杜彪 江亚男 何平 杨文喜 李春林 刘瑞军

摘 要：文章通过对大量铁路货车轮对段修数据样本的统计分析，总结轮对磨耗故障特性，并基于分析结果提出合理化运维管理建议。分析结果表明，该铁路货车运营单位的轮对存在轮径差超限、踏面局部凹陷和踏面剥离三大主要故障类型，其故障主要来源于钢轨表面偏磨、异物和局部缺陷；三大故障都将导致大的轮径镟修量，对轮径损失的占比达到约42%；该单位轮对踏面磨耗速率明显高于轮缘磨耗，镟前轮缘厚度均值较镟后值约高出1-1.5mm。

关键词：铁路货车；轮对；故障；统计分析；运维管理

中图分类号：U279.3 文献标志码：A 文章编号：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

轮对是铁道车辆走行的核心部件，良好的部件状态是保障列车安全平稳运营的关键。国内外研究者在轮对故障检测技术、形成机理、影响特性和维修策略等领域开展了大量的研究工作。张爽等[1]提出了以VS2010软件开发平台为基础的轮对自动测量的控制系统方案，实现了轮对参数全自动测量；李霞[2]基于三维非Hertz滚动接触理论和Archard材料磨损模型建立了车轮磨耗预测模型，并研究了不同车辆参数对车轮磨耗特性的影响；刘韦等[3]通过建立考虑车轮磨耗的动力学模型，研究了不同磨耗特性对轮轨接触几何特性和动车组动力学性能的影响；董孝卿等[4]通过长期跟踪和分析京津城际铁路CRH3C型动车组车轮磨耗、车辆振动性能，提出了新的系列薄轮缘车轮形面设计原则，研制了系列薄轮缘车轮外形，并通过仿真计算和线路试验，证明了新设计的系列薄轮缘车轮外形踏面的有效性。

本文以某铁路货车运营单位轮对为对象，通过大数据统计分析技术研究轮对的故障特性和维修特性，从而为该运营单位的轮对运维管理提出合理化建议。轮对的故障特性受服役环境、负载情况等因素影响，不同运营单位轮对故障特征呈现差异性。本文的研究工作结合运营实际，相比于传统的轮对普适规律研究，本文的研究成果具有较强的实用性。

2 车轮段修故障统计分析

2.1 轮对段修修程指标及限值

当前，我国铁路货车实施“日常检查、定期检修”的预防性计划修检修制度，检修修程主要为列检（500km）、段修（1.5年）和厂修（9年），其中，段修是保障列车运行安全和运行品质的最关键一环。在轮对的段修过程中，将对象分解至轮轴结构，对轮对表面状态与特征参数进行检查，根据特征参数值情况确定继续运行、执行镟修或执行厂修。

輪对特征参数定义如图1所示，表1为特征参数符号说明，表2为各特征参数的检修限值。

2.2 车轮故障统计分析

通过跟踪某铁路货车运营单位长达5年的84863条镟修记录，统计分析轮对段修修程中各类故障情况。图 2为收录的镟修轮对故障类型与占比情况统计。

由统计结果可见，该运营单位铁路货车段修修程的主要故障类型为轮对两轮直径差超限（38.6%）、踏面局部凹陷（29.2%）、踏面剥离1处（23.1%），三者约占总故障记录的91%；而踏面圆周磨耗超限（4.5%）、轮缘厚度超限（4.3%）是两个次要因素；其他四种因素的发生率大概都不超过千分之一，属于偶然因素。由故障类型占比统计发现，由于该运营单位铁路货车为专用铁路线路运营，轮对存在较严重的偏磨现象，导致轮径差超限严重；踏面局部缺陷占比达到约52.3%，列车运行的线路情况较差，运营单位应考虑提升线路养护标准。

出于记录方便考虑，该运营单位的管理系统对镟修轮对仅记录了一种故障，实际检测数据分析发现，镟修轮对有多种故障并存的情况。本文基于原始检测参数，对发生概率排名前5的故障进行精细化分析，深入研究段修轮对的故障特征。

由表3可见，段修收录的故障轮对普遍存在多类故障并存情况，其中以圆周磨耗到限和轮缘厚度超限两类故障的相关性最为密切，其次为圆周磨耗超限与轮径差超限。造成该现象的原因为车轮圆周磨耗导致车轮轮径变化，引起轮缘厚度测量基线下移，导致轮缘厚度增加。对“踏面局部凹陷”和“踏面剥离1处”两类局部缺陷故障，其车轮参数磨耗到限的占比较低，局部缺陷导致轮对提前镟修，降低了车轮使用寿命。

3 镟修量统计分析

本文对镟修前后的车轮踏面圆周磨耗量、轮径和轮缘厚度参数进行统计分析，表4为段修周期内的轮径损失均值统计，表5为镟修前后的轮缘厚度情况统计。

由统计结果可见，从镟修量来看，轮径差超限故障导致的轮径镟修量最大，其次为踏面剥离故障；从轮径综合损失量来看，踏面圆周磨耗是引起轮径损失的最关键因素；踏面局部缺陷和轮径差导致的车轮镟修量占比最大，平均约达到42%；由镟修前后的轮缘厚度对比情况可知，该运营单位铁路货车踏面圆周磨耗速率明显高于轮缘磨耗，导致服役后车轮轮缘厚度普遍增大。

根据以上镟修数据对比分析，本文对该运营单位轮对运维管理提出以下建议：

（1）在段修周期中期调转列车运行方向，降低车轮偏磨导致的轮径差超限故障；

（2）提升轨道线路表面缺陷与异物排除检修标准，减少车轮表面局部缺陷故障；

（3）车轮镟修过程中应适当加大轮缘厚度的镟修量，

降低服役周期内的轮缘厚度超限故障。

4 结束语

本文跟踪获取了某铁路货车运营单位为期5年的轮对段修修程检修大样本数据，对轮对故障情况开展统计分析，并根据分析结果对运营单位轮对运维管理提出合理化建议。

该铁路货车运营单位轮对的故障特征为：受专用线路运行影响，轮对偏磨验证，轮径差超限故障占比高；车轮踏面局部缺陷故障高，表明其运行线路状态差，存在较多异物和局部缺陷情况；段修收录轮对中有多类故障并存，其中以踏面圆周磨耗、轮缘厚度超限和轮径差超限三者的相关性最为显著；车轮踏面磨耗速率明显高于轮缘磨耗，导致服役周期后轮缘厚度均值相比新镟轮对明显增大。

轮对镟修情况分析可知：轮径差超限和踏面局部缺陷导致的轮径镟修量大，该单位三大主要故障的镟修量对轮径损失的占比达到约42%，要提升轮对检修经济性，应尽量降低这三类故障概率。

对该运营单位的轮对运维管理建议：（1）在段修周期中期调转列车运行方向，降低车轮偏磨导致的轮径差超限故障；（2）提升轨道线路表面缺陷与异物排除检修标准，减少车轮表面局部缺陷故障；（3）车轮镟修过程中应适当加大轮缘厚度的镟修量，降低服役周期内的轮缘厚度超限故障。

参考文献：

[1]张爽，陈文东，高金刚，等.列车轮对测量机控制系统的设计与实现[J].制造业自动化，2017，39（3）：82-86.

[2]李霞.车轮磨耗预测初步研究[D].西南交通大学，2009.

[3]劉韦，马卫华，罗世辉，等.高速列车车轮磨耗引起的轮轨接触非对称问题研究[J].振动与冲击，2013，32（13）：128-132.

[4]董孝卿，王悦明，任尊松，等.CRH3C型动车组薄轮缘车轮外形设计与运用[J].铁道学报，2014（2）：11-17.

[5]赵秀红.铁路货车车辆轮对故障分析及改进措施[J].科技创新与应用，2013（09）：77.

[6]刘明强.铁路车辆轮对自动检测系统的研制[J].科技创新与应用，2013（17）：56-57.