鐵路貨車輪對段修故障統計分析

杜彪 江亞男 何平 楊文喜 李春林 劉瑞軍

摘 要：文章通過對大量鐵路貨車輪對段修數據樣本的統計分析，總結輪對磨耗故障特性，并基于分析結果提出合理化運維管理建議。分析結果表明，該鐵路貨車運營單位的輪對存在輪徑差超限、踏面局部凹陷和踏面剝離三大主要故障類型，其故障主要來源于鋼軌表面偏磨、異物和局部缺陷；三大故障都將導致大的輪徑鏇修量，對輪徑損失的占比達到約42%；該單位輪對踏面磨耗速率明顯高于輪緣磨耗，鏇前輪緣厚度均值較鏇后值約高出1-1.5mm。

關鍵詞：鐵路貨車；輪對；故障；統計分析；運維管理

中圖分類號：U279.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0053-03

Abstract： Based on the statistical analysis of a large number of railway wheelset repair data samples， this paper summarizes the characteristics of wheelset wear fault， and based on the analysis results， puts forward the reasonable operation and maintenance management recommendations. The analysis results show that there are three main fault types in the wheelset of the railway freight car， which are the overrun of wheel diameter difference， the local depression of tread surface and the peeling off of tread surface. The faults are mainly caused by the partial wear of rail surface， foreign bodies and local defects. All three faults will result in large wheel turning and repair， and account for about 42% of the wheel diameter loss； the wheel tread wear rate of this unit is obviously higher than that of the wheel flange wear， and the average thickness of the front wheel edge is higher than that of the rear wheel， which is about higher than that of the rear wheel 1-1.5 mm.

Keywords： railway freight car； wheelset； fault； statistical analysis； operation and maintenance management

1 概述

輪對是鐵道車輛走行的核心部件，良好的部件狀態是保障列車安全平穩運營的關鍵。國內外研究者在輪對故障檢測技術、形成機理、影響特性和維修策略等領域開展了大量的研究工作。張爽等[1]提出了以VS2010軟件開發平臺為基礎的輪對自動測量的控制系統方案，實現了輪對參數全自動測量；李霞[2]基于三維非Hertz滾動接觸理論和Archard材料磨損模型建立了車輪磨耗預測模型，并研究了不同車輛參數對車輪磨耗特性的影響；劉韋等[3]通過建立考慮車輪磨耗的動力學模型，研究了不同磨耗特性對輪軌接觸幾何特性和動車組動力學性能的影響；董孝卿等[4]通過長期跟蹤和分析京津城際鐵路CRH3C型動車組車輪磨耗、車輛振動性能，提出了新的系列薄輪緣車輪形面設計原則，研制了系列薄輪緣車輪外形，并通過仿真計算和線路試驗，證明了新設計的系列薄輪緣車輪外形踏面的有效性。

本文以某鐵路貨車運營單位輪對為對象，通過大數據統計分析技術研究輪對的故障特性和維修特性，從而為該運營單位的輪對運維管理提出合理化建議。輪對的故障特性受服役環境、負載情況等因素影響，不同運營單位輪對故障特征呈現差異性。本文的研究工作結合運營實際，相比于傳統的輪對普適規律研究，本文的研究成果具有較強的實用性。

2 車輪段修故障統計分析

2.1 輪對段修修程指標及限值

當前，我國鐵路貨車實施“日常檢查、定期檢修”的預防性計劃修檢修制度，檢修修程主要為列檢（500km）、段修（1.5年）和廠修（9年），其中，段修是保障列車運行安全和運行品質的最關鍵一環。在輪對的段修過程中，將對象分解至輪軸結構，對輪對表面狀態與特征參數進行檢查，根據特征參數值情況確定繼續運行、執行鏇修或執行廠修。

輪對特征參數定義如圖1所示，表1為特征參數符號說明，表2為各特征參數的檢修限值。

2.2 車輪故障統計分析

通過跟蹤某鐵路貨車運營單位長達5年的84863條鏇修記錄，統計分析輪對段修修程中各類故障情況。圖 2為收錄的鏇修輪對故障類型與占比情況統計。

由統計結果可見，該運營單位鐵路貨車段修修程的主要故障類型為輪對兩輪直徑差超限（38.6%）、踏面局部凹陷（29.2%）、踏面剝離1處（23.1%），三者約占總故障記錄的91%；而踏面圓周磨耗超限（4.5%）、輪緣厚度超限（4.3%）是兩個次要因素；其他四種因素的發生率大概都不超過千分之一，屬于偶然因素。由故障類型占比統計發現，由于該運營單位鐵路貨車為專用鐵路線路運營，輪對存在較嚴重的偏磨現象，導致輪徑差超限嚴重；踏面局部缺陷占比達到約52.3%，列車運行的線路情況較差，運營單位應考慮提升線路養護標準。

出于記錄方便考慮，該運營單位的管理系統對鏇修輪對僅記錄了一種故障，實際檢測數據分析發現，鏇修輪對有多種故障并存的情況。本文基于原始檢測參數，對發生概率排名前5的故障進行精細化分析，深入研究段修輪對的故障特征。

由表3可見，段修收錄的故障輪對普遍存在多類故障并存情況，其中以圓周磨耗到限和輪緣厚度超限兩類故障的相關性最為密切，其次為圓周磨耗超限與輪徑差超限。造成該現象的原因為車輪圓周磨耗導致車輪輪徑變化，引起輪緣厚度測量基線下移，導致輪緣厚度增加。對“踏面局部凹陷”和“踏面剝離1處”兩類局部缺陷故障，其車輪參數磨耗到限的占比較低，局部缺陷導致輪對提前鏇修，降低了車輪使用壽命。

3 鏇修量統計分析

本文對鏇修前后的車輪踏面圓周磨耗量、輪徑和輪緣厚度參數進行統計分析，表4為段修周期內的輪徑損失均值統計，表5為鏇修前后的輪緣厚度情況統計。

由統計結果可見，從鏇修量來看，輪徑差超限故障導致的輪徑鏇修量最大，其次為踏面剝離故障；從輪徑綜合損失量來看，踏面圓周磨耗是引起輪徑損失的最關鍵因素；踏面局部缺陷和輪徑差導致的車輪鏇修量占比最大，平均約達到42%；由鏇修前后的輪緣厚度對比情況可知，該運營單位鐵路貨車踏面圓周磨耗速率明顯高于輪緣磨耗，導致服役后車輪輪緣厚度普遍增大。

根據以上鏇修數據對比分析，本文對該運營單位輪對運維管理提出以下建議：

（1）在段修周期中期調轉列車運行方向，降低車輪偏磨導致的輪徑差超限故障；

（2）提升軌道線路表面缺陷與異物排除檢修標準，減少車輪表面局部缺陷故障；

（3）車輪鏇修過程中應適當加大輪緣厚度的鏇修量，

降低服役周期內的輪緣厚度超限故障。

4 結束語

本文跟蹤獲取了某鐵路貨車運營單位為期5年的輪對段修修程檢修大樣本數據，對輪對故障情況開展統計分析，并根據分析結果對運營單位輪對運維管理提出合理化建議。

該鐵路貨車運營單位輪對的故障特征為：受專用線路運行影響，輪對偏磨驗證，輪徑差超限故障占比高；車輪踏面局部缺陷故障高，表明其運行線路狀態差，存在較多異物和局部缺陷情況；段修收錄輪對中有多類故障并存，其中以踏面圓周磨耗、輪緣厚度超限和輪徑差超限三者的相關性最為顯著；車輪踏面磨耗速率明顯高于輪緣磨耗，導致服役周期后輪緣厚度均值相比新鏇輪對明顯增大。

輪對鏇修情況分析可知：輪徑差超限和踏面局部缺陷導致的輪徑鏇修量大，該單位三大主要故障的鏇修量對輪徑損失的占比達到約42%，要提升輪對檢修經濟性，應盡量降低這三類故障概率。

對該運營單位的輪對運維管理建議：（1）在段修周期中期調轉列車運行方向，降低車輪偏磨導致的輪徑差超限故障；（2）提升軌道線路表面缺陷與異物排除檢修標準，減少車輪表面局部缺陷故障；（3）車輪鏇修過程中應適當加大輪緣厚度的鏇修量，降低服役周期內的輪緣厚度超限故障。

參考文獻：

[1]張爽，陳文東，高金剛，等.列車輪對測量機控制系統的設計與實現[J].制造業自動化，2017，39（3）：82-86.

[2]李霞.車輪磨耗預測初步研究[D].西南交通大學，2009.

[3]劉韋，馬衛華，羅世輝，等.高速列車車輪磨耗引起的輪軌接觸非對稱問題研究[J].振動與沖擊，2013，32（13）：128-132.

[4]董孝卿，王悅明，任尊松，等.CRH3C型動車組薄輪緣車輪外形設計與運用[J].鐵道學報，2014（2）：11-17.

[5]趙秀紅.鐵路貨車車輛輪對故障分析及改進措施[J].科技創新與應用，2013（09）：77.

[6]劉明強.鐵路車輛輪對自動檢測系統的研制[J].科技創新與應用，2013（17）：56-57.