HXD2B型機車合成閘瓦剝落造成金屬鑲嵌故障原因分析及預防措施

孫欽友 劉如毅 丁 東 上海鐵路局徐州機務段

HXD2B型機車合成閘瓦剝落造成金屬鑲嵌故障原因分析及預防措施

孫欽友 劉如毅 丁 東 上海鐵路局徐州機務段

HXD2B型機車閘瓦金屬鑲嵌問題十分突出，介紹該類故障的主要技術特征，分析故障成因，指出合成閘瓦材質不良是主要原因，并結合現場實際提出具體的預防措施。

HXD2B型機車；合成閘瓦；金屬鑲嵌；故障特征；原因分析；預防措施

1 前言

徐州機務段自2011年臨支HXD2B型電力機車以來，車輪剝離、閘瓦破損等故障十分突出。據該段行修組統計，閘瓦磨損到限400多副，斷裂、掉塊150多副，車輪擦傷、剝離300多件，輪緣卷邊、掉塊50多件。特別是閘瓦金屬鑲嵌問題十分突出，機車運行中閘瓦與車輪間產生金屬夾雜物，嚴重時抱死輪對，對鐵路運輸安全構成了威脅。

2 故障調查

2011年以來，該段HXD2B型機車共發生15件較嚴重的閘瓦金屬鑲嵌故障，見表1。

表1 HXD2B機車車輪擦傷剝離故障調查表（2011年6月至2015年2月）

故障閘瓦、車輪及金屬鑲嵌物具有以下技術特征：

（1）金屬鑲嵌物的質地堅硬，外形為片狀、條塊狀，與踏面接觸的一面有明亮的金屬光澤和摩擦痕，并呈現過熱氧化色，與閘瓦貼合的背面形狀不規則，見圖1。小片的金屬鑲嵌物取出后，若檢查車輪踏面及閘瓦無嚴重磨損、擦傷，符合運用技術要求的，可以繼續運用，不用扣車檢修。大塊的金屬鑲嵌物往往拉傷車輪踏面，需要扣車鏇輪。如0038、0105、0169、0037、0041機車的金屬鑲嵌物大小為半塊閘瓦大小，0045機車的金屬鑲嵌物大小為上下兩塊閘瓦大小，車輪都被嚴重拉傷。

圖1 閘瓦金屬鑲嵌物

（2）閘瓦與車輪輪輞過熱變成磚紅色，0045機車最為嚴重，閘瓦顏色呈現暗紅色，見圖2。

圖2 故障閘瓦

（3）發生金屬鑲嵌的機車的閘瓦都出現了不通程度的掉塊、剝落現象，其中0045機車閘瓦踏面80%已剝落，0038、0105、0169、0037、0041機車閘瓦踏面剝落面積達60%左右。發生故障前曾出現掉塊、磨損到限更換的情況，如0035、0039、0040機車故障發生前因掉塊更換閘瓦，0038、0041、0105、0155、0157機車故障發生前因到限更換閘瓦。

（4）車輪踏面存在劃痕。0045機車最為嚴重，形成有15道環形溝槽，其中最深處達到3.5 mm。0038、0105、0169、0037、0041機車深度最深處為2 mm。

（5）故障機車大多伴隨著制動緩解不良現象。如0037，2013年11月2日1故障，9月26日、9月29日途中出現不緩解現象，10月9日開車前出現不緩解現象。

3 原因分析

根據現場的檢查情況分析認為，發生閘瓦金屬鑲嵌的可能原因有：

（1）閘瓦材質

HXD2B機車閘瓦據稱是不含石棉的合成閘瓦，最高工作溫度為350℃。合成閘瓦在強力摩擦時會發生高熱，此時，摩擦材料的強度、剛度與常溫時不同，會發生較大的變化，存在熱衰退、熱龜裂問題。合成的摩擦材料在溫度280℃~300℃時就會產生強度損失，合成閘瓦比鑄鐵閘瓦更容易由于車輪和閘瓦的摩擦產生粘結物形成金屬粘結，這些夾雜物會使車輪踏面出現環形損傷，并轉移到閘瓦上。閘瓦中增摩粒子過大、過多，易產生金屬磨屑；閘瓦的粘度過大，或使用后粘度變大，容易粘附金屬磨屑；閘瓦基體較軟，金屬磨屑也易于嵌入。

HXD2B型機車在該段運用以來，發生閘瓦斷裂、掉塊150多副，而同期采用單元制動器踏面閘瓦制動方式的DF11、DF11G型機車并無閘瓦裂損、掉塊現象，說明該型機車閘瓦質尚不能滿足HXD2B型機車制動熱負荷的強度要求。從發生閘瓦金屬鑲嵌的時間來看，主要集中在2013年，2014年少，2015年又有增多跡象，這或許與閘瓦的生產批次有關。通常，不同批次的閘瓦質量會有所不同。

（2）閘瓦結構

閘瓦的結構形狀也可能是影響HXD2B型機車閘瓦金屬鑲嵌的重要因素。DF11、DF11G型機車閘瓦采用組合式閘瓦，每塊閘瓦由三小塊組合而成，每小塊之間具有垃圾溝，既可以疏導摩擦產生的磨粒，又有利于散熱。HXD2B機車閘瓦是整體的，沒有垃圾溝，金屬磨屑不易排出，比組合式閘瓦更易形成金屬夾雜物。

另外，DF11、DF11G型機車采用雙側踏面制動，HXD2B型機車采用單側踏面制動。在相同的制動功率下，采用雙側踏面制動，車輪與閘瓦的摩擦面積成倍地加大，可以顯著地降低摩擦面的溫度，避免閘瓦強度的降低。

（3）制動機故障

HXD2B機車制動系統故障比較突出，2011年以來共報修制動系統不緩解故障500多件，主要是單閥、自閥制動后不緩解問題。這類故障經常發生，到段檢查試驗時往往不再重復出現，于是得不到徹底處理，機車長期帶癥運用。閘瓦不緩解或機車電制動異常、高速時自動實施空氣制動，產生大量制動熱量，造成車輪踏面制動剝離，尺寸較大的金屬片成為金屬鑲嵌的萌生點。另外，制動壓力大或制動壓力不均勻產生大量金屬磨屑，長時間抱閘運行，造成的閘瓦的硬度下降，也是誘發閘瓦鑲嵌故障的因素。如0211機車，2013年12月4日，分配閥EPM、BCU故障，2013年12月9日常用制動不緩解，2014年4月18日途中出現不緩解現象，2014年5年14日左1車輪踏面剝離鏇修，2014年6月28日日出庫試驗機車不緩解，7月2日發生閘瓦鑲嵌故障。

（4）車輪硬度

據車輪鏇修工反映，HXD2B型機車車輪硬度比DF11、DF11G型車輪低，比較容易車削。HXD2B型機車輪輪緣卷邊、掉塊現象比較突出，也說明了車輪材質較軟的特點。當機車制動時，閘瓦與車輪踏面間的硬物可能拉傷車輪，脫落的金屬在制動力作用下堆積、發熱，金屬堆積物硬度更大，拉傷車輪，使車輪踏面形成環形溝。0035、0038、0211機車車輪在鏇修后不久發生了閘瓦金屬鑲嵌現象，也印證了這一現象。

（5）閘瓦安裝

在已更換的眾多閘瓦中，雖然出現金屬鑲嵌故障的是少數，但是出現金屬鑲嵌的閘瓦多數是更換時間不久的。因此，更換閘瓦的方法也可能是造成閘瓦金屬鑲嵌的因素之一，閘瓦間隙過小不利于磨屑自然清除。

（6）砂子質量

HXD2B型機車撒砂閥（管）經常因為砂子潮濕板結而堵塞，在機車需要撒砂防滑時無法撒砂，車輪空轉打滑引起的踏面擦傷不可避免。

4 預防措施

（1）改進閘瓦材質與結構

借鑒DF11、DF11G型合成閘瓦的經驗，研制新型HXD2B型機車專用合成閘瓦，進一步改進材質，包括提高閘瓦的抗熱衰性能、機械強度等。采用帶垃圾溝的組合式閘瓦，將金屬磨屑、剝離碎片及時排出，防止閘瓦鑲嵌。

（2）盡量使用電制動，低速停車時再實施空氣制動

HXD2B型機車具有恒制動力的電制動特性，每個制動級位對應著一個固定的電制動力值，但不超過該速度下的最大電制動力。HXD2B型電力機車制動控制原則：優先使用電制動，運行速度應在3 km/h以下時釋放電制動，加入空氣制動。該段機車司機大多是內燃機車司機出身，對新型電力機車制動機性能不甚了解，單機運行或調車時，司機習慣使用空氣制動調速。若機車在高速運行時加入空氣制動，將產生大量的制動熱量，引起踏面制動熱剝離，誘發閘瓦金屬鑲嵌故障。如0155機車，調車時，使用單閥調速，發生閘瓦鑲嵌故障。因此，改變操縱習慣，優先使用機車電制動，盡量不用單閥調速，對于減少制動熱剝離和防止閘瓦金屬鑲嵌是十分有效的。

（3）提高制動系統可靠性

針對HXD2B機車單閥、自閥制動后不緩解問題，加強技術改造和技術攻關，提高制動系統的可靠性，減少或消除異常空氣制動引起的制動剝離和制動高溫。

（4）提高車輪踏面硬度

車輪鏇修時注意進刀量不要大，做到車輪踏面光潔、粗糙度符合規定。建議在鏇輪后，對踏面進行滾壓處理，進一步提高車輪踏面硬度和光潔度。

（5）注意閘瓦更換問題

更換閘瓦時，調整間隙4 mm~6 mm，清除附著在閘瓦上的雜物。

（6）改進砂子質量

采購質量合格的優質石英砂，并對機車用砂進行過篩、干燥處理，防止砂子中泥土含量超標引起的砂子板結。

5 結束語

發生閘瓦鑲嵌的機車車輪大多伴隨著踏面擦傷、剝離現象，有的很嚴重，應及時鏇修。及時更換掉塊、破損的閘瓦，如出現大面積破損情況，禁用同一批次的閘瓦，與供應商協商退換貨。通過微機顯示屏上設置的電制動隔離軟件開關，可以隔離電制動功能。為確保優先實施電制動，應禁止擅自隔離電制動功能。因閘瓦材質不良引起的車輪剝離和閘瓦金屬鑲嵌造成的經濟損失十分嚴重，盡快組織研制新型HXD2B型機車專用閘瓦，對于保障鐵路運輸安全、降低檢修成本具有重要意義。

[1]張 弘，沈而奇，宋子濂.高摩擦系數合成閘瓦金屬鑲嵌物的宏、微觀特征研究[J].中國鐵道科學,2002(1).

[2]姚萍屏，陳圣柳.高速機車用粉末冶金制動閘瓦的研制[J].鐵道機車車輛,2004年第24卷增刊.

[3]李岳恒.淺談減緩機車車輛剝離[J].鐵道機車車輛,2004(3).

責任編輯：宋飛 張萼輝

來稿時間：2015-5-27