某動車組制動盤螺栓松動故障分析

高敦升

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

0 引言

高速動車組車輛運用與維護是高速鐵路上非常重要的環節，輪對作為列車運行中行走部件對于鐵路交通運輸有非常重要作用和意義。在高速列車不斷刷新時速的背景下，為了保障高速動車組列車運行安全，高速動車組列車需要不斷進行維護、保養、維修等。2020 年10 月，配屬國內某鐵路局的動車組在庫內檢修時，發現一條拖車輪對軸裝制動盤出現螺栓松脫情況。該故障引起了鐵路總公司及動車組造修廠極大的重視，針對該故障開展了認真的分析。

1 拖車輪對組成結構

動車組輪對組成分動車輪對和拖車輪對兩種。拖車輪對組成由兩個車輪、一條車軸、兩個軸裝制動盤等部件組成。拖車輪對組成結構圖示如圖1 所示。

圖1 拖車輪對結構

2 輪對組成檢測

2.1 外觀檢查

通過檢查松動螺栓所在制動盤的其他螺栓狀態，該制動盤其余螺栓防松標記也出現不同程度偏移情況。對制動盤外觀狀態進行檢查，未發現軸裝制動盤表面存在異物擊打痕跡，因此，排除了因異物擊打造成的螺栓松動。

2.2 動平衡檢測

對該輪對進行動平衡檢測，檢測結果見表1，根據檢測結果可知該輪對動平衡超差。調查該輪對新造時動平衡檢測記錄，得知該輪對新造時動平衡檢測結果是合格的。綜上所述，該輪對在運營過程中出現了動平衡超差的情況。

表1 輪對動不平衡量要求及實測數據 單位：g·m

2.3 車輪跳動檢測

對車輪徑向和端面兩個方向進行跳動檢測，檢測數值如表2所示，根據表2 數值可知兩側車輪多處跳動數據已超出動車組列車上線運行的標準數值。

表2 車輪檢查記錄 單位:mm

2.4 車輪不圓度檢測

對車輪不圓度進行測試，通過車輪徑跳測試曲線推斷兩側車輪存在類似于扁疤的車輪不圓，名義滾動圓處的最大徑跳達到0.5mm 左右，見圖2。

圖2 車輪重點與徑跳最大對照

由2.3 和2.4 內容可知：車輪徑跳最大區域、不圓度檢測的相對高點相位相同。

2.5 制動盤檢查

分別從距離制動盤外緣10mm、30mm、50mm、70mm、110mm、130mm、150mm 處測量端面跳動，具體情況見表3。在制動盤摩擦面每隔90°均勻選取4 個半徑方向，測量制動盤面磨耗量，具體數據見表4。通過對制動盤數據進行分析可知：制動盤跳動無異常，制動盤磨耗量超出高級修標準。

表3 制動盤端面跳動量 單位：mm

表4 制動盤面磨耗量 單位：mm

2.6 輪對清洗后數據檢測

考慮到輪對表面存在異物可能會對動平衡測試結果造成一定的影響，輪對返廠后首先對輪對進行清洗，清洗后重新進行輪對動平衡測試，所得結果基本無變化。

3 輪對分解數據檢測

為了更準確地判斷造成輪對動平衡超差的原因，將車輪進行了退卸，退卸車輪后，對軸盤與車軸組成進行動平衡檢測，測試數據顯示制動盤合成不平衡量未發生明顯變化。

對車輪進行靜平衡檢測，重點檢測徑向跳動最大位置，所得數據見表5。

表5 車輪靜平衡量數值

根據上述結果進行分析并初步判斷：引起該條輪對動平衡數值異常的主要原因：兩側車輪靜平衡量過大且相位方向一致。

4 車輪靜平衡仿真計算

對車輪靜平衡進行理論計算，理論計算數值為131.8g·m，與車輪靜平衡檢測值相近，車輪靜平衡檢測值見表6。

表6 車輪靜平衡量數值

具體過程如下。

車輪質量偏心造成車輪靜不平衡，其計算公式如式（1）所示。

其中：m——車輪偏心質量，g，根據車輪多邊形曲線，其偏心質量為凹陷處的異常磨損部分；r——偏心質量的質心距回轉半徑的距離，m。

為簡化計算模型，將偏心質量分解為A 區域和B 區域，車輪總的靜不平衡量可通過兩部分靜不平衡量進行矢量計算，見圖3。

圖3 不平衡量計算簡化模型

其中：mA=279.8g；rA=0.269m；mB=187.5g；rB=0.302m。

理論計算與故障輪對車輪靜不平衡量數值相近。

5 結論

通過實際檢測與理論計算相結合得出：該拖車輪對制動盤螺栓松動直接原因為輪對動平衡超差。根本原因為車輪單件靜不平衡量超差，且兩側車輪靜不平衡相位相同，導致車輪徑向跳動約為0.5mm，車輪滾動圓出現了低階次明顯不圓磨耗，異常磨耗車輪重心偏離車軸中心線，最終致使車輪不平衡量超差，造成制動盤螺栓松動。