踏面损伤形式及检修数据分析.docx

踏面损伤形式及检修数据分析.docx

《踏面损伤形式及检修数据分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《踏面损伤形式及检修数据分析.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

踏面损伤形式及检修数据分析

毕业设计

题目：

提速货车轮对踏面损伤形式检修数据分析

院系：

西南交通大学网络教育学院

专业：

车辆工程

姓名：

杨玉华

指导教师：

殷世波

西南交通大学

网络教育学院

2010年6月18日

院系西南交通大学网络教育学院专业车辆工程

年级2008—8（春）学号姓名杨玉华

学习中心北京学习中心指导教师殷世波

题目：

提速货车轮对踏面损伤形式检修数据分析

指导教师

评语

是否同意答辩是过程分（满分20）

指导教师（签章）

评阅人

评语

评阅人（签章）

成绩

答辩组组长（签章）

年月日

毕业设计任务书

班级2008—8（春）学生姓名杨玉华学号

发题日期：

2010年4月9日完成日期：

2010年6月18日

题目提速货车轮对踏面损伤形式检修数据分析

题目类型：

技术专题研究

一、设计任务及要求

随着国民经济的快速发展，铁路货运所承担的任务也越来越重。

在此环境下，货车提速就成为有效解决办法之一。

但是，随着货车速度的提高，诸如轮轨动作用力加剧等一系列问题就突显出来。

轮对是铁路机车车辆中不可或缺的重要走行部件，它们在机车车辆中必须完成其特有的功能——安全可靠地承担载荷和在钢轨上快速行使等。

由于车体本身的重量及其所承担的货物的重量最后均是通过轮对和钢轨的滚动接触来完成力的传递，所以一旦轮对丧失其应有的正常功能，即失效时，运输安全得不到有效保障。

从运行安全性和现场经验来看，车轮踏面损伤这种失效形式将会造成脱轨等事故，给行车安全带来极大的隐患。

综合而言，笔者认为有必要从踏面损伤的原理、形式和实际运用情况进行深入分析，以期寻求相应的解决办法，保证列车运行安全。

车轮轮缘踏面损伤形式检修数据分析，旨在统计分析货车车轮轮缘踏面磨耗发展历程，揭示其规律，同时也为保证车辆运行安全提供必要的数据，在对车轮踏面磨耗情况进行定期、定量检测。

车轮踏面外形测量主要获得车轮踏面以下参数：

（1）踏面轮廓外形；

（2）轮径；（3）轮缘高度；（4）轮缘厚度；（5）轮缘qr值；（6）踏面凹陷；（7）踏面锥度。

提速货车120km/h环行线第二阶段可靠性试验自2006年2月所有参试车辆到达环行线至2007年2月15日共对所有参试车辆进行了六次车轮轮缘踏面测量，共测量5760轮次，产生测试文件5760个。

目前已对参加第一阶段试验同时继续参加第二阶段试验的24辆21t轴重货车和参加第二阶段试验的K2改造车、70t级车和25t轴重车的车轮踏面测量数据进行了处理，共计8704次测量。

一、应完成的硬件或软件实验

毕业设计、毕业论文。

二、应交出的设计文件及实物（包括设计论文、程序清单或磁盘、实验装置或产品等）

无

三、指导教师提供的设计资料

四、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）

五、设计进度安排

第一部分收集整理课题相关资料（1周）

第二部分　需求分析和总体设计（2周）

第三部分　熟悉试验大纲及试验车辆的组成（2周）

第四部分毕业论文文档编写整理（2周）

评阅及答辩（1周）

指导教师：

年月日

学院审查意见：

审批人：

年月日

摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ

1综述…………………………………………………………………………………………1

3.2车轮踏面磨耗趋势………………………………………………………………………6

结论……………………………………………………………………………………………10

结束语…………………………………………………………………………………12

致谢……………………………………………………………………………………15

参考文献………………………………………………………………………………16

摘要

随着我国铁路货车速度的提高，车辆运行安全性显得尤为重要，其中，车轮踏面损伤现象给行车安全带来了严重隐患。

本文从车轮踏面损伤的原理和实际运用情况出发，分析了各种不同的踏面损伤的具体形式，并结合提速货车可靠性（环行线）试验检修数据，总结了踏面损伤的具体原因，并提出了相关建议，以期最大程度地减轻踏面损伤，保证列车运行安全。

车轮轮缘踏面损伤形式检修数据分析，旨在统计分析货车车轮轮缘踏面磨耗发展历程，揭示其规律，同时也为保证车辆运行安全提供必要的数据，在对车轮踏面磨耗情况进行定期、定量检测。

车轮踏面外形测量主要获得车轮踏面以下参数：

（1）踏面轮廓外形；

（2）轮径；（3）轮缘高度；（4）轮缘厚度；（5）轮缘qr值；（6）踏面凹陷；（7）踏面锥度。

提速货车120km/h环行线第二阶段可靠性试验自2006年2月所有参试车辆到达环行线至2007年2月15日共对所有参试车辆进行了六次车轮轮缘踏面测量，共测量5760轮次，产生测试文件5760个。

目前已对参加第一阶段试验同时继续参加第二阶段试验的24辆21t轴重货车和参加第二阶段试验的K2改造车、70t级车和25t轴重车的车轮踏面测量数据进行了处理，共计8704次测量。

关键词：

提速货车；轮对；踏面损伤；检修数据分析

Abstract

WithChina'srailwayfreightrateincrease,thesafetyofvehicleoperationisparticularlyimportant,inwhichthewheeltreaddamagetotheroadsafetysituationhasbroughtseverehiddendangers.Thisarticlefromthewheeltreaddamagetheoryandpracticalapplicationofthesituation,analyzingavarietyofdifferentformsoftreaddamage,combinedwithspeedvehiclereliability（loopline）testandinspectiondata,summedupthespecificcausetothetreaddamage,andproposedrelatedproposalstominimizingthedamageoftreadtoensuretrainoperationsafety.

Dataanalysisofthewheelrimtreaddamageinspectionform,statisticalanalysisaimedatWagonWheelFlangeTreadweardevelopmentprocess,revealingitsownrules,butalsotoensurethesafeoperationofvehiclestoprovidethenecessarydata,inthewheeltreadwearonaregularbasisthesituation,quantitativedetection.Wheeltreadshapemeasuringthemainaccesstowheeltreadthefollowingparameters:

（1）treadcontour;

（2）wheeldiameter;（3）rimheight;（4）flangethicknessof;（5）flangeqrvalues;（6）treaddepression;（7）treadtaper.

Vehiclespeed120km/hthesecondphaseofthelooplinereliabilitytestingsinceFebruary2006allofthetestedvehiclestoreachthelooplinetoFeb.152007allthetestedvehiclessixwheelrimtreadmeasurement,measuringatotalof5760times,resultingintest.Currentlytotalof8704measurementshavebeenfinishedincludingthefirstphasetrialswhilecontinuingtoparticipateinthesecondphaseof21taxleloadtestof24trucksandK2forthesecondphaseoftrialtransformationoffreight,70tand25taxleload-Classfreightwheeltreadsmeasureddatawereprocessed.

keyword：

speedyfreighttrain ;wheel ;treaddamage;analysis ofinspectiondata.

提速货车轮对踏面损伤形式检修数据分析

1综述

随着国民经济的快速发展，铁路货运所承担的任务也越来越重。

在此环境下，货车提速就成为有效解决办法之一。

但是，随着货车速度的提高，诸如轮轨动作用力加剧等一系列问题就突显出来。

轮对是铁路机车车辆中不可或缺的重要走行部件，它们在机车车辆中必须完成其特有的功能——安全可靠地承担载荷和在钢轨上快速行使等。

由于车体本身的重量及其所承担的货物的重量最后均是通过轮对和钢轨的滚动接触来完成力的传递，所以一旦轮对丧失其应有的正常功能，即失效时，运输安全得不到有效保障。

从运行安全性和现场经验来看，车轮踏面损伤这种失效形式将会造成脱轨等事故，给行车安全带来极大的隐患。

综合而言，笔者认为有必要从踏面损伤的原理、形式和实际运用情况进行深入分析，以期寻求相应的解决办法，保证列车运行安全。

车轮轮缘踏面损伤形式检修数据分析，旨在统计分析货车车轮轮缘踏面磨耗发展历程，揭示其规律，同时也为保证车辆运行安全提供必要的数据，在对车轮踏面磨耗情况进行定期、定量检测。

车轮踏面外形测量主要获得车轮踏面以下参数：

（1）踏面轮廓外形；

（2）轮径；（3）轮缘高度；（4）轮缘厚度；（5）轮缘qr值；（6）踏面凹陷；（7）踏面锥度。

提速货车120km/h环行线第二阶段可靠性试验自2006年2月所有参试车辆到达环行线至2007年2月15日共对所有参试车辆进行了六次车轮轮缘踏面测量，共测量5760轮次，产生测试文件5760个。

目前已对参加第一阶段试验同时继续参加第二阶段试验的24辆21t轴重货车和参加第二阶段试验的K2改造车、70t级车和25t轴重车的车轮踏面测量数据进行了处理，共计8704次测量。

2车轮踏面损伤形式

车轮踏面损伤不仅会给轨道和车辆造成严重破坏，而且也会给行车安全带来严重危害。

所以，世界各国铁路部门都投入大量人力、物力和财力在车轮踏面损伤方面进行深入研究，比如研发和制造了相应的监测设备，从原理上分析以寻求减轻甚至杜绝踏面损伤的措施。

就常见的车轮踏面损伤来说，其失效主要反映在踏面圆周磨耗、擦伤、局部凹陷、疲劳裂纹、剥离、裂损、崩箍等多种形式[1]。

以车轮踏面擦伤为例，主要表征在车轮踏面呈现类似椭圆形的痕迹，该部位局部凹陷。

分析其原因在于制动过程中，由于多种因素影响（诸如司机操作不当，制动系统不佳，轮轨黏着力降低等），造成车轮被抱死，导致车轮和钢轨之间产生强烈摩擦，摩擦热使得车轮踏面局部产生相变，形成硬而脆的马氏体组织，严重时会导致擦伤处剥离掉块。

擦伤程度较深时，会降低列车运行平稳性，产生振动并对轴承等相关部件产生危害[1]。

除了上述的车轮踏面擦伤之外，踏面的圆周磨耗也较为常见。

轮轨之间为滚动接触，车辆就是通过车轮和钢轨之间的黏着来实现运行的。

这种特殊的接触方式导致了车轮在转动过程中和钢轨的摩擦产生磨耗，这也是踏面损伤的常见形式之一。

踏面和钢轨构成一对运动摩擦副，其磨损程度受摩擦接触面的材质影响。

而且，踏面形状也会影响车轮踏面圆周磨耗。

我国之前采用的锥形踏面，运用一段实践之后，踏面的磨耗现象就非常严重，甚至影响列车安全运行。

之后，磨耗型踏面的使用明显降低了轮轨之间的磨耗。

此外，还有一个不容忽视的损伤形式——车轮扁疤[2－3]。

由于制动磨耗或材料剥落造成的车轮踏面上呈弦状的缺陷部分称车轮扁疤。

带有扁疤的机车车辆在线路上行驶时会产生附加的轮轨冲击力,其幅值随扁疤长度的不同可达正常轮轨力的几倍甚至十几倍,并且随车轮的滚动周期性地作用于车辆和轨道,是造成机车车辆轮轴疲劳断裂、钢轨和混凝土轨枕断裂的一个不可忽视的重要因素。

根据国内外相关铁路工作者的研究以及现场实践经验来看，还存在有如下一些较为常见的车轮踏面损伤形式：

（1）由于踏面闸瓦制动而产生的车轮踏面熔着；

（2）由于自然环境（比如天气条件等）而产生的车轮踏面锈蚀；（3）同样是由于闸瓦制动而产生的制动热裂纹；（4）除此之外，还有表面局部凹陷、表面结疤（二者主要是新轮在浇筑等过程中产生的）、踏面剥离等伤损形式存在[1]。

在众多的车轮踏面损伤中，需要特别值得注意的是踏面磨耗、踏面擦伤和踏面剥离，其对列车运行安全性的影响极为严重，可以简单的归纳如下：

（1）损伤将使得轮轨接触状态恶化，加大轮轨间的冲击振动，增大轮轨间的动作用力，容易损伤轨道，给线路维护等带来沉重负担；

（2）货车在强烈冲击振动下，易损坏运输物品；

（3）加大车体上下振动，易使机车车辆配件松动、折断、磨损，并产生裂纹，造成意外事故；

（4）加剧车辆系统及其零部件的疲劳破坏；

（5）踏面磨耗破坏了踏面锥度，降低了列车的运行平稳性，加大了轮轨接触面积，增加了运行阻力；

踏面磨耗过大造成轮缘外侧距过小，车轮横向振动严重，易发生脱轨事故[4]。

车轮在列车运行过程中扮演的重要角色使得其踏面损伤关乎着列车运行安全，所以应引起广大铁路工作者的足够重视。

3车轮踏面磨耗分析

3.1现场检修数据分析概述

2003年开始，铁道部组织个科研院所和铁路工厂在中国铁道科学研究院“环行道”试验线进行了为期多年的“提速货车120km/h可靠性试验”[5-6]，积累了大量的试验数据，为铁路货车提速的有效发展奠定了坚实的基础。

在可靠性试验中，轮对踏面损伤故障主要表现为踏面剥离、局部凹陷。

由于踏面剥离、局部凹陷损伤超限更换的车轮，第一阶段试验更换14条，第二阶段更换了11条；由于踏面圆周磨耗到限更换的车轮，第一阶段试验没有，第二阶段更换了7条，其中6条发生在第一阶段21t轴重被试车（2辆平车、1辆敞车），1条发生在改造货车的敞车上。

70t级被试车在试验中也出现较多的前期剥离，但还都未超限，共有21个车轮出现明显的剥离，另外25t车有12个轮踏面剥离但未超限。

（1）G70K6283956轮5位

（2）C64K4944589轮7位

（3）G70H6450101轮2位（4）C64K4944592轮3位

图1可靠性试验踏面损伤图

通过文献[5]、[6]的计算，可以得出如下一组数据：

以第一阶段18万公里21t轴重车计算分析，轮对损伤更换率为15.3%；以第二阶段18万公里21t轴重车计算分析，轮对损伤更换率为13.1%；以两个阶段18万公里21t轴重车计算分析，轮对损伤更换率为14.4%；但是如果以两个阶段36万公里21t轴重车计算分析，轮对损伤更换率达到了惊人的33.5%。

因此可以认为：

新轮在运用18万公里（相当一个段修期），大约有15%的轮对将由于损伤需要旋轮或更换，运用36万公里（相当两个段修期），损伤更换比例将达到约34%，可以说车轮的损伤将成为提速后车辆临修的主要故障之一。

接下来，我们重点分析一下车轮圆周磨耗情况。

截止到2007年6月6日第二阶段运行试验结束，共有7条轮对由于踏面圆周磨耗超限被更换。

为了分析推测货车提速后现行的磨耗限度（运用8mm，段修5mm）是否适用，利用公式

（1）进行了相关推算[5-6]。

空重折算磨耗量=重车平均磨耗量×70%+空车平均磨耗量×30%

（1）

第一阶段21t轴重被试车，18万公里平均磨耗约3.2mm，未超过段修限度；25t轴重被试车，考虑到延长段修周期到2年的因素，24万公里平均磨耗约4.8mm，接近段修限度，但未超过运用限度，48万公里平均磨耗将达到约9.6mm，超过运用限度。

第二阶段21t轴重被试K2改造车，18万公里平均磨耗约3.8mm，未超过段修限度；36万公里平均磨耗约7.2mm，超过段修限度，但未超过运用限度；70吨级被试车，考虑到延长段修周期到2年的因素，24万公里平均磨耗约4.9mm，接近段修限度，但未超过运用限度，48万公里平均磨耗将达到约9.8mm，超过运用限度。

总体分析，车轮圆周踏面磨耗趋势为0.2mm/万公里，按现行的运用、段修限度，21t轴重车满足适用性，70t、80t级车由于延长段修周期，会有车辆未到段修期而车轮圆周踏面磨耗超限情况发生。

通过车轮踏面损伤的现场检修数据的统计分析，我们可以发现，车轮踏面损伤是车辆实际运用过程中较为常见的失效形式，其对运用安全性的影响作用不容忽视。

以车轮圆周磨耗为例，在18万公里以内，其磨耗量基本上均未超过段修限度，但是当运行里程达到36万公里，有的甚至在24万公里的时候，其磨耗量就接近于段修限度，一旦运行里程达到48万公里，其势必超过运用限度。

一方面，车轮的圆周磨耗对列车运行安全性而言，是一种隐患；另一方方面，如此大规模的磨耗趋势使得车轮的使用寿命周期缩短，从另一个层面上说就增加了运用成本，如此一来就导致了铁路运输效益的下降。

限于篇幅，本文未对车轮踏面损伤的其他形式进行翔实的分析，相关结果可以参见文献[5][6]。

但是，一定程度上来说，车轮踏面的损伤有些时候并不是单独存在的，也即各种损伤形式可能交互存在，相互影响。

而这种交织关系不仅不能抵消或者减缓车轮踏面损伤的程度，还或多或少的加剧了整个车轮踏面的系统损伤，严重影响运行安全性。

通过现场检修数据的分析，结合车轮踏面损伤的机理研究，为了预防或者减轻损伤的程度，建议从如下多个方面入手探讨对策：

（1）在车轮表面涂刷具有防护作用的涂层；

（2）改善制动系统和制动材料；

（3）提高司机操作水平，尽可能避免紧急制动；

（4）选择合适的轮轨外形及材质；

（5）注重线路的养护；

3.2车轮踏面磨耗趋势

以NX17BH5350100车为例分析120km/h提速货车环行线可靠性试验车轮踏面磨耗趋势。

截至2007年2月15日，NX17BH5350100车所有4条轮对均已被更换，其中2条由于圆周磨耗超限、1条踏面剥离超限，另1条为轴承问题被更换。

图2和图3为3位和4位车轮的踏面形状变化情况图，图4~图7分别为轮缘高度、轮缘厚度、圆周磨耗和车轮直径随里程的变化趋势。

通过对参试60辆车近8704次车轮踏面监测数据进行统计分析，可得到表1的结果：

表1车轮踏面磨耗趋势

踏面参数

最小变化量

（mm/万公里）

最大变化量

（mm/万公里）

轮缘高度变化量

0.083

0.436

轮缘厚度变化量

0.037

0.296

圆周磨耗量

0.083

0.436

图2NX17BH5350100车3位车轮踏面形状

图3NX17BH5350100车4位车轮踏面形状

图4NX17BH5350100车车轮轮缘高度随里程的变化趋势

图5NX17BH5350100车车轮轮缘厚度随里程的变化趋势

图6NX17BH5350100车车轮圆周磨耗随里程的变化趋势

图7NX17BH5350100车车轮直径随里程的变化趋势

3.3两阶段可靠性试验轮对更换情况分析

120km/h提速货车两阶段环行线可靠性试验中全部车轮更换情况如表2所示（注：

参试车辆的装载状态在整个可靠性试验中没有发生变化，即重车始终是重车。

数据统计截至日期为2007年2月15日，参试车辆最大试验里程为：

329502km。

参试车辆为60辆共240条轮对和480个车轮，假设参加试验的改造车在试验前未更换过轮对。

一个段修期按运行18万公里计算）。

分析表2的相关数据可知：

（1）产生超限踏面剥离、凹陷的车轮以及圆周磨耗超限的车轮均为重车的轮对；

（2）9个因圆周磨耗超限而被更换的轮对的试验里程均大于一个段修期，其在所有参试车辆中所占比例为：

3.75%；

（3）车轮踏面剥离为参试车辆车轮被更换的主要原因，共有19条轮对因此被更换，其中15条轮对试验里程大于一个段修期，4条轮对试验里程小于一个段修期。

因轮对踏面剥离而被更换的比例为：

7.92%；

（4）有1条轮对因踏面凹陷超限而被更换，其试验里程大于一个段修期，所占比例为：

0.42%；

（5）由于轴承问题而被更换得轮对有2条，所占比例为：

0.84%；

（6）考虑实际运营中装载状态的变化，假如空车状态和重车状态的比例为3:

7，则表2中被更换的轮对实际运行里程达到两个段修期的为7条，在参试车辆中所占比例为：

2.92%；大于一个段修期而小于两个段修期的轮对为22条，所占比例为9.16%；仍小于一个段修期的为1条，所占比例为：

0.42%；

（7）假设对车轮运用可靠性的最低要求为0.9，考虑实际运用中空重比，且更换周期大于两个段修期被认为是可靠的，则因各种原因被更换的轮对所占比例小于10%，即满足可靠性0.9的要求；

（8）从表中数据可知车轮踏面剥离是车轮损伤的主要原因，而且踏面剥离将严重影响车辆的动力学性能，因此建议在生产过程中提高车轮加工工艺水平（如热处理工艺、材质等），在运用中严格检查车轮踏面剥离情况。

表2120km/h提速货车可靠性试验轮对更换记录

车型车号

转向架/载重

更换日期

更换位置

更换原因

试验里程（km）

和段修期比较

空重比例为3:

7时折算里程（km）

和段修期比较

C64H4203137

K4，重车

2004.7.15

3

6位轮剥离72mm超限

162622

小于1个段修期

232317

大于1个段修期

2004.7.23

1

2位轮剥离52*20mm超限

169167

小于1个段修期

241667

大于1个段修期

2004.9.9

2

剥离

181432

大于1个段修期

259189

大于1个段修期

2006.8.26

4

8位踏面圆周磨耗8.3mm过限

252739

大于1个段修期

361056

大于2个段修期

C64K4944589

K2，重车

2006.4.9

4

7位轮踏面剥离350mm

209151

大于1个段修期

2987