时，往往出现靠近轮缘处凹下，外侧高起，这样就失去了锥形踏面的作用，在曲线上2个轮不能同时滚动通过曲线，外轮要产生滑动，在直线上出现导前滞后现象时也不能自行纠正位置，加剧轮缘与钢轨的磨耗。2.1.2通过道岔时，有效搭载量减少并外移，使踏面外侧产生碾堆，瞬间产生作用于基本轨内侧头部的横向力使其轨距扩大，由基本轨向尖轨或向辙叉心过渡时车轮上下跳动大。2.1.3使轮缘的相对高度增加，易与鱼尾板连接螺栓之螺母相碰或切断螺栓。因此要严格防控踏面圆周磨耗，把它掌握在运用限度以内，一旦超出就可能造成行车事故。2.2踏面擦伤、剥离、局部凹入踏面擦伤是由于车辆运行中制动力过大，抱闸过紧，车轮在钢轨上滑行，踏面局部被磨成平面。运用中滚动轴承轮对的踏面擦伤深度不得超过1mm。这是因为踏面擦伤会引起车辆运行时振动过大，加剧车辆零部件的损坏[3]。如果擦伤过限后，轮对圆弧面上出现较大的局部平面，使轮对不能圆滑滚动，增加冲击振动。例如，轮径840mm，擦伤深为2mm时，其弦长为81mm，就是有84mm长的平面参与滚动；若擦伤深度超过2mm，其弦长更长，车轮滚动中振动必然加剧。调查显示，2010年某车辆段共防止35起滚动轴承破损故障，其中30件车轮踏面有陈旧性擦伤(过限)。由此可见，踏面擦伤对安全行车影响很大，如不认真对待解决，必会造成极大的安全隐患。踏面剥离、局部凹入都是由于材质不良致使轮轨间的挤压而造成，其危害性与踏面擦伤相同，因此，也应使其防控在运用限度范围之内。2.3轮缘故障轮缘运用后，越磨越薄，在薄到一定程度后，容易爬上尖轨。原因在于：道岔的曲线半径比较小，又不超高，当轮对通过道岔时，在离心力的作用下，使轮缘受到较大的横压力。此外，尖轨的尖端处上平面低于基本轨，因此，当轮对通过道岔时尖轨与轮缘的顶部接触，而轮缘顶部比较平坦，故在轮对承受较大横压力的情况下，轮缘顶部很容易往尖轨上爬，引发车辆脱轨事故。如果轮缘有足够的厚度，轮缘外侧则将被基本轨挡住，不会使轮缘顶点爬上尖轨顶端。目前，规定轮缘厚度的运用限度是23mm，即轮缘外侧部分至轮缘顶点距离为6mm。如果尖轨尖端部分的厚度为3mm，由于轮对通过尖轨时会挤压基本轨，那么尖轨尖端与基本轨之间会产生2mm的间隙，此时两者相加为5mm，小于轮缘外侧与轮缘顶点间的距离，这样，轮缘顶点便无法爬上尖轨。另外，由于材质原因及行车中撞击或碾压作用造成的轮缘内侧欠损和踏面欠损也是不能忽视的问题，虽然发生不多，但危害极大。综合车轮的各种故障，值得一提的是，制动力过大造成的车轮故障中，人为因素导致制动力过大的现象比较普遍。首先，车站使用驼峰调车作业时，调车员使用单侧铁鞋调速是造成货车车轮踏面擦伤的直接原因。再者，机车操纵不当，按规定应使用常用制动时，机车乘务员使用紧急制动，也是造成车轮故障的原因之一。因此，规范人工作业标准，也是防控车轮故障的措施之一。3防控措施及建议3.1列检做好列车接进入检查，对振动较大的轮对，不仅要对踏面进行100%圆周检查，还要加强对轴承等关联部位的检查；对擦伤车轮伴有轴承甩油或红外线最大值预报的，必须起轴转动检查，发现擦伤超限或轴承转动异常的车辆必须进行扣修处理。3.2检修、站修必须加强生产组织，提高台位利用率和生产效率，严格落实检修工艺流程和作业标准，良好轮轴的储备定量要满足处理轮轴故障的需要。3.3列检必须加强对THDS、TADS、TPDS报警故障的确认和处理，对达到解体标准的列车，系统预警的故障车辆必须全数检查确认，对达到扣车标准的故障车辆必须做到全数扣修。3.4充分发挥5T系统综合预报作用，研判风险，及时发现轮轴早期故障，消除故障隐患，确保行车安全。结语：综上所述，在铁路货车车辆行进中，轮对是高速旋转滚动的，不仅承载着车辆及货物的总重量，本身还会产生冲击振动荷载，在此条件下，轮对故障是比较容易出现的。因此，加强对铁路货车车辆轮对故障的研究与了解，采取合适的解决方法，对提高铁路货车车辆行驶安全有着重要意义，有助于促进货物运输行业的进步。参考文献：[1]陈立新.铁路货车车辆轮对故障分析及改进措施[J].科技创新导报，2014(36)：52.[2]宫海龙.铁路货车车辆轮对故障及其解决方案思考[J].中国高新技术企业，2015(08)：114-115.[3]刘文瑞.关于铁路货车车辆轮对故障及其解决方案的思考[J].科技视界，2013(27)：86-87.[4]杨桂华，孙桂清.车轮踏面擦伤及剥离故障对车辆安全的影响[J].山东工业技术.2015，21：233.
车轮踏面擦伤原因分析及措施
车轮踏面擦伤原因分析及措施
车轮踏面擦伤原因分析及措施
车轮踏面擦伤是车辆在运行之中发生的主要故障之一,危害性极大.严重危及着列车的运行安全,影响铁路运输的提高。因此,分析轮对踏面擦伤原因及制定预防措施已成为现场亟待解决的问题。
１.车轮擦伤的原因分析
1.1司机操纵不当
在长大下坡道时,司机将小闸推向缓解位,使车辆制动机车缓解.这种用车辆制动拖住机车的方法会增加车辆制动力;另一方面，由于长大货物列车的增加，列车在进入列检所停车时,采用了二次停车，此时，由于部分车辆没有缓解,车轮产生滑行，造成擦伤。
1.2温度条件变化原因
严寒季节钢轨面上有冰雪、霜冻、油污，使轮对与钢轨的粘着系数降低，制动力大于粘着力，造成车轮擦伤。
1.3车站调车作业时使用单侧铁鞋
车辆从驼峰上溜放下来受到单侧铁鞋的阻力后，有铁鞋一侧的轮对被垫起，而另一侧的轮对由于停止转动与钢轨产生剧烈摩擦，造成轮对踏面擦伤。
1.4车辆制动机故障、部分配件作用不良
冬季气温下降，三通阀油脂凝固或风道凝结水进入风管内，造成三通阀滑动部分因摩擦阻力增大，在列车紧急制动时作用缓慢不良或不起作用，造成列车制动快慢不一致，制动压力高低不均而造成车辆车轮擦伤。
1.5空重车装置调整不正确
运用部门根据车辆每轴平均载重确定“空车位”和“重车位”，使车辆产生不同的制动力。如果空车运行，而车辆的空重车手炳至于重车位时，将使制动力大于粘着力，造成车轮滑行，擦伤轮对。
1.6闸瓦自动间隙调整器故障或调整不当
现场车辆在做定期检修时，还须对闸调器做减小间隙、增大间隙实验。该项实验常常被简化，造成制动缸活塞行程过长或过短，如果行程过短时，致使制动力增大，出现闸瓦紧抱车轮，甚至抱死车轮，造成车轮严重擦伤。
铁路车辆辗钢整体车轮踏面剥离缺陷分析
铁路车辆辗钢整体车轮踏面剥离缺陷分析
一、引言
铁路车辆是现代交通运输的重要组成部分，其运行安全性是保障乘客安全的关键。然而，由于长期使用和环境因素的影响，铁路车辆的部件会出现各种缺陷。本文将重点研究铁路车辆中整体车轮踏面剥离缺陷，并对其进行深入分析。
二、整体车轮踏面剥离缺陷的定义和分类
整体车轮踏面剥离是指铁路车辆中的轮胎表面出现裂纹、破损等情况，导致轮胎表层与内层分离。根据裂纹程度和位置，可以将整体车轮踏面剥离缺陷分为三类：表层裂纹、内层裂纹和深度剥离。
1. 表层裂纹
表层裂纹是指出现在整体车轮踏面表层的细小或者明显可见的裂纹。这种缺陷通常由于长期使用或者外界冲击引起，对行驶安全性影响较小。
2. 内层裂纹
内层裂纹是指裂纹出现在整体车轮踏面内层，这种缺陷通常由于轮胎材料质量问题或者制造工艺不当引起。内层裂纹的存在会降低整体车轮的强度和稳定性，对行驶安全性造成潜在威胁。
3. 深度剥离
深度剥离是指整体车轮踏面出现严重破损，导致表面与内部材料分离。这种缺陷通常由于长期使用或者严重外界冲击引起，对行驶安全性影响较大。
三、整体车轮踏面剥离缺陷的成因分析
1. 材料质量问题
铁路车辆中的整体车轮通常由橡胶和金属材料组成。如果橡胶材料质量不佳或者金属材料存在缺陷，就会导致整体车轮踏面剥离的发生。
2. 制造工艺不当
制造过程中如果存在工艺问题，例如温度控制不当、压力过大等因素，就会导致整体车轮踏面剥离的发生。
3. 长期使用和外界冲击
铁路车辆的整体车轮在长期使用过程中会受到不同程度的磨损和冲击，如果超过了材料的承受能力，就会导致整体车轮踏面剥离。
四、整体车轮踏面剥离缺陷的检测方法
为了及时发现和修复铁路车辆中的整体车轮踏面剥离缺陷，需要采用有效的检测方法。目前常用的检测方法包括目视检查、超声波检测和磁粉探伤。
1. 目视检查
目视检查是最常用和简单的方法，通过人工观察整体车轮表面是否存在裂纹、破损等情况。然而，这种方法只能发现明显可见的缺陷，并且需要人工操作，效率较低。
铁路货车车轮踏面剥离原因
铁路货车车轮踏面剥离原因
一、 引言
铁路货车车轮踏面剥离是铁路运输中常见的一种故障，它会对列车的运行安全和运输效率产生严重影响。本文将就铁路货车车轮踏面剥离的原因进行详细分析，以便采取有效措施进行预防和解决。
二、 材质问题
车轮踏面的材质是影响其耐磨性的重要因素。如果材质硬度过高或过低，或者含有杂质，都可能导致车轮踏面剥离。因此，选用优质材料并严格控制制造过程中的材料质量是预防车轮踏面剥离的重要措施。
三、 制造工艺不当
制造工艺对车轮踏面的质量有着至关重要的影响。如果车轮在制造过程中出现淬火不均、硬度不达标等问题，都可能导致车轮踏面剥离。因此，提高制造工艺水平，确保每一轮对的质量，是防止车轮踏面剥离的关键。
四、 运用环境恶劣
恶劣的运用环境会加速车轮踏面的磨损和剥离。例如，山区铁路的弯道、隧道等复杂地形，以及城市铁路的频繁启动和制动等，都可能造成车轮踏面的剥离。因此，优化列车运行线路和运输组织方式，减少恶劣环境对车轮踏面的影响，是降低车轮踏面剥离发生概率的重要措施。
五、 货物装载不均
货物装载不均会导致货车在运行过程中发生偏载，加大对部分车轮的磨损，从而引发车轮踏面剥离。因此，加强货物装载管理，确保货物的均衡分布，是防止车轮踏面剥离的有效手段。
六、 列车制动频繁
频繁的列车制动会使车轮与轨道之间的摩擦加剧，导致车轮踏面温度升高，容易出现剥离现象。因此，优化列车制动系统，减少不必要的制动，是降低车轮踏面剥离发生概率的重要措施。
七、 车辆超载严重 车辆超载会加重车轮的负担，加速车轮踏面的磨损和剥离。因此，严格执行车辆超载规定，杜绝超载现象的发生，是防止车轮踏面剥离的有效手段。
八、 轨道条件不佳
轨道条件的好坏直接影响到车轮踏面的磨损和剥离。如果轨道存在不平整、弯道超高不足等问题，都会导致车轮踏面的异常磨损和剥离。因此，定期对轨道进行检测和维护，确保轨道状态良好，是降低车轮踏面剥离发生概率的重要措施。
浅淡车轮踏面擦伤的原因
继续教育学院毕业论文
浅淡车轮踏面擦伤的原因及措施建议
姓名： 金 亮
班级： 10铁道车辆
指导教师： 罗世民 副教授
时间： 二0一一年十月
浅淡车轮踏面擦伤的原因及措施建议
摘 要
本文对铁路货车车轮踏面擦伤故障原因和危害进行了总结分析，并针对新技术、新设备运用现场及检车员作业的实际，提出了几个方面的建议和应采取的措施、对策。
轮对是转向架的重要部件之一，也是直接影响车辆运行安全的关键部件之一。轮对承受着车辆的全部载荷，且在轨道上高速运行，而轮对踏面局部擦伤后，车辆振动急骤增加，使车辆零部件的损伤加剧、缩短了其使用寿命，同时也增加了对货物的损伤。因此，车轮踏面擦伤将是严重威胁列车提速安全的重要问题之一。为进一步探讨轮对踏面擦伤的原因，在货车检修工作中针对造成擦伤故障的几个原因进行了调查分析，并提出了相关建议。
[关键词] ：轮对；踏面；擦伤；分析；措施
目 录
摘 要………………………………………………………………………………1
第一章 轮对踏面擦伤故障造成的危害……………………………………………2
1.1给列车运行安全带来害………………………………………..………….2
1.2缩短轮对的使用寿命……………………………..……………………….2
第二章 轮对踏面擦伤故障原因分析………………………...…………………….3
2.1闸瓦间隙自动调整器故障……………………………………………..….3
2.2机车乘务员对车辆制动故障应急处理不当或运行中操作不当……..….3
2.3空重车调整装置调整不正确…………………………………………..….3
2.4车辆空气制动机故障………………………………………………..…….4
2.5列检职工列车作业质量低……………………………………..………….4
2.6制动波速不一致…………………………………………………..……….4
2.7基础制动故障或调整不当………………………………………….……..4