DF11型機車輪對擦傷故障分析

南車戚墅堰機車有限公司 奚麗君

DF11型機車輪對擦傷故障分析

南車戚墅堰機車有限公司 奚麗君

輪對是機車走行部分的安全關鍵件，機車的全部重量都通過輪對支承在鋼軌上，通過輪對滾動使機車前進。輪對質量直接影響行車的安全性。因此，輪對的損傷應引起足夠的重視。

一、現狀

2011年下半年至2012年年初，南車戚墅堰機車有限公司對DF11、D11GF型機車進行了維修，維修過程中發現，雙機聯掛正線試驗以及機務運行初期時，輪對踏面擦傷，直接對機務段的運行造成困難。車輪擦傷后，需要進行單個鏇俢和全套鏇俢或更換全部閘瓦。1臺機車旋俢的費用約5 000元。這嚴重影響了公司的生產，對公司的聲譽造成了一定損失。因此，分析機車輪對擦傷的原因、制定合理的維修措施，勢在必行。

二、原因分析

通常，造成輪對踏面擦傷主要原因包括機車制動、輪對質量和調車作業3個方面。

1.機車制動問題。

（1）制動閥質量。車輛檢修質量不高導致制動閥故障多發，影響車輛運行。其突出表現為機車在運行中途制動抱閘，這也是輪對踏面擦傷的重要原因之一。

（2）制動波不一致。制動波不同，制動緩解差異大，最先制動及最后緩解的機車不可避免地會出現車輪踏面擦傷。

（3）閘調器質量。閘調器能根據閘瓦間隙的變化，自動調整制動缸活塞行程，以保證制動時機車有足夠的制動力。如果閘調器在機車運行中發生拉桿伸長不能復原的故障，閘瓦會一直抱住車輪，從而產生踏面擦傷。

（4）司機操作。司機頻繁使用緊急制動和未緩解完就拉車等操作都會導致閘瓦抱死輪對，致使輪對滑行造成踏面擦傷。

2.輪對質量問題

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

（2）車輪材質問題 。車輪材質硬度、耐磨性和相對于回轉中心的質量偏差等問題，都會引起輪對擦踏面擦傷。

（3）調車作業問題。主要表現在兩個方面：一是調車作業車輛溜放時使用鐵鞋制動，踏面與鐵鞋的劇烈摩擦會引起車輪擦踏面擦傷；二是手閘未松或放風不徹底 ，調車作業時，如果對全部車輛放風不徹底或人力制動機未松開，在閘瓦抱死輪踏面的情況下拉動車輛，會造成車輪滑行而導致踏面擦傷。DF11型機車輪對擦傷實際照片如圖1所示。從擦傷的照片來看，輪對踏面有整圈的輕微閘瓦擦傷痕跡和較大擦傷一處，另外機車出現過緊急制動。從照片可以判斷出，較大一處是因為緊急制動閘瓦抱閘產生，整圈的輕微閘瓦擦傷痕跡與車輪或是閘瓦的材質有關。DF11型機車是采用踏面制動，閘瓦是采用L2型低磨的粉末冶金閘瓦。推斷輪對的踏面擦傷的最主要的原因就是制動過程中，由于各方面原因，某個瞬間發生了滑行，輪軌黏著系數急劇下降，使車輪踏面發生擦傷剝離事故。

圖1 擦傷照片

3.黏著力計算。黏著力Fu按下述公式計算：

式（1）中，Pμ為機車總重，g為重力加速度。μz為黏著系數。

干燥軌面和潮濕軌面黏著系數分別按《列車牽引計算規程TB/T 1407–1998》中計算公式進行計算。

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

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

4.制動力計算。全部閘瓦正壓力K計算公式如下：

式（4）中，Kk為單個閘瓦正壓力，nb為單元制動器個數，db為制動缸直徑，pb為制動時制動空氣壓力，ηb為基礎制動裝置傳動效率，rb為制動倍率。

查閱相關資料可知，DF11內燃機車單元制動器相關參數為：nb＝ 20，db＝ 177 mm，ηb＝ 0.85，rb＝ 4。

實算制動力計算公式如下：

式 （5）中，B為制動力，φk為實算摩擦系數。

通過第三方認證機構進行閘瓦1∶1試驗臺試驗數據：制動速度為120 km/h時，摩擦系數為0.155。通過計算分析可知，當制動缸壓力為420 kN時，制動力是109.4 kN；當制動缸壓力為390 kN時，制動力是101.7 kN。

5.粉末冶金閘瓦試驗。影響制動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品質量監督檢驗中心機車車輛檢驗站，分別對半磨耗的舊閘瓦和新閘瓦進行了制動摩擦試驗，試驗依據《TB/T3005–2008機車粉末冶金閘瓦》進行。

從試驗的檢測報告發現，當閘瓦推力是38kN，機車速度是120 km/h時，舊閘瓦的平均摩擦系數是0.224，新閘瓦的平均摩擦系數是0.232。根據《TB/T3005–2008機車粉末冶金閘瓦》可知，對于L2型閘瓦來說，當制動速度是120 km/h時，平均摩擦系數為0.173±0.03。可以發現，閘瓦的實際摩擦系數比標準高出了0.062。

通過制動力的計算公式可以發現，此狀態下制動力比理論值將增加35.84%。實際的制動力是148.61 kN，制動力大于了黏著力，從而導致了車輪的擦傷。由此可見合格的閘瓦對機車的行車安全至關重要。

三、整改措施

通過上述的分析可知，粉末冶金的質量對于踏面狀態起著決定性的作用，因此，筆者所在公司對閘瓦制造商嚴格要求，制造商必須嚴格按照《TB/T3005–2008機車粉末冶金閘瓦技術標準》執行。

四、結論

經過公司與閘瓦制造商的共同努力，更換的新閘瓦機車沒有出現類似的擦傷現象，并且運行狀況良好。