HXD1型（神华号）交流机车车轮踏面剥离分析.doc

HXD1型（神华号）交流机车车轮踏面剥离分析 　　摘 要：本文对机车车轮踏面剥离的主要类型和机理进行了论述，介绍了影响剥离的因素，并提出了减缓车轮踏面剥离的措施。 　　关键词：机车；车轮；踏面剥离；改进办法 　　中图分类号：U264 文献标识码：A 　　0.前言 　　为了快速提升神朔铁路线的运量，满足公司大运量的需求，神朔铁路机务段自2013年2月起陆续配属76台南车株洲电力机车机车有限公司新造的HXD1型机车，担当大柳塔至神池南煤转线牵引任务，最高运行速度85km/h。当机车运行不到3万km时，即出现车轮踏面剥离现象。其发生剥离的频次远远高于同区段运用的SS4型机车，严重影响了轮对使用寿命。HXD1型车轮为整体轮，由于本机务段不具备整机车轮对检修能力，当该型机车轮径到限后必须要委外维修，其成本高，周期较长，而且存在严重的安全隐患。因此，急切需要解决该型机车车轮踏面剥离的问题。 　　1.轮对踏面剥离情况 　　HXD1型机车在本机务段自投入运用以来，轮对暴露出的主要故障是踏面剥离严重，同时振动大。具统计，自2013年～2014年间，我段首批上线的43台HXD1型机车共发生31台次踏面剥离故障，占运用HXD1机车总台数的72.1%，其中8台机车有4条轮对踏面剥离最严重，在镟修过程中出现掉块现象，不仅多处剥离掉块且掉块面积和深度严重，最大一处为长20mm、宽13mm、深8mm的剥离。单边镟修10mm仍然无法消除裂纹。因镟削量过大，为了匹配，保证减少其他轮对的镟修量，而只能选择更换该轮对。 　　以下是更换轮对统计：车号7016#轴位A2发生在2013年7月30日，公里数18548；车号7016#轴位A4发生在2013年8月1日，公里数18548；车号7036#轴位B3发生在2013年9月4日，公里数25436；车号7035#轴位A2发生在2013年9月8日，公里数26680。 　　2.车轮踏面剥离主要类型及其形成机理 　　对于不同的机车、不同的车轮（材质、结构）以及不同的使用条件，车轮剥离、擦伤的表现形态也不一样。在神朔铁路机务段机车实际运用中，还有其他多种踏面剥离现象不属于下面3种剥离类型之中。 　　2.1 擦伤剥离 　　擦伤剥离是由于车轮在钢轨上严重滑行造成，图1所示为我段神华号HXD1机车7038#B节1轴、4轴在神南出现的车轮剥离现象，其为典型的车轮擦伤剥离，表现为擦伤深度大、长度长、对车轮损伤较大的特点。 　　2.2 制动剥离 　　制动剥离是制动过程中在踏面表层形成脆硬马氏体白层和热裂纹的结果。对于采用闸瓦踏面制动方式的机车车轮，制动过程中踏面和闸瓦接触部位因滑动摩擦产生高热能，随后在空气中迅速冷却形成薄的马氏体白层。脆硬的马氏体白层在轮轨接触应力、摩擦力、垂向力、热应力和组织应力的反复作用下极易发生碎裂，裂纹层刻度尺纹状，最终贯通形成剥离。 　　2.3 接触疲劳剥离 　　接触疲劳剥离是由于轮轨接触面在轮轨接触应力作用下，车轮踏面表层金属塑性变形及疲劳裂纹萌生和发展的破坏方式。踏面塑性变形层的深度与轮轨接触应力及材质强度有关，当轮轨接触应力超过材质的接触疲劳强度时，疲劳裂纹在变形层表面同时或先后萌生，同时沿变形流线方向向深处发展。当踏面磨耗速率小于疲劳裂纹扩展速率时，则会在踏面形成疲劳剥离裂纹。典型的车轮接触疲劳剥离是剥离部位发生在整个踏面滚动圆上，剥离掉块的深度通常与塑性变形层的深度相对应。车轮接触疲劳剥离主要是与轮轨接触应力及车轮材质有关。 　　3.影响剥离的因素 　　影响车辆踏面剥离的原因有好多种，从神朔铁路机务段HXD1型机车车轮踏面剥离统计来看，主要有以下几个原因： 　　3.1 粘着控制 　　神朔铁路机务段HXD1型机车安装了两种程序，将发生剥离故障的粘着程序版本来对比，其中初次上线的出厂版本要比后续在段试验后所采用的新版本空转率高达47%。因机车粘着控制不良，机车在运用过程中车轮就会出现空转频繁、卸载严重、坡起困难及加速性能差等问题，这种运用状况极易加剧车轮的踏面剥离。尤其是对于重载机车，粘着控制不良已经成为造成车轮接触疲劳剥离的主要原因。 　　3.2 车轮材质 　　车轮的材质主要对其耐磨性有较大影响，通常车轮的耐磨性是通过提高硬度来达到的，提高硬度依靠提高车轮的碳含量，但是通过提高碳含量来改善车轮的耐磨性，将不可避免地降低了车轮的断裂韧性和抗热裂性能。 　　欧洲以城轨、地铁、铁路快运为主，机车轴重轻，车轮材质主要采用EN 13262标准，碳含量比较低，目的在于要有效改善车轮的抗冷热疲劳性能和冲击韧性。美国以重载运输为主，车轮要求高强度、高硬度，车轮材质采用AAR标准，碳含量明显高于欧洲车轮，车轮用钢中碳含量对综合性能的影响如图2所示。因此需要根据机车实际的运