关于 CRH6A型动车组踏面清扫装置动作方式对轮对踏面的影响

关于 CRH6A型动车组踏面清扫装置动作方式对轮对踏面的影响

剧里嘉洋

中国铁道科学研究院 研究生部，北京

摘要：踏面清扫装置是四方平台动车组转向架基础制动系统重要组成部分之一。清扫装置中的研磨块通过气缸推动，压在踏面表面产生摩擦,起到改善车轮表面黏着状态,修正车轮踏面形状, 清扫车轮踏面的水膜、油膜、泥沙及其他异物的作用。

目前，国内动车组踏面清扫装置动作主要分为两种：持续动作、间接多级动作。在300公里时速动车组均采用间接动作方式。而在200公里的城际列车CRH6A型动车组上，则部分采用了持续动作方式。通过现场实际情况的对比，发现踏面清扫不同动作方式除了使得研磨块更换周期不同之外，还对轮对踏面尺寸有着不同程度的影响。

持续动作方式不仅会造成研磨块磨耗加快，缩短其更换周期，运行里程增加时还会对车轮踏面产生异常磨耗，造成同轴轮径差超标，增加车轮镟修作业次数。

关键词：踏面清扫；研磨子；轮径差；车轮镟修；持续动作；多级动作；同轴轮径差

动车组制动方式采用了盘形制动大功率制动方式，因此必须有效利用车轮与钢轨之间的粘着，才能保证动车组安全高效的运行。踏面清扫装置作为动车组转向架系统重要组成之一，起到改善车轮表面黏着状态,修正车轮踏面形状,清扫车轮踏面的水膜、油膜、泥沙及其他异物的作用。

踏面清扫装置在列车空转、滑行或在时速30KM/h以上施加制动时动作。现阶段其动作模式共分为两种：持续动作、间接动作。踏面清扫持续动作时，动作气缸内以490Kpa压力将研磨块持续挤压在踏面上，直到动作结束。间接动作时，动作气缸内以300Kpa压力将研磨块按照20s挤压，10s放松的动作周期对踏面进行研磨，直到动作结束。

1 问题概况

1.1 问题背景

目前，郑州铁路集团公司配属共八列CRH6A型动车组，担当郑州发往新郑机场、焦作等地城际交路。8辆动车组自2017年12月-2018年1月新造出厂以来，踏面清扫动作均为持续动作模式。2018年4月，四方厂对其中一列动车组进行技术改造，将踏面清扫动作方式由原来的持续动作更改为间接动作。

1.2 研磨子磨耗问题

在《高速铁路技术规程》中规定，研磨块原型尺寸为40mm，磨耗到13mm时需要进行更换，极限安全余量为10mm。从既有的动车研磨子使用更换情况来看，每个研磨子的有效工作里程大概为10万公里，正常磨耗大概为0.00045mm/km。更换周期大致为两个月，基本为两个二级修更换一次。

但是对于踏面清扫使用持续动作方式的CRH6A动车组来说，研磨子使用寿命周期急剧缩短，据统计研磨块平均寿命在25天左右。甚至无法维持一个二级修周期，为了减少夜间一级修大批量更换研磨块，在二级检修时提高检修限度。这就造成研磨块还未使用到限便进行更换，形成巨大的浪费。

另外，通过观察持续动作方式下研磨块的接触面发现存在大量金属镶嵌情况。如下图所示：

1.3 踏面磨耗问题

轮对出厂原型直径为860mm,磨耗至790mm时到限，禁止上线运行。轮对在使用过程中要求，同一轴轮径差＜1mm，同一转向架和同一车厢轮径差小于4mm，同一列车轮径差小于40mm。当轮径差超限时需要进行镟修作业。从既有的动车组运行情况及高级修来看，轮对踏面正常磨耗平均在0.1mm/万km。

对于配属郑州铁路集团公司的八辆CRH6A动车组来说，在列车运行至20万-25万公里时，踏面清扫动作方式为持续动作的车辆，开始出现较为明显的同轴轮径差超限的情况。而经过改造踏面清扫动作为间接动作方式的车辆0428则并未出现轮径超差的情况。

2 数据统计分析

2.1 研磨块磨耗量统计

为了对比不同清扫动作方式下研磨块磨耗量，减少因不同交路，运行工况等其他变量对结果造成影响。现将踏面动作方式为间接分级动作的动车组0428与未改造的三列车按排至同一交路下运行，统计两个月的相关数据，对比结果如下：

统计自2018年4月25日至2019年6月12日，作对比的四列动车组运行里程如下

在保证运行工况基本相同的条件下，持续动作方式下的研磨子更换周期最快为21天，平均为30天，间接动作方式下研磨子更换周期基本保持在60天。对四列动车组研磨子磨耗情况进行统计，统计结果如下：

根据表格可以明显发现，经过改造后的0428，研磨块的磨耗量为4.92mm/万公里，大致符合既有动车组研磨块的正常磨耗水平0.00045mm/km。与之对比的三列动车组，在相同的运行里程下，最少磨耗量为8.83mm/万公里，最大磨耗量为13.11mm/万公里，平均磨耗量10.36mm/万公里。

因此可知，不同的踏面动作方式对研磨块磨耗程度有着显著的影响。持续动作方式下会加快研磨块磨耗，缩短更换周期。

2.2 轮对缺陷统计

在选取的对比周期内，4组对比动车组共出现轮对缺陷54处，其中0422出现18处，其中硌伤超限6处、同轴轮径差超限11处、擦伤超限1处；0424出现15处均为同轴轮径差超限；0427出现9处均为同轴轮径差超限；0428出现12处均为疲劳性损伤。除去外界环境引起的轮对缺陷，共计缺陷47处。统计结果如下：

在上述35处轮超差问题中，同轴轮径最大差值3.37mm，最小差值1.05mm，平均差值为1.63mm，均已进行镟修处理，缺陷轮对镟修后未再次报出同轴轮径差缺陷。

可以发现未经踏面改造的动车组，均在不同程度上存在同轴轮径差超限情况。经改造后的动车组未出现轮径超差现象。

2.3轮对磨耗及镟修量统计

对上述47处轮对缺陷问题进行统计，同轴轮径差在各个车厢和轴号出现频次无明显趋向。对故障轮对进行测量，统计轮径磨耗数据，结果如下：

经过改造后的0428轮对万公里磨耗为0.07mm，与正常磨耗0.1mm/万公里相差较小，符合正常运用磨耗水平。其他三列动车组发生故障的轮对踏面磨耗平均为0.213mm/万公里，超过正常磨耗量的113%。

发现轮对故障后，组织对轮径差超以及疲劳裂纹的故障轮对进行镟修处理。从每列动车组中选取五条轮对统计镟修量如下所示。

统计数据中，平均镟修量时以同轴两轮镟修量之和求平均值得到的。正常轮对根据检修周期要求，应在20至25万公里进行一次全列集中镟修，根据以往数据经验得出集中镟修的平均单轴镟修量为1.27mm。

在踏面动作为间接动作方式的0428车辆上，由于疲劳裂纹仅存在于踏面表面，未发生深度扩散，从而造成临时镟修量最大为1.59mm，最小为1.26mm，平均镟修量为1.445mm。

在踏面动作为直接动作方式的其他三列车组上，由于同轴轮径差造成临时镟修量最大为3.02mm，最小镟修量为1.38mm，平均镟修量为2.19mm。

通过对比不同踏面动作方式下的故障轮对踏面磨耗，并结合故障轮对不同的镟修量，可以发现踏面动作方式为间接动作的动车组轮对消耗水平远低于直接动作方式的动车组。

2.4结论分析

不同的踏面清扫动作方式，无论是对研磨子还是踏面都会产生不同的影响。持续动作方式，对轮对修形、消除疲劳性裂纹起到积极作用，但却加剧研磨块磨耗，缩短使用周期；同时对踏面磨耗有着消极的影响，更容易发生由于踏面磨耗异常导致的同轴轮径差超限的情况。

间接动作方式下，研磨块以及踏面的磨耗水平趋于正常，也不会发生轮径差超限情况。但由于研磨块与踏面接触时间缩短为原来的1/3，更容易出现踏面疲劳裂纹。

3 结论及建议

通过数据统计以及结合现场实际情况来看，两种踏面清扫动作方式短期内对动车组运行并无差异影响。但当动车组运行里程超过20万公里时，研磨子持续动作方式会导致研磨块的异常磨耗，缩短研磨子更换周期。同时由于持续挤压摩擦踏面，使之温度升高，更容易发生金属镶嵌，从而导致轮对踏面的异常磨耗，当轮径差超过标准时，需要对其进行镟修作业。相比之下，间接动作模式工况下，不会出现因为轮径超差现象，但由于研磨块接触踏面时间缩短，会产生因轮对表面疲劳裂纹而进行的额外镟修作业。对比两种不同动作方式下的轮对磨耗水平，有着较为显著的差异。

为了节约检修成本，提高作业效率，降低因轮径超差导致的临镟量，延长轮对使用寿命。建议动车组踏面清扫装置动作方式统一更改为间接动作方式。

参考文献

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