马全军　屈春华

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营工况来决定采用什么材质的车轮，从而降低车轮踏面剥离现象的发生。

3.3 撒砂系统用砂的影响

图3为神朔铁路机务段配属HXD1型机车所用粗砂和细砂的对比，根据统计结果，使用细砂的机车车轮很少出现踏面剥离现象，而使用粗砂的机车车轮踏面剥离现象比较频繁。使用粗砂的机车运行2000km时，车轮踏面出现许多麻坑，麻坑会造成接触面积减少，踏面容易出现滚动接触疲劳，尤其是在重载的情况，而使用细砂的机车，在行走5万km后，踏面依然很光滑，未出现剥离。

3.4 车轮失圆的影响

通过盯控不落轮镟轮现场情况，发现大部分剥离轮对有深度达0.3mm～0.8mm的失圆度。轮对不圆度增大时，会加大轮对在钢轨上的振动，在机车高速运行时产生与速度成正比的冲击力，对轮对踏面造成冲击，提速后轮对踏面剥离的可能性也在加大。轮对踏面擦伤和蠕滑均会加剧轮对失圆的发生。运行中轮对失圆，在轮对转至擦伤扁疤处时，黏着力突然下降，瞬间滑动，擦伤深度、面积将扩大。

3.5 线路条件和状态

机车上坡或下坡时，牵引力或制动力较大，尤其是重载牵引的时候，较大的牵引力或制动力会加剧车轮的滚动接触疲劳，因此机车经常运行在坡道较多的路段上时踏面会出现接触疲劳剥离现象。另外钢轨表面状态不佳，也会导致轮轨间粘着系数下降，从而车轮出现空转、打滑现象，加剧踏面剥离的发生。

3.6 气候条件

雨雪天气，轮轨间粘着系数降低，在车轮会出现空转打滑现象，为保证正常的粘着，会撒砂到轨面上，但撒砂量过大会导致车轮踏面磨耗加剧。

4.缓解车轮踏面剥离的措施

4.1 粘着控制系统优化

粘着控制系统优化可以通过在线试验进行，通过在线试验模拟车辆在实际运营中的各种工况，研究粘着控制参数、撒砂量与机车运行具体线路的最佳匹配关系，对不同控制参数进行调整使机车各轴之间的速度差达到最小，减少车轮的空转和打滑，降低车轮踏面的剥离损伤。

4.2 使用优质细砂

在保证机车粘着未受到影响的情况下采用优质细砂，优质细砂粗细均匀、外形无锋利棱角，含泥土和杂质较少，可以显著降低车轮踏面的损伤，缓和车轮踏面剥离的程度。

4.3 合理安排轮对镟修

车轮出现轻微剥离情况时就应该及时镟修，否则裂纹继续扩展，将会影响机车走行安全。由于轻微剥离一般镟修量都较小，还可以延长车轮的寿命。

4.4 采用磨耗型踏面

踏面经过一段时间运用磨耗后形成一种稳定形状，磨耗型踏面就以这种磨耗后的稳定形状作为初始形状。现场考核表明，JM型磨耗踏面磨耗量比标准型踏面车轮减少10%～40%。

结论

自逐步实施上述措施，经两年以来的运用，效果显著。时至今日HXD1型机车车轮踏面剥离故障大幅减少，年发生率仅为16%，车轮踏面剥离周期延长到6万km以上，在实际运用中有效预防和减缓车轮剥离的发生，延长车轮的使用寿命，提高机车的运用效率，降低检修停时和成本，保证机车的运用安全。但对比同一路况运用的SS4G型机车车轮踏面15万km镟修一次的情况，HXD1型号机车车轮踏面剥离现象的形成机理和影响因素还有待更进一步的跟踪分析。

参考文献

[1]郑伟生，刘会英.关于车轮擦伤剥离的若干问题与对策[J].铁道车辆，2001（2）：7.

[2]王家玉，王顺福.机车磨耗型踏面与踏面剥离[J].铁道运营技术，2004（4）：26-27.