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轮对故障检修论文

CRH2型车辆轮轴部分的故障与检修浅谈

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摘要：

轮对引导车辆沿钢轨运动，同时还承受着车辆与钢轨之间的载荷。

轮对利用轴箱装置和构架联系在一起，使轮对钢轨的滚动转化为车体沿轨道的直线运动，并把车辆的重量以及各种载荷传递给轮对。

所以说轮对是车辆不可或缺部分，其结构和故障会直接影响机车车辆的运行品质和行车安全,故而结合CRH2型动车组来探讨车辆走行部轮轴部分的结构、故障与检修。

关键词：

车轴；车轮；故障；检修

1轮对

轮对由一根车轴和两个同型号车轮通过过盈配合组装而成，轮对组装过程通常采用冷压和热套的工艺，使车轮与车轴牢固的结合在一起，使用过程中也不允许有松脱现象。

CRH2动车组转向架用轮对采用了空心车轴和直辐板车轮。

动车轮对含齿轮箱和轮盘；拖车轮对包括轴盘和轮盘如图1、2所示。

图1拖车轮对

1-轮对；2-制动盘；3-车轴；4-具有轴箱装置减震器支架的轴箱

图2动车轮对

1-带有降噪环和制动盘的车轮；2-车轴；3-齿轮箱；4-轴箱；5-轴箱装置；6-轴箱减震器支架（每隔一个轮对一个）

轮对的作用是引导车辆沿钢轨运动，同时还承受着车辆与钢轨之间的载荷。

因此，轮对应具有足够的强度，以保证车辆的安全运行。

在保证强度和使用寿命的前提下，应减轻轮对的重量，并使其有一定的弹性，以减少车轮与钢轨之间的动作力和磨耗。

轮对的内测距是保证车辆运行的一个重要参数。

我国铁路采用1435mm的标准轨距，轮对在钢轨上滚动时，轮对内侧距应该保证在最不利的条件下，车轮踏面在钢轨上仍有足够的安全搭接量，不造成掉道，同时还应该保证车辆在线路上运行时轮缘与钢轨之间有一定的游隙。

轮缘与钢轨之间的游隙太小，可能造成轮缘与钢轨之间的严重磨耗；轮缘与钢轨之间的游隙太大，会使轮对蛇形运动的振幅增大，影响车辆运行的品质。

CRH2型动车组轮对的内测距为1353+2-1mm。

轮对的结构还应有利于车辆顺利通过曲线和安全岔道。

1.1车轴

绝大多数的车轴为圆截面实心轴，采用优质碳素钢加热锻压成型，再经热处理（正火或正火后回火）和机械加工制成。

轮对为车辆的簧下部分，采用空心车轴结构就以减少轮对质量，从而降低车辆的簧下质量，一般空心轴比实心轴可减轻20%-40%的质量。

CRH2型动车组为了在保证强度的同时减轻质量，采用了空心车轴的设计（即在车轴中心部开一直径为60mm的通孔，车轴的轴颈直径为130mm。

），如图3所示。

当然这也使超声波探伤探头可以直接穿过通孔，使探伤容易化。

车辆定员时轴重为（100%定员）137.2KN,满员时最大轴重为（200%定员）156.8KN。

由于车轴上加装部件的不同，车轴可分为动车转向架用和拖车转向架用两种。

动车转向架为动力轴，拖车转向架为非动力轴，如图1、2所示。

动力轴安装有齿轮传动装置，它通过装在车下的牵引电机和万向轴驱动。

由于动力轴的空间有限，因此，动力轴未装轴盘式制动盘。

非动力轴上安装有外径670mm、厚度97mm的二分割锻钢制的轴盘式制动盘。

制动盘的结构由制动盘环和盘毂组成，制动盘与盘毂通过螺栓、垫块和弹性套等联接，制动盘毂与车轴为过盈配合。

车轴的材料选用碳素钢,材质为C38C。

为提高车轴高速条件下的疲劳强度,采用特殊的高频淬火工艺,车轴表面形成马氏体并残留表面压应力。

图3空心车轴

车轴的结构及作用；1.轴端螺栓孔，安装轴端压板；2.轴颈，安装轴承的部位；3.防尘板座，安装防尘挡圈的部位；4.轮座，安装车轮的部位；5.轴身，两轮座连接部分；6.制动盘座，安装制动盘的部位，如图4所示。

图4车轴

1.2车轮

车轮的结构、形状、尺寸、材质是多种多样的。

按其结构分为整体轮和轮毂轮轮两种，如图5所示。

整体车轮按其材质可分为辗钢轮和铸钢轮等。

轮毂轮又可分为铸钢辐板轮心、辗钢辐板轮心以及铸钢辐条轮心的车轮。

为降低噪声，减小簧下质量、还有橡胶弹性车轮、消声车轮等目前我国铁路车辆普遍采用整体辗钢车轮。

图5车轮

1-轮缘；2-踏面；3-轮辋；4-辐板；5-轮毂孔；6-轮毂

CRH2型动车组车轮是用碳素钢整体碾压车轮，具有较好的弹性和优良的防噪声性能。

车轮直径φ860mm、宽度135mm，车轮材质为SSW-Q3R，车轮踏面为LMA磨耗型踏面，轮缘高28mm，最大可能的磨耗半径为35mm。

在车轮上装有轮盘一体锻钢式制动盘，制动盘外径725mm（有效外径720mm）、厚度为133mm（车轮宽度-2mm）。

整体辗钢轮由踏面、轮缘、辐板和轮毂组成。

车轮与钢轨的接触面称为踏面，轮对踏面具有一定的斜度，所以称为锥形踏面，如图6所示。

踏面锥形的作用为：

在直线运行时使轮对能自动调中；曲线运行时，由于离心力的作用使轮对偏向外轨，由于踏面锥形的存在，使外轨上滚动的车轮以较大的滚动圆滚动，在内轨以较小的滚动圆滚动，从而减少了车轮在钢轨上的滑动，使车轮顺利通过曲线；车轮踏面有斜度，运行时车轮与钢轨接触的滚动直径在不断地变化，致使轮轨的接触点也在不断的变换位置，从而使踏面磨耗更为均匀。

标准锥形有两个斜度，即1:

20和1:

10，前者位于轮缘内侧48-100mm范围内，是轮轨的主要接触部分，后者为离内侧100mm以外部分，各个成面均以圆弧面平滑过度。

踏面的最外侧半径6mm的圆弧，起作用是便于通过小半径曲线，也便于过辙叉。

图6锥形踏面（左）磨耗性踏面（右）

除锥形踏面外，在研究轮轨磨耗的基础上又提出磨耗性踏面。

实践证明，锥形踏面车的初始形状，运行中将会被很快磨耗。

当磨耗成一定形状后，车轮与钢轨的磨耗都变得缓慢，踏面形状将处于相对平稳。

如果新造轮踏面制成类似磨耗后相对稳定的形状，即使磨耗形踏面，如图6所示,则在相同的走形公里下，可明显地减少踏面的磨耗量延长轮对的使用寿命，减少换轮、旋轮的工作量，其经济效益是十分明显的。

磨耗形踏面可以减小轮轨接触应力，提高车辆运行的横向稳定性和抗脱轨安全性。

由于车轮踏面有斜度，各处直径不同，因此根据国际铁路组织规定，在离轮缘内侧70mm处测量所得的直径为名义直径，作为车辆直径（滚动圆直径），简称轮径。

轮径小，可降低车辆的重心，增大车体容积，减小簧下质量，缩小转向架固定轴距，但也有阻力增加、轮轨接触应力应增大、踏面磨耗加快等不足之处。

2轮轴部分的故障

轮轴的日常检查是非常重要的，其主要故障有损伤主要有车轴的车轴裂纹、车轴磨伤、车轴弯曲等和车轮的踏面磨耗、踏面擦伤及剥离、轮缘磨耗、车轮裂纹等。

2.1车轴的故障

2.1.1车轴裂纹

车轴裂纹分为横裂纹和纵裂纹，如图7所示。

裂纹与车轴中心线夹角大于45°时称为横裂纹，小于45°时称为纵裂纹。

车轴断裂的原因主要是疲劳断裂。

图7车轴常发生横裂纹的部位

2.1.2车轴磨伤

车轴的磨伤有轴颈、防尘板座上的纵、横向划痕、凹痕、擦伤、锈蚀、磨伤等。

轴身的磨伤、磕碰伤，由于转向架上零部件安装不当与车轴接触造成磨伤与磕碰伤。

磨伤及磕碰伤处容易引起应力集中，造成车轴裂纹。

2.1.3车轴弯曲

车轴受到剧烈冲击时会引起车轴弯曲。

车轴弯曲时，车辆运行振动增大，会造成轴箱发热、轮缘偏磨，甚至引起脱轨事故。

2.2车轮的故障

2.2.1车轮踏面圆周磨耗

车轮踏面圆周磨耗是指车轮踏面在运用过程中车轮直径减小，并改变踏面标准轮廓。

1.踏面磨耗会破坏踏面标准外形，使踏面与钢轨经常接触部分的磨耗变大，使轮对蛇形运动的波长减小，频率增高，影响车辆运行的平稳性。

2.踏面磨耗造成轮缘下垂，轮缘下垂严重时，会压坏钢轨连接螺栓，引起脱轨。

3.踏面磨耗严重时，也使踏面外侧下垂，当通过岔道时，踏面外侧会陷入基本轨与尖轨之间，把基本轨推开，造成脱轨，如图8所示。

图8踏面磨耗严重时轮对过道岔挤压基本轨

2.2.2踏面擦伤、剥离和局部凹下

1.踏面擦伤；由于车辆在运行中制动力过大，抱闸过紧，车轮在钢轨上滑行、空转而把圆锥形踏面磨耗成一块或数块平面的现象叫做踏面擦伤。

造成踏面擦伤的原因有车轮材质过软，制动力过大，制动缓解不良，同一轮对两车轮直径相差过大等。

2.踏面剥离；车轮踏面表面金属成片状剥落而形成小凹坑或片状翘起的现象叫踏面剥离。

踏面剥离的原因，一种是车轮材质不良，在车轮与钢轨多次挤压作用下发生疲劳破坏；另一种是车轮在钢轨上滑行时，摩擦热使踏面局部金属组织发生变化而发生的金属脱落。

3.踏面局部凹下；踏面局部凹下是因为车轮局部材质过软，在运行中与钢轨挤压造成的。

2.2.3轮辋过薄

当车轮踏面磨耗超过限度或因其他故障要镟修车轮，车轮轮辋厚度随之变薄。

轮辋过薄时，其强度减弱容易发生裂纹，车轮直径也变小，影响转向架各部分配合关系。

轮辋过薄超过限度，应更换车轮。

2.2.4轮缘磨耗

1.轮缘过薄；会使车轮过道岔时，轮缘顶部会压伤尖轨或爬上尖轨而造成脱轨；使轮轨间横向游隙增加，在通过曲线时，减小了车轮在内轨上的搭载量，容易脱轨；在通过曲线时，增加了车辆的横动量，使运行平稳性变差；降低了轮缘的强度，容易造成轮缘裂纹。

2.轮缘垂直磨耗；轮缘外侧面被磨耗成与水平面成垂直状态，叫垂直磨耗，如图9所示。

轮缘垂直磨耗车轮通过道岔时，轮缘外侧磨耗面容易与基本轨密贴，轮缘顶部更易压伤或爬上尖轨，造成脱轨。

图9轮缘垂直磨耗

3.车轮裂纹；车轮裂纹多发生在使用时间过久，轮辋较薄的车轮。

裂纹的部位多在辐板与轮辋交界处、轮辋外侧、踏面及轮缘根部。

当车轮出现裂纹时必须更换车轮。

4.轮毂松弛；车轮轮毂孔和车轴轮座组装前，机械加工精度不够及粗糙度不合要求，组装压力不合标准等，在使用中由于车轮与车轴的相互作用力，车轮和车轴会发生松弛。

3轮轴的检修

一级修作业时,车轴需要通过目测检查车轴轴身，要求无裂纹及碰伤；轮对的踏面檫伤、踏面剥离、踏面硌伤不过限，轮缘无缺损、磨耗不过限，轮对的部尺寸不过限。

二级修作业时，车轴需要进行超声波探伤；要对轮对的轮辋轮辐超声波探伤，对踏面檫伤、踏面剥离、踏面硌伤过限的镟修后能继续使用的需要对轮对镟修。

3.1车轴外观检修

1.检查车轴可见区域A、B的腐蚀、凹痕和刻痕

2.检查车轴的各过渡圆弧R处，如图10所示。

图10车轴外观检查

3.2车轴故障检修

1.在车轴轴身上小于1mm深度的凹痕可以用粗砂纸打磨去除，按纵向方向（沿着车轴中心线）打磨。

打磨后用磁粉对相关区域进行探伤检测，不允许有裂纹产生。

2.如果发现在车轴轴身上的磕碰印痕超过1mm深则更换轮对。

3.在过渡圆弧R处不允许出现磕碰或裂纹，如图3.1所示。

如果在这个区域发现磕碰或裂纹则更换轮对。

4.车轴内部的缺陷（如内部的裂纹、气孔、夹渣等），须用超声波探伤仪进行探伤检查，如有缺陷则需更换轮对，如图11所示。

（在使用540万公里之内，每运行6万公里进行空心轴超声波探伤检查；超过540万公里后，每运行3万公里进行空心轴超声波探伤检查。

每60万公里进行车轴表面磁粉探伤。

每120万公里进行车轴轮座表面磁粉探伤。

）

图11超声波对空心轴探伤

5.车轴轮座若有拉毛或损伤，应进行打磨。

6.其他轴身如有必要则进行表面修复。

7.对车轴进行补漆、防锈处理，并标识。

8.记录有关数据信息。

3.3车轮的故障检修

3.3.1车轮踏面磨耗的检修

车轮标准直径为860mm，轮径磨耗限度为790mm，如图12。

轮缘高度检查，使用轮缘尺检查轮缘高度。

轮缘最大高度为33mm。

轮缘厚度检查，使用轮缘尺检查轮缘厚度。

轮缘最小厚度为26mm。

如图13所示。

车轮直径之差：

同一车轮≤0.5mm，同一轮对≤1mm，同一转向架≤4mm，同一车辆≤10mm，车辆间≤40mm；利用轮径尺测量，测量点为轮辋内侧面向外70mm处，测量三次取平均值进行检测。

图12轮径尺测量车轮直径

图13测量轮缘高度和厚度

3.3.2踏面擦伤、碾长和剥离的检修

利用钢皮尺沿踏面圆周方向测量，踏面擦伤剥离不过限；车轮踏面擦伤深度≤0.5mm，长度≤70mm；车轮踏面连续碾长≤70mm；车轮踏面剥离一处长度≤20mm、2处长度每处≤10mm。

1.车轮踏面遭受异物碾（连续碾长70mm以内可以继续运行），如图14所示。

图14车轮碾伤

2.剥离故障图片，如图到15所示。

靠内侧踏面，有较为严重的碰伤，轮子表面有压痕，但并无裂纹，靠外侧踏面，连续剥离50*15mm，观察处理。

如图16所示，201601车3位轮踏面连续剥离45*10mm，扣车镟轮。

图15车路碰伤和剥离

图16踏面连续剥离

3.3.3车轮内侧距离检修

检查车轮与轮座的结合部是否有松动，如有松动，应进行分解，并重新选配、压装。

在轮对空载条件下，车轮轮对内侧距离测量值应在1353+2-1mm。

3.3.4LU轮辋轮辐超声波探伤检修

1.先对待检动车组1、2位侧轮对进行车底状况检查，清理车底及车轮表面的异物（特别是冬季，防止车底堆积冰块融化掉落，造成设备损坏）。

使用毛刷和清洁布清理轮辋内侧面的油垢。

2.目测车轮表面状态，判断是否满足探测条件（车轮表面无大的剥离缺陷或异常突起等状况），避免检测过程中车轮表面异物损坏探头。

3.用检测小车遥控器控制检测小车移动至需要探伤的轮对附近，手动推动随动小车至与检测小车相对应的位置。

在检测小车移动的过程中必须密切关注检测小车在地沟中的移动状态。

4.将检测小车的电源接到地面电源上（380V）。

（接地面电源时应该注意保证接好，防止因未插好插座而导致电源缺相，这样会导致因油压不足而不能起动设备）。

5.将随动小车的电源接到检测小车上。

（接好所有电源后先打开检测小车的电源开关，再打开随动小车的电源开关）在随动小车的控制电脑的桌面上进入LU移动式轮辋轮辐探伤系统界面，进行探伤作业。

配合探伤工密切关注检测小车在地沟中的移动状态。

6.在车轮被顶起后（无地漏的情况下在车辆下方钢轨上放置接水槽）。

分别在车轮外侧轮辋面上放置磁铁及调整感应器，如图17所示。

7.操作探伤系统进行轮辋轮辐检测作业，将检测数据保存并进行分析（或复检）。

图17调整感应器

3.3.5车轮的镟轮检修

当踏面擦伤，踏面剥离轮，缘有缺损，磨耗过限和轮缘高度轮对各部尺寸过限等可利用不落轮镟床可以不拆卸轮对直接对车轮踏面及轮缘进行镟修，如图18所示。

图18不落轮镟床

1.预测量

（1）镟轮工在镟修轮对进入车床支撑轮中心位置后，须确认制动闸片已处于缓解状态。

（2）操作车床，升起支撑轮，支撑起待镟修轮对，移出滑轨，并操作下压爪固定住镟修轮对轴箱。

（3）在镟轮床界面输入设备操作员代码、镟修车辆走行公里、镟修车辆类型及轮对轴号等信息。

（4）在轮对内侧面靠轮缘处涂抹适量机油。

（5）轮对数据预测量。

启动轮对数据预测量程序，进行轮对数据预测量。

2.轮对修形

（1）镟修轮径设定。

镟轮工根据车床显示的轮对预测量数据及踏面损伤情况确定进刀量，直径设定后需确认轮缘厚度。

须经安全防护人员确认无误，方可开始进刀。

（2）车轮踏面镟修时，每次1循环进刀量（切削深度）应根据车轮表面磨耗情况判定。

为延长车轮使用寿命，保证踏面加工精度，建议首次加工进刀量（直径）在0.8～1.5mm，原则上进刀量越小越好，每列车后续车轮可根据首件镟修加工的进刀量一次镟修到位。

（3）如首次镟修不能完全消除车轮踏面表面的裂纹、缺损、剥离、擦伤、局部凹下等缺陷，则需要再次进行踏面镟修加工，根据未消除缺陷具体情况可进行进刀量大小，最小镟修进刀量（切削深度）可以到0.2mm。

（4）在保证镟修去除踏面裂纹、缺损、剥离、擦伤、局部凹下等缺陷的前提下，尽量减小切削深度，单次最大进刀量（切削深度）不得超过7mm（直径）须经安全防护人员确认无误，方可开始进刀。

轮对镟修时，镟轮工应时刻注意观察进刀情况、听取切削声音，如有异常，立即使用急停按钮进行停车，并仔细检查车床和刀具，必要时及时进行处理。

启动车床进行轮对修形。

（5）轮对镟修期间须及时清理刀架处铁屑。

3.轮对检查

（1）轮对镟修结束后，对内侧距、轮径、轮径差、轴向窜动量、径向窜动量、轮缘高度、轮缘厚度等尺寸进行补测量。

镟轮工对照轮对尺寸标准要求，确认轮对补测量数据在规定的限度要求内。

当同一转向架只镟修一对轮对时，须对另一轮对进行数据补测量，以确认同一转向架轮径差在限度要求内，如表1所示。

表1CRH2A动车组轮对踏面镟修尺寸限度表

（单位：

mm）

序号

项目

原型

临修、二级修

1

车轮各部尺寸：

车轮直径

860

≥790

轮缘高度

28

27.5-33

轮缘厚度

32+1-2

26-33

轮辋厚度

135

135

轮对内侧距离

1353+2-1

1353+2-1

2

车轮直径之差：

同一轮对

≤1

同一转向架

≤4

同一车辆

≤10

同一车辆单元内车辆间

≤40

3

车轮轮辋内侧面端面跳动

≤0.3

4

车轮踏面径向跳动

≤0.3

5

踏面检查样板与踏面的局部光隙

≤1

（2）使用LMA32型车辆踏面检查样板对所加工的踏面外型进行检测，其各部间隙不大于1mm。

（3）使用Ra6.3µm、Ra12.5µm和Ra25µm三种粗糙度样板对镟修轮对的踏面及轮缘加工表面进行对比检测，确保粗糙度小于Ra12.5µm。

4.镟修结束

（1）打印轮对镟修记录单。

（2）轮对修形完成后，移入滑轨，降下支撑轮，清理铁屑，退出车床轮对镟修程序。

（3）当车床两侧指示灯显示绿色时，确认车床两侧无侵界物体。

镟轮工通知机械师、地勤司机（公铁两用车操作人员）“动车”，准备进行下一轮对的镟轮作业。

（4）全部轮对镟轮作业结束后，镟轮工通知调度镟轮作业完毕。

4结束语

踉踉跄跄地忙碌了三个月，我们的毕业论文课题也终将告一段落。

论文基本达到预期的效果，心里也有一丝成就感。

但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方，本设计在**老师的悉心指导和严格要求下已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和定稿，每一次改进都是我学习的收获。

毕业论文也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。

大学生活即将匆匆忙忙地过去，但它给我的影响却不能用时间来衡量，这三年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。

就要离开学校，走上工作的岗位了，这是我人生历程的又一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的学友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷。

参考文献：

[1]郭凝.城市轨道交通车辆机械检修.上海科学技术出版社，2013:

44-47.

[2]彭开宙.CRH2型动车组机械师.中国铁道出版社，2009:

28-29.

[3]上海动车段技术装备科.Q/SHT0501-5003-2013.上海动车段，2013.

[4]龙京.动车组机械师（CRH2）.上海铁路局，2010:

101-102.

[5]佟立本.铁道概论.中国铁道出版社，2013:

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