机车车辆车轮损伤及检测技术研究

机车车辆车轮损伤及检测技术研究

孙显泽

中车大连机车车辆有限公司  辽宁省大连市 116021

摘要：大功率机车的广泛使用满足了重载铁路发展对机车运力的更高要求，但随之也加剧了机车车轮滚动接触疲劳损伤，特别在一些运行区间多山地的机务段，车轮踏面剥离问题日益突出，多频次镟轮已严重影响车轮使用寿命。因此，有效的车轮损伤预测研究对优化车辆维护和改善铁路运营具有重要的工程价值。

关键词：机车车辆;车轮损伤;检测技术

引言

随着国民经济的迅速发展，我国铁路货运正向大型化和专用化的方向发展，铁路机车和车辆是承担铁路运输任务的重要工具,车轮是机车车辆唯一与钢轨直接接触的部件，也是易于产生疲劳缺陷的部件，定期对车轮进行无损检测，是及早发现危害性缺陷、确保列车运行安全的重要技术措施。

1车轮主要损伤

2.1踏面及轮缘磨损

车轮踏面在工作过程中，沿车轮半径方向尺寸的减小即为踏面的磨损。该磨损可以采用车轮检查器沿踏面基准线处测出。轮缘的磨损一般在车辆过曲线和道岔时会因为承受横向力的的作用，导致轮缘与钢轨的内侧面产生摩擦而造成轮缘磨损。车轮沿轨面滚动，车轮踏面与钢轨、轮缘与钢轨各形成一对摩擦副，而摩擦副工作时，接触表面上必然产生磨损，同时当破坏了车轮踏面与钢轨接触面以及轮缘与钢轨内侧面的工作关系时，会导致车轮踏面和轮缘的磨损量急剧增长，产生不正常磨损。踏面与轮缘的磨损量决定于车轮运行的工作条件以及工作时间。

2.2踏面擦伤

踏面擦伤主要是由于车轮在轨面上滑行，而把圆形踏面磨成一块或数块平面的现象。车轮踏面产生擦伤的主要原因是列车在制动时制动力过大或缓解不良造成车辆滑行等造成。降低车轮擦伤的主要措施首先是提高车辆基础制动系统以及制动阀的质量，其次是改善车辆运行的铁路线路，提高钢轨表面的黏着力，降低车轮滑行的概率。综上所述，车轮踏面磨损、轮缘磨损、踏面裂纹、剥离以及擦伤等损伤形式与车辆运行环境、车轮结构形状等息息相关，同时这些损伤均会对车辆的安全运行产生一定的影响。为了提高车辆的运行品质，在车辆全寿命周期内，提高车轮的检测及检修质量至关重要。

3车轮损伤检测技术

3.1超声无损检测技术

超声无损检测技术在车轮缺陷检测中的应用，能满足现代化高速铁路的发展需要和铁路的安全运输要求。车轮中制造相关的主要缺陷为非金属夹杂物（最常见的内部体积型缺陷），确保车轮的运行安全，制造车轮超声波探伤采用意大利GILARDONI技术分别从车轮轮辋、踏面进行材质探伤，其中径向检测是从车轮踏面采用双晶聚焦探头进行检测，近场使用4MHz12*6*2FG10的双晶聚焦探头，远场使用4MHz12*6*2FG30的探头，用于发现因滚动接触疲劳而产生的平行于踏面的缺陷，轴向检测是从车轮轮辋内外侧分别采用5P18Z的直探头进行检测，用于发现轮辋内部的缺陷，根据EN13262标准的规定，新制车轮内部缺陷应不超过Φ1mm平底孔当量的缺陷。

3.2数控加工自动检测

数控加工自动检测系统一般由数控机床、PC机和测头三大部分组成。数控机床完成加工和检测的集成，即把测头和刀具同时安装在刀库中，统一编号，通过程序随时进行自动测量，使数控机床既是加工设备，又兼备测量机的某些功能。实现数控机床的自动检测时，利用数控系统标准的测量循环指令，编辑测量路径和标准，使测头按程序规定路径运动，当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控系统的专用接口将触发信号传到转换器，并将触发信号转换后传给机床的控制系统，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作，进而实现对加工工件的完整测量。

3.3车轮智能扫描检测技术

车轮主要的尺寸的检测手段一般是人工检测，使用第四种检查器检测车轮踏面磨耗、轮缘磨耗等，轮对内距尺检测轮对内侧距，以及轮径尺检测车轮直径。但人工检测存在效率低，且尺寸精度收到操作者操作水平等的限制，检测精度易受认为的影响。车轮智能扫描检测装置是采用高精度的光电旋转编码器作为测量传感器，检测仪由检测机构和便携式数据处理主机两部分构成，检测车轮基本外形尺寸，包括轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、踏面磨耗、轮缘磨耗和轮对内距。Ｓｈ轮缘的高度，Ｓｄ轮缘的厚度、ｑＲ轮缘形状限度，ｄＭ车轮直径等尺寸均可根据智能扫描装置进行精准检测。

4二次装夹辐板孔角度及位置正确定位

车轮在加工完成后可能存在缺陷，这时需要把车轮重新装夹到机床上进行二次加工。如果车轮辐板孔存在缺陷，需二次加工，进行二次装夹时，人工操作是无法在机床上找到辐板孔初始加工位置的。因车轮拆卸后，辐板孔在机床上不仅相对位置发生了变化，而且不在机床的旋转中心上，无法打表找正，所以无法对辐板孔进行二次加工。针对这一问题，自动检测技术可提供很好的解决方案。将探头深入辐板孔中心，正方向移动机床C轴，使测头触碰到辐板孔壁触发信号，然后反方向做同样的动作，测得两个角度尺寸，加工程序计算出两个点的中心，即为此辐板孔的圆心。把该点设为辐板孔加工的起始点，即为C轴加工辐板孔时的零度位置，以此解决了车轮加工时辐板孔二次装夹定位找正的问题。

5钢制车轮疲劳性能的影响因素及措施

1.平均应力:材料疲劳性能通常是通过对小试样进行疲劳试验得到，在平均应力的影响下，试验发现钢制车轮所受的疲劳荷载在车轮轴向并不是对称分布的。汽车在道路上行驶的过程中，车轮在转动，外部载荷在不断地发生变化，随着平均应力的增大，钢制车轮的抗疲劳性能在降低。通过实验，验证了不同的应力状态对车轮疲劳性能的影响。在相同的应力水平下，平均压应力能够显著增强钢制车轮的抗疲劳性能。但是，当应力状态为拉应力时，就会显著降低钢制车轮的抗疲劳性能。2.表面处理:与表面光洁度一样，表面处理对钢制车轮的疲劳性能也有重大影响。表面处理一般可以分为机加工、热处理、电镀三种形式，其中机加工和热处理可以为钢制车轮提供压缩残余应力，而电镀则提供拉伸残余应力。如果塑性变形在钢制车轮的横截面上分布不均匀，则在外力作用下车轮发生塑性变形。如果卸除外力，由于弹性变形恢复到原始状态，而塑性变形区则无法恢复，塑性变形区产生残余压应力，整个部件的残余应力尽量保持低水平。3.载荷形式:钢制车轮的外部载荷在不断变化，随着外部载荷的不同，疲劳应力曲线同样会发生变化。不同的载荷方式会严重影响材料的抗疲劳性能。在不同的参数变化中，材料的疲劳曲线在拉伸、弯曲及扭转荷载下会发生不同的变化方式。载荷形状对疲劳效率的影响，可以用载荷系数、不同载荷模式下的疲劳极限来表示。钢制样品疲劳极限与拉伸强度密切相关。

结束语

随着铁道车辆的快速发展，列车运行速度的快速提高，对列车的运行安全提出了更高的要求，同时对车辆的检修能力也提出了更高的要求，车轮是关系到车辆安全运行的关键零件。通过检测方式以及维修方式，确保车轮运行性能，保证车辆行车安全。

参考文献

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