淺談C70型貨車車輪輪緣裂紋的原因分析及應對措施

張強洪

摘 要：簡要分析了近期C70型貨車車輪輪緣出現裂紋的相關數據，總結了導致車輪輪緣出現裂紋的內外部因素，并針對這種情況提出了幾點改進措施。

關鍵詞：輪緣裂紋；C70型貨車；車輪軸重；導向輪

中圖分類號：U270.33 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.077

C70型貨車是朔黃鐵路公司最早上線運行的一批新型車輛。截至目前，C70型貨車相繼出現了車輪踏面圓周磨耗超限、車輪輪緣厚度超限等故障。近期，多個車輪輪緣裂紋故障尤為嚴重。輪緣出現裂紋并延伸后，會直接導致車輪破碎，使得列車脫軌。這些典型故障引起了各方面的高度關注。為此，車輛技術人員調查了現有的故障車，提取了相關數據作分析、研究，并針對故障提出了相應的改進措施。

1 調查情況

朔黃鐵路線路全長594 km，神朔鐵路線路全長221 km，而C70型貨車周轉時間約為2.7 d，那么，車輛年運行里程約為2.2×105 km。

現收集了近期出現車輪輪緣裂紋的C70型貨車的相關數據。出現車輪輪緣裂紋的車輛基本信息統計情況如表1所示。

調查結果顯示，不同生產輪對的廠家、不同的輪對出廠時間和熔煉爐號生產出的車輪都出現了輪緣裂紋的情況。這說明，輪緣裂紋具有普遍性。出現輪緣裂紋的車輪主要有3種：①踏面圓周磨耗、輪緣厚度磨耗嚴重的車輪；②相對于同輪對的另一個車輪踏面圓周磨耗、輪緣厚度磨耗嚴重的；③主要發生在

2 輪緣裂紋原因分析

2.1 C70型貨車車輪軸重和材質問題

在朔黃線上運行的其他車型，比如C64型、C64K型、C64H型的貨車運行方式與C70型貨車的一樣，但是，并未發現有車輪輪緣裂紋。鑒于此，相關工作人員應該考慮，C70型貨車輪對的材質和軸重是否能夠滿足朔黃線的運行要求。

2.2 踏面圓周、輪緣厚度的磨耗

由相關數據可知，首先出現車輪輪緣裂紋的是踏面圓周磨耗、輪緣厚度磨耗比較嚴重的車輪。踏面圓周磨耗是車輪長期運行時與鋼軌摩擦造成的。踏面圓周被磨耗后，會破壞踏面的標準外形，沿車輪直徑方向的尺寸也會減少，使踏面與鋼軌經常接觸部分的錐度變大。這個過程使輪對蛇形運動的波長減小，頻率增高，運行阻力增加，從而影響了車輛運行的平穩性，同時，也加劇了輪緣厚度的磨耗。輪緣厚度磨耗是因為車輪長期做蛇形運動，輪緣經常與鋼軌內側面發生沖撞而產生的；再加上曲線受力的作用，外側車輪輪緣與內、外軌內側面摩擦，造成磨耗。輪緣厚度磨耗會增加輪軌間的橫向游隙，當車輛直線通過時，會增加其橫動量，使其運行平穩性變差。

綜上所述，這兩種磨耗都會加重車輪輪緣的磨耗程度，降低車輪的強度。

2.3 同輪對兩種磨耗差值大

朔黃鐵路主要以運輸煤炭為主。C70型貨車多數是在神木北以西方向的烏蘭木倫、朱蓋塔、大柳塔等裝車站裝車。這些裝車站只有大柳塔具備環線裝車條件，并且車輛進入哪個裝車站是根據裝車站的裝車情況隨機定的，無固定周期計劃要求的車輛要進入大柳塔站換端運行。因此，在其他站裝車就會造成C70型貨車空重車運行方向單一，曲線走向固定的情況。工作人員調查的存在車輪輪緣裂紋的車輛多數是2006年上線運行的，在相對固定的空重車單方向運行的情況下，車輪磨耗情況也是相對固定的，于是，磨耗嚴重的車輪多數會出現在上行運行方向的右側。車輛常常會受到外力的橫向作用，使輪對縱向中心線與軌道中心線不一致。此時，輪對兩側車輪以大小不同的直徑滾動，車輛載重會偏向車輪磨耗嚴重的一側。這時，就會出現同輪對踏面圓周磨耗、輪緣厚度磨耗差值大的情況，進而加劇單側輪緣的磨耗，而且橫向應力也會集中到磨耗嚴重的車輪上。這樣，在長時間的運行下，車輪輪緣就會出現疲勞裂紋。

2.4 輪緣裂紋車輪在車輛上的位置分析

轉向架通過曲線時可能會出現下面3種位置中的一種，如圖1所示。圖1（a）為弦形位置，即轉向架前、后輪對的外側車輪輪緣均靠向外軌；圖1（b）為最大傾斜位置，即轉向架前輪對的外側車輪輪緣靠向外軌，后輪對的內側車輪輪緣靠向內軌；圖1（c）為中間位置，即轉向架前輪對的外側車輪輪緣靠向外軌，后輪對的2個車輪輪緣不與內、外軌接觸。

（a）弦形位置 （b）最大傾斜位置 （c）中間位置

圖1 轉向架通過曲線時出現的3種位置情況

從圖1中可以看出，無論線路曲線走向如何，都會磨耗車輛運行方向的各個轉向架的前導向輪。

車輛通過曲線時，會受到離心力和向心力的作用。當離心力大于向心力時，就出現輪緣擠壓外軌的情況；反之，則會出現輪緣擠壓內軌的情況。為了給運動的列車提供一個向心力，曲線區段的外軌要比內軌高，即超高h（mm）是根據曲線的半徑R（m）和列車的速度V（km/h）來確定的，即：

h=11.8V2/R. （1）

當超高值滿足式（1）的要求，列車速度滿足表2中車輛在曲線處力平衡時的速度，超高提供的向心力可全部平衡離心力時，車輛就會達到最佳運行狀態。

表2 車輛通過曲線時的相關數值要求

曲線半徑/m 250 300 400 600 800 1 000 1 200 1 500

最大允許速度/（km/h） 68 74 86 105 122 136 149 166

力平衡時速度/（km/h） 47 62 72 88 102 114 125 139

綜上所述，當車輛通過曲線時，由于曲線半徑R是個定值，轉向架的線形尺寸固定，列車速度V是個變值，則在實際操作過程中，司機很難達到最佳力平衡時的速度。這樣也就會出現各個轉向架前導向輪的車輪輪緣擠壓鋼軌的情況，進而增加了前導向輪與鋼軌的接觸應力。這一點可由各個轉向架前導向輪的車輪輪緣相對其他車輪輪緣磨耗的嚴重度來證明，最終導致前導向輪車輪輪緣出現疲勞裂紋。

3 改進措施

3.1 提高車輪材質和軸重

神華C70型貨車的輪對為23 t軸重輾鋼HESA型。為了使朔黃鐵路重載貨車車輪滿足相關使用條件的需要，建議改進CL60級碳素輾鋼HESA車輪（23 t軸重）的材質，使其具有較高的抗接觸損傷、抗磨損和抗熱損傷能力；或者在軸重方面采用25 t軸重輾鋼HESA型，以確保朔黃鐵路的運營安全。

3.2 增加環線設施

由于朔黃線運輸的特殊性，貨流為單方向，只有大柳塔具備環線裝車條件，并且重車方向為持續下坡道，所以，對車輛造成的隱性損壞是相當嚴重的，車輛單側磨耗也非常嚴重。鑒于此，建議調度安排車輛定期進入大柳塔裝車換端運行，減少車輛因單方向運行而造成輪對磨耗不平衡或使車輛發生其他隱性損壞；或者可以在裝車站烏蘭木倫、朱蓋塔增加環線設施。

3.3 縮短段修期限

C70A型貨車定檢廠修期限為8年，段修期限為2年，取消輔修。鑒于出現的故障比較多，建議縮短段修期限，將其改為1年，降低車輛的使用率，保證朔黃鐵路車輛高速重載運輸能夠順利進行。

參考文獻

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[2]楊紹清，余明貴，陳雷.鐵路貨車運用與維修管理[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

[3]陳雷，王士凱，黃毅.鐵路貨車運用維修技術與管理[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

〔編輯：白潔〕