重載貨運機(jī)輪對疲勞與磨耗質(zhì)量控制研究

摘 要：重載貨運機(jī)輪對的質(zhì)量對保證安全運行具有重要的意義，輪對的質(zhì)量主要是由疲勞與磨耗引起的。結(jié)合國內(nèi)外輪對疲勞與磨耗的分析，針對輪對檢修研究現(xiàn)狀，提出了改善輪對質(zhì)量控制的方法，對提高論文質(zhì)量控制奠定了研究基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：重載貨運機(jī)；車輪；質(zhì)量控制；疲勞與磨耗

重載貨運機(jī)輪對的質(zhì)量問題廣泛存在于鐵路運輸中，在一些彎道密集、道岔較多、線路老化的走行線上，因質(zhì)量失效造成的輪對維護(hù)和事故風(fēng)險時有發(fā)生，所以研究輪對的質(zhì)量問題具有重大的現(xiàn)實意義。

輪對的質(zhì)量主要是由疲勞與磨耗引起的，二者形成的機(jī)理與表現(xiàn)形式各有特點，因此認(rèn)真分析輪對的疲勞與磨耗機(jī)理才能真正認(rèn)識質(zhì)量問題的關(guān)鍵。輪對常見的質(zhì)量有材料剝離、裂紋、不圓度。材料剝離一般是由接觸疲勞、制動擦傷等原因引起。輪軌滾動接觸疲勞破壞初期表現(xiàn)形式是表面裂紋，在循環(huán)載荷持續(xù)作用下，裂紋會不斷擴(kuò)展，首尾貫通后就會形成剝離，凹坑等，靠近輪緣側(cè)沿輪對踏面圓周方向大量分布。因為重載貨運機(jī)運行時輪對和軌道間的作用行為十分復(fù)雜，輪對不僅相對于鋼軌做滾動，而且伴隨著縱向滑動和橫向滑動，由于輪軌接觸表面和輪對軸線成變化角度，又導(dǎo)致輪對在滾動中相對鋼軌作“自旋運動”，并且在過道岔和曲線彎道時，經(jīng)常會受到?jīng)_擊載荷。

輪軌滾動接觸過程中，多數(shù)以點接觸形式為主，輪軌表面擠壓變形形成的接觸斑很小，而這樣的接觸斑卻承受著幾頓甚至幾十噸的外力，接觸應(yīng)力十分大，當(dāng)該接觸應(yīng)力超過材料的彈性極限時，材料就會發(fā)生塑性變形，在反復(fù)載荷作用下，塑性變形就會累加，材料達(dá)到韌性極限時，會使得材料喪失承載能力發(fā)生開裂，外載的持續(xù)作用，裂紋就會不斷擴(kuò)展。

1 輪對疲勞與磨耗分析

輪對磨耗現(xiàn)象廣泛存在于鐵路運輸中，磨耗是由輪軌摩擦引起的，使得輪對輪輞材料不斷減少，這會改變輪對輪廓外形，引起輪對名義滾動圓和等效錐度的變化，從而影響輪軌接觸的幾何關(guān)系，惡化輪軌接觸狀態(tài)，輪軌系統(tǒng)動力響應(yīng)也會有相應(yīng)變化，并對重載貨運機(jī)運行穩(wěn)定性、安全性、乘坐舒適性以及輪軌系統(tǒng)各個部件使用壽命產(chǎn)生很大影響。隨著重載貨運機(jī)速度的不斷提高，必然導(dǎo)致輪對工作狀況的惡化，從而加劇輪對的磨損，調(diào)研發(fā)現(xiàn)當(dāng)重載貨運機(jī)運行30～40萬公里時，踏面徑向?qū)荒ト?.1～0.2mm，輪對局部會有不圓度，此時需要進(jìn)廠返修，通過旋修工藝，將輪對重新恢復(fù)至原始外形，據(jù)統(tǒng)計該過程將沿徑向去除材料3～5mm，一個新輪對經(jīng)過4～5次的旋修，就會因磨耗到限而報廢停用，這無疑是一種極大浪費。當(dāng)前限于實驗成本的問題，磨耗檢測更多是從輪對上截切出一小塊試樣，在輪軌摩擦試驗機(jī)上進(jìn)行，影響因素單一，金相檢測設(shè)備簡陋，實驗資源比較貧乏，所以多數(shù)學(xué)者對磨耗問題主要進(jìn)行定性分析，很難作進(jìn)一步的探索研究。

輪對的疲勞與磨耗是相伴而生的。在重載貨運機(jī)運行的早期階段，表面會產(chǎn)生許多疲勞裂紋，并且受力越大的區(qū)域，裂紋分布越明顯，疲勞裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展還與重載貨運機(jī)運行速度有關(guān)系，速度越快越容易產(chǎn)生裂紋。在重載貨運機(jī)運行的后期階段，輪對輪輞材料將會不斷被磨去，有些踏面上的小裂紋由于其擴(kuò)展速度低于磨耗速度，所以該裂紋將被磨去。當(dāng)前由于對輪輞的疲勞與磨耗形成與發(fā)展機(jī)理仍在不斷探索，所以疲勞與磨耗的相互關(guān)系更多是停留在定性分析程度。

2 輪對質(zhì)量檢修

輪對檢修是鐵路客車檢修工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是轉(zhuǎn)向架性能保證質(zhì)量的前提。目前在國外車間現(xiàn)場的安全質(zhì)量管理系統(tǒng)已成為現(xiàn)代企業(yè)的必備產(chǎn)品。該系統(tǒng)綜合了批量生產(chǎn)管理和單件生產(chǎn)管理的優(yōu)點通過控制工序、人員、流程和設(shè)備設(shè)施在內(nèi)的資源來提高產(chǎn)品質(zhì)量。

在國內(nèi)大部分企業(yè)仍采用人控為主的粗放式管理模式，個別車輛段開發(fā)了客車軸承、輪對檢修信息系統(tǒng)， 在一定程度上解決了檢修信息的自動化管理問題。但該系統(tǒng)的實時性較差，質(zhì)量管理功能不能完成作業(yè)流程和作業(yè)人員的實時監(jiān)控和作業(yè)質(zhì)量的分析處理未能實現(xiàn)實質(zhì)意義的生產(chǎn)質(zhì)量管理。較難實現(xiàn)輪對檢修質(zhì)量的單件電子化管理和輪對檢修過程的全面掌握，導(dǎo)致作業(yè)水平的考核難度大，且不全面， 易造成單件輪對失修的情況出現(xiàn)。輪對檢修車間需檢修安全質(zhì)量監(jiān)控平臺的搭建，使輪對檢修逐步實現(xiàn)電子化管理。

3 改善輪對質(zhì)量控制

目前改善輪對質(zhì)量主要從以下幾個方面展開：

1）不斷研發(fā)新型合金材料，提高輪對的抗疲勞性和耐磨性，日本高速輪對含碳量約0.65%，具有較高的強(qiáng)度硬度，而歐洲高速輪對含碳量約0.5～0.6%，側(cè)重于改善塑性韌性；

2）改善輪對的加工工藝，嚴(yán)格控制熱處理過程中的非金屬夾雜物和組織相變溫度；

3）車身朝輕量化發(fā)展，來減少轉(zhuǎn)向架的簧下質(zhì)量；

4）對于失效的輪對和鋼軌要進(jìn)廠返修和打磨，使其仍能正常工作，消除隱患。以上諸多手段研究的歸根結(jié)底的問題還是輪對疲勞和磨耗質(zhì)量的問題，他不僅保障了運行的安全，也能延長輪對的使用壽命。

4 結(jié)論

由疲勞與磨耗引起的輪對質(zhì)量保證安全運行具有重要的意義，輪軌接觸疲勞與磨耗影響因素很多，而且他們之間具有一定的關(guān)聯(lián)作用，如何保證實檢修的順利進(jìn)行以及質(zhì)量的控制定了研究基礎(chǔ)。本文在結(jié)合國內(nèi)外輪對疲勞與磨耗的分析的基礎(chǔ)上，針對輪對檢修研究現(xiàn)狀提出了改善輪對質(zhì)量控制的方法。

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作者簡介：

竇志強(qiáng)（1983-），男，漢族，山西大同人，本科，工程師，主要從事質(zhì)量體系管理以及質(zhì)量技術(shù)管理工作。