货车车轮主要故障分析及对策 - 图文

高等教育自学考试

毕业设计（论文）

北京交通大学

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毕 业 设 计（论文）

题 目：货车车轮主要故障分

析及对策

姓 名： 专 业：

工作单位： 职 务： 准考证号：

设计论文指导老师：

发题日期： 完成日期：

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毕业设计(论文)评议意见书

专业 姓名 题目 货车车轮主要故障分析及对策 指导教师评阅意见 成绩评定： 指导教师： 年 月 日 答辩组意见 答辩组负责人： 年 月 日 注 备 - 3 -

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：货车车轮主要故障分析及对策

一 毕业设计（论文）内容

随着科学技术的发展，货车的车速也得到相应的提高，速度的提高与之向对应的车轮发生故障也就逐渐增加，车轮的故障直接威胁到运输途中人的生命财产安全，车轮的质量与生命财产息息相关，本着人性化服务态度的铁路，坚持把生命财产安全放在首要位置，也是考验铁路运输的重要指标。就此，本篇论文对货车车轮的故障进行分析和指出相应的对策。

二 基本要求

全方位的概述货车车轮故障的原因，以及对车轮的质量进行分析以及踏面的原因也要进行系统的阐述和说明，并且要对其技术参数也要有具体的总结和认识。

三 重点研究的问题

重点研究车轮故障的部位以及故障的原因，检测是否有关材质的因素，以及踏面形状不同是否与故障率不同，还要总结第四种检查器的使用和检测车轮踏面和轮辋的方法。

四 主要技术指标

要具体的、详细的总结各种车轮故障发生时车轮所得到的技术条件。比如车轮直径、轮辋厚度、轮缘高度、踏面磨耗限度等等。

五 其他需要说明的问题

讨论技术发展条件下的车轮故障发生率和对车轮的技术要求。

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下达任务日期:

要求完成日期:

指导教师:

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开题报告

一、文献综述

车轮：车轮是转向架的重要组成部分。用于和车轴进行压装，组成轮对，具有足够的刚度和强度，在安全条件允许下，还应有一定的弹性。

结构：车轮上与钢轨相接触的部分，即车轮的外圈，在整体轮上称为轮辋，在轮箍轮上称轮箍。轮辋或轮箍上与钢轨相接触的表面称为踏面，踏面一侧凸起的部分称为轮缘。轮缘位于钢轨的内侧，可防止轮对滚动脱轨，并起导向作用。车轮上与车轴相结合的部分称为轮毂。轮毂与轮辋用轮辐连接。轮辐可以是连续的圆盘，称为辐板；也可以是若干沿半径方向布置的柱体，称为辐条。

车轮按结构可分为轮箍轮和整体轮两大类。轮箍轮是将轮箍用热套装法装在轮心上，镶入扣环而成。扣环可在轮箍和轮心配合松弛时防止轮箍脱出，起安全止挡作用。整体轮是将轮箍与轮心上的轮辋合成一个整体。此外，有些国家还采用在轮辋与辐板之间加入弹性元件的车轮。这种车轮称为弹性车轮，通常只在地下铁道车辆上使用。

受力情况：车轮在运用中与钢轨接触部分承受很大的压力和冲击力，其接触表面产生弹性变形和很大的接触应力；在运行中，左右两轮不可避免地以不同直径在钢轨上滚动，产生滑行和车轮磨耗；在制动时，车轮踏面还受到闸瓦的剧烈磨损，并产生高温。所有这些，要求车轮踏面部分的材质必须具有很高的强度、硬度和冲击韧性，并具有良好的耐磨性。压装在车轴上的轮毂主要承受弹性力，辐板或辐条只承受压力和弯曲力，这些部分要求有较高的韧性。轮箍轮的轮箍和轮心，可以采用不同材质，因而能够较好地满足上述要求。整体轮在踏面耐磨性方面不如轮箍轮，但其重量较轻，费用较省，更重要的是轮箍不会松弛和崩裂。中国铁路目前在机车上仍用轮箍轮，在客、货车辆上已全部使用整体辗钢轮。

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车轮直径：车轮直径以滚动圆（与车轮内侧面平行并相距70毫米的平面与车轮踏面相交所成的圆）处的直径为其公称值。中国铁路目前使用的货车轮径为 840毫米，客车轮径为915毫米，柴油机车轮径为1050毫米,电力机车轮径为1250毫米。蒸汽机车各种车轮的直径因机型而异，动轮直径通常在1370～2000毫米之间。

车轮轮缘踏面外形：车轮径向截面上由轮缘和踏面形成的轮廓线车轮轮缘和踏面外形的选择,不仅影响车轮的磨耗和使用寿命，而且直接关系到机车车辆的曲线通过性能和走行质量。轮缘使车轮能可靠地通过曲线和道岔，不致脱轨。踏面呈圆锥形，在滚动圆附近锥度1:10。通过曲线时，外侧车轮以靠近轮缘的较大直径在外轨上滚动，内侧车轮以较小直径在内轨上滚动，这样，一方面使轮对随线路方向变化而起导向作用，同时内外轮滚动距离的不同还可补偿内外轨长度之差的影响。在直线上运行时，如果轮对偏离其在线路上的中心位置，则两轮滚动半径之差将使轮对向恢复其中心位置的方向运动。车轮外侧锥度为1:5，可加大轮对两轮滚动半径之差,使其易于通过小半径曲线。但圆锥形踏面同时也是产生机车车辆蛇形运动和影响走行质量的根源。减小踏面锥度有助于抑制蛇行运动，但轮缘磨耗显著加剧，旋轮周期和车轮使用寿命大为缩短。这种办法仅在一些高速客运列车上采用。另一方面，车轮轮缘踏面外形在运行初期磨耗较快，以后逐渐趋向稳定，磨耗减慢。旋修恢复后的外形仍不能保持很长时间，而且金属切削量很大。因此，有些国家的铁路采用了一种接近于磨耗达到相对稳定状态的轮对踏面外形，称为凹形踏面，又称磨耗形踏面。采用这种外形不仅可减少车轮磨耗，延长旋修周期，而且由于改善了轮轨接触状态，接触应力也可有所降低。

二、定题宗旨

铁路货车车轮故障频繁发生,定题宗旨在于总结货车车轮故障原

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因以及进行分析和研究。

三、研究方式

根据我国国内现有货车车轮种类进行对比、分析、总结以及详细概述。

四、论文进度进程记录 序号 1 2 3 4 5

完成设计日期：年月日

论文内容 确定论文设计题目 领取设计说明书 调研搜集材料 论文初稿 初稿审核修改 定稿、编排、打印 日期 完成情况（%）

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目 录

第一部分 车轮简介

1.1车轮的发展概述……………………………………………………….. 1.2车轮的种类……………………………………………………………. 1.3车轮结构设计…………………………………………………………. 1.4车轮的各部分名称及作用…………………………………………….

第二部分 车轮故障检测最常用的工具第四种检查器

2.1第四种检查器的使用方法…………………………………………….. 2.2第四种检查器的检测功能……………………………………………. 2.3第四种检查器的结构特点…………………………………………….

第三部分 铁道车辆车轮检测系统

3.1轮对参数全自动测量系统的结构及测量方法………………………. 3.2检测系统的工作原理…………………………………………………. 3.3系统运行状况及才测量误差分析……………………………………. 3.4总结叙述……………………………………………………………….

第四部分 轮对的主要故障分析与预防

4.1故障调查………………………………………………………………. 4.2踏面擦伤原因………………………………………………………….. 4.3预防措施……………………………………………………………….. 4.4改进建议………………………………………………………………..

第五部分 铁路发展轮对的改进前景

5.1我国铁路正在实现跨越式大发展……………………………………. 5.2目前我国车轮产品供需矛盾突出……………………………………..

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结束语……………………………………………………………………… 参考文献……………………………………………………………………

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第一部分 车轮简介

1.1 车轮的发展概述

1988年1月正式颁布的我国第一个车轮产品标准GB8610—1988国家辗钢车轮标准，把车轮分为A、B两级，铁路货车出轮型号840B、840D、840E，辗钢车轮为斜辐板形式，辐板上设有两个直径为45mm的工艺孔，车轮材质为CL60。1984年以前铁轮货车辗钢车轮踏面一直采用锥形轮缘踏面外形，该外形的缺点是轮缘磨耗比较严重，为了减轻轮缘磨耗，1984年研制了LM型磨耗型轮缘踏面外形。1991年，研制了S型辐板车轮，对车轮结构进行了重大修改，强度高，耐热性能良好。

1966年GB 8610—1988辗钢车轮标准已经不能适应我国铁轮的发展对车轮使用性能的要求，为此制定了适用于120km及以下辗钢货车车轮的TB/T 2817—1997铁道部行业标准，采用了S型辐板取代了货车车轮斜辐板结构形式，取消了辐板孔，轮辋厚度为65mm，型号HDS。为了满足减轻簧下质量的要求，设计了轮辋厚度为50mm的S型辐板车轮，21t轴重的为HESA型，这两种车轮于2001年投入运用。1999年制定了TB/T 1013—1999《碳素铸钢车轮技术条件》，铸钢车轮材质为ZL-B，车轮型号为840HDZ。根据减轻车轮质量的要求；2000年8月，设计出新产品840HDZA型铸钢车轮；2001年3月新型薄轮辋840JHDZB型铸钢车轮；2003年1月，设计了第一种铸钢车轮为轴重25t的840HEZB型车轮；型设计了840HDZC型薄轮辋铸钢车轮。

1.2车轮的种类

1.2.1 弹性车轮

弹性车轮是在轮心（轮毂）与轮箍之间安装弹性元件——橡胶垫，与整体车轮相比，车轮在空间三维方向上的弹性比较柔软。这样的车轮称为弹性车轮。这种车

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轮的优点是：明显减少了车辆的簧下质量，减少了轮轨间的作用力，并切换和冲击的效果很好，提高了车辆的运行平稳性，改善了车轮与车轴的运用条件，减少轮轨之间摩擦，减少了噪音。车轮的缺点：结构复杂，制造检修较难，并且会使车辆运用阻力略有增加。

1.2.2 轮箍轮

轮箍轮又称带箍轮或有箍轮，如图3-7所示，有轮箍6、轮心8、和扣环7组成。这中车轮就工作性质而言是比较合理的，轮箍轮采用平炉优质钢（化学成分：C含量为0.05%-0.7%,Mn含量为0.06%-0.9%，Si含量为0.15%-0.355,S和P含量都不大于0.005%）压制而成。优点：他具有强度高，耐磨性好，

1.2.3 辗钢轮

辗钢轮又称辗钢整体轮，是有钢锭经加热碾轧而成，并经过淬火处理。辗钢轮具有强度高、韧性好、自重轻、安全可靠的特点，运用中不会发生轮箍松动和崩裂故障，适应重载和运行速度高德要求；并且维修费用低，轮缘磨耗过限后可堆焊，踏面擦伤后可旋削等优点。所以是我国铁路的主型车轮。但是辗钢轮制造技术复杂，设备投资大。

1.2.4铸造形式车轮

铸钢车轮是有钢水在生产线上直接铸造成型。与辗钢轮相比省去了铸锭、截断 在加热等诸多程序，因而具有生产工序少、劳动力消耗少、生产能耗低

1.3车轮结构设计

车轮结构由车轮直径，轮辋、轮毂尺寸，轮毂辋距，辐板形状，车轮踏

面外形所决定。每个尺寸和每个部位形状都是有特殊意义的。车轮设计时需要对尺寸和形状进行研究确定。 1.3.1 车轮直径

车轮直径对其本身及整个货车都有较大影响。一方面车轮直径越大，货

车重心越高，货车动力学性能越差。另一方面，增大车轮直径，可以降低

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轮轨的接触应力，降低车轮磨耗速率，增加车轮的热容量，提高踏面制动热负荷的承受能力，因此直径大小应根据货车情况综合确定。但总的来说，货车轴重越大，车轮直径应越大，以提高车轮的热容量和增加轮轨的接触面积，减少踏面损伤和磨耗。另外，车轮直径的取值还应注意规格的标准化系列化问题，以利于车轮制造和检修。目前铁路货车车轮直径大多为840mm，特殊铁路货车车轮直径为915mm。

1.3.2 轮辋

轮辋宽度尺寸主要取决于轮轨的搭载量。当车轮对运行在曲线上时，外

侧车轮轮缘靠近钢轨，内侧轮缘远离钢轨。只有内侧轮缘踏面在钢轨上的搭载量足够，才能不使轮对脱轨。

《铁路技术管理规程》规定，当曲线半径在300m以下时，轨距应加宽15mm。因此最大规矩1435+15+6=1456（mm）

轮对最小内侧距为1354mm； 轮缘最小厚度为23mm； 轮缘踏面外侧倒角5mm； 钢轨头部圆弧半径R13mm； 钢轨内测磨耗2mm；

轨枕弯曲、道钉松动等引起轨距扩大8mm； 重车时车轴微弯引起轮对内侧距减小2mm； 轮轨安全搭载量7mm考虑。

根据上述数据算得轮辋最小宽度应为120mm，考虑到货车过驼峰时实施的制动，车轮外侧面磨耗5mm，则轮辋最小宽度应为125mm。目前铁路货车车轮轮辋宽度为135—140mm。

轮辋厚度通常指新轮辋厚度。对正常服役的车轮的判废依据是剩余轮辋厚度，新轮辋厚度与判废轮辋厚度之差为轮辋有效磨耗厚度。轮辋越厚，

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有效磨耗厚度就越大，但车轮自重也大。有效磨耗厚度越厚，车轮使用寿命越长，新旧车轮直径差就越大。

货车检修时，为了满足货车之间悬挂要求，经常需要在心盘旁撑等位置增加调平垫板。如果新旧车轮直径差过大，所需增加的垫板厚度相应的厚这样心盘螺栓越容易折断，同时也将增加检修工作量。

轮辋质量占车轮质量较大的比例，即轮辋质量在很大程度决定了车轮质量。特别是铸钢车轮，由于浇铸工艺原因，轮辋质量越大，就要求辐板越厚，车轮质量将更大。车轮质量为簧下质量，其质量的增加对轮轨垂向动作用力有较大影响。

为了提高轮辋硬度以提高使用寿命，生产中对车轮踏面进行淬火处理。由于淬火工艺特性，淬硬深度受到限制。轮辋越厚，内部硬度越低，耐磨性能越来越差。虽然车轮使用寿命随着轮辋厚度的增加而延长，但延长的比例越来越小。

从车轮使用寿命的角度来考虑，轮辋应越厚越好。但从车轮质量和新旧车轮直径差的角度来考虑，轮辋厚度应越小越好。轮辋厚度尺寸各有利弊，应根据货车具体使用条件及上述各种影响因素综合确定。

目前铁路货车车轮轮辋厚度主要有50mm和65mm两种。

1.3.3 轮 毂

车轮和车轴靠过盈配合组装在一起，轮毂的主要作用是将车轮牢牢固定

到车轴上，其尺寸主要由轮轴配合所需要的紧固力所决定。铁路货车车轮轮毂长度名义尺寸178mm，轮毂厚度随着轴重的不同而变化。在轮毂长度尺寸和轮轴间配合过盈量一定的情况下，轮毂厚度约厚，车轮质量越大、轮轴间的紧固力也越大。合理的轮毂厚度应该是；在满足轮轴紧固力要求的前提下，厚度尽可能地小，以减轻车轮质量。

1.3.4 毂 辋 距

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毂辋距指轮毂内侧面与轮辋内侧面之间的轴向距离，该值与轮对内侧距、

车轴两轮座之间的距离有关，因此在选取毂辋距时不能仅从车轮的角度考虑，目前铁路货车车轮该值为68mm。

1.2.5 辐板形状

辐板的强度直接关系到行车安全，因此车轮辐板应有足够的强度。辐板形状对车轮的结构强度和刚度有较大的影响。较小的径向刚度可使车轮具有较大的弹性，可以改善制动热负荷作用下车轮的应力状态和降低轮轨动作用力，因此辐板的径向刚度应适当的小。辐板的轴向刚度应尽量的大，否则车轮将产生较大的轴向变形。轴向变形过大改变轮轨正常接触位置和轮缘角度，影响车辆运行性能，增加爬轨的可能性。一个的辐板形状，可以在不增加自重的条件下大幅度地提高车轮的结构强度，改善车轮的刚度。

辐板的形状有；直辐板、S型辐板、波浪形辐板、盆形辐板，

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1.4

车轮的各部分名称及作用

轮

形

状

见

图

1.4.1 车轮形状 车

1.3.1—1

1.4.2各部名称和作用

1.踏面：车轮与钢轨面和接触的外圆周面，具有一定的斜度。踏面与轨

面在一定的摩擦力下完成滚动运行。

2.轮缘：车轮内侧面的惊醒圆周凸起部分，。其作用是防止轮对出轨，保证货车在直线和曲线上安全运行。

3.轮辋：车轮具有完整踏面的径向厚度部分，它保证踏面内具有足够的强度，同时也便于加修踏面。

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4.轮毂：车轮中心的圆周部分，它与车轴通过过盈的方式配合在一起，保证车轮可以和车轴一起转动。

5.辐板：连接轮辋与轮毂的部分，呈板状者为辐板，它使车轮具有弹性，则在里的传递时较为缓和

第二部分 车轮故障检测最常用的工具第四种检查器

2.1 第四种检查器使用方法

踏面圆周磨耗深度：磨耗轮在踏面70mm处测量，推动螺钉沿水平方向将尺框推到定位块左侧由下向上带动轮缘厚度测尺推至导板根部再向右推动尺框至定位块挡住为止，检查器至于车轮上并将检查器同轮缘顶部和轮辋内侧面紧靠在下推螺钉使踏绵磨耗测尺抵住踏面在游标上读出数值。测量范围：-2-9mm；分度值：0.1mm

踏面擦伤及凹陷深度：尺框带动踏面磨耗测尺在导板上左右移动到擦伤或凹陷最深处测量出最深处数值减去同一直径上未擦伤或凹陷数值。测量范围：2—9mm；分度值：0.1mm

踏面剥离长度：用轮辋厚度测尺在踏面剥离处进行测量。测量范围：0-75mm分度值：1mm

轮缘厚度：完成圆周磨耗测量后向上推动螺钉2-3mm，轮缘厚度测尺不动再向左移动尺框至轮缘可在轮缘厚度游标上读出数值。测量范围：

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12-35mm；分度值：1mm

轮辋厚度：检查器至于车轮上同轮缘顶部和轮辋内侧面紧靠从轮辋厚度测尺与轮辋内径密贴处读出数值在减去踏面圆周磨耗数值即轮辋厚度。测量范围：0—75mm分度值：1mm

轮辋宽度：尺框推至145mm处推动螺钉向下使轮缘厚度测尺越过卷边再向左移动尺框使轮缘厚度测头接触车轮从轮辋宽度刻度尺上读出数值。测量范围：127--145mm分度值：0.1mm

踏面碾宽：从踏面碾宽测量线上判断卷边是否超限。测量值：5mm 轮缘垂直磨耗：将垂直磨耗样板卸下装在轮缘厚度测尺上紧固钉固定好进行测量当测尺15mm及以上部位与轮缘接触时即超限。测量范围：12----20mm 分度值：1mm

车钩在闭锁位钩舌与钩碗的内侧面距离：检查器的直角边外型尺寸135mm的长度水平方向插入钩舌与钩碗内侧之间上、中、下三处其中一处能插入时即为不合格。

2.2 第四种检查器的检测功能

车轮踏面圆周磨耗深度；踏面擦伤和凹陷深度；踏面剥离长度；轮缘厚度；轮辋厚度；轮辋宽度；踏面辗宽；轮缘垂直磨耗；车钩闭锁位钩舌与钩腕内侧距离。

2.3 第四种检查器的结构特点

第四种检查器将轮缘厚度测尺和踏面磨耗测尺设计在同-尺框内,可同时在水平导板上移动,也可在尺框内做上下移动，在测量踏面磨耗时,轮缘厚度测尺随之同步向下移动,始终保持两尺头的垂直距离为12mm。这样,在完成踏面磨耗测量后,由于踏面磨耗测尺的弹簧片弹性小于轮缘厚度测尺的弹簧片,所以在进行轮缘厚度测量时,因踏面呈坡状,向上退踏面磨耗测尺时,轮缘厚度测尺停留在距离踏面70mm处向上12mm处测量点,实现了以

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踏面为基准测量轮缘厚度的方案。

第三部分 铁道车辆车轮检测系统

铁路车辆车轮检测系统是一套经济实用的超声波检测解决方案，主要应用于铁路行业中的新轮毂和翻新轮毂检测。系统中的超声波相控阵探头可以被磁性吸附在可拆卸式手提支架上，免除了耗费财力的机械轮毂搬运装置，并且能保证完全覆盖被检测区域。检测中只需要旋转一次轮毂就能完成所有测试。检测得出的数据能被储存并进行显示，以供操作人员进行分析。对每个轮毂的检测时间从启动到完成检测总共只需要一分钟时间。系统可根据客户要求对轮毂编号，并储存检测结果。系统还能与现有的计算机网络连接，上传所有的轮毂的检测信息。在单机系统下，同样可以记录和调用单批轮毂的详细检测信息，以供查询。系统能对轮毂踏面的90%部分进行检测，缺陷检测能力大大提高。

3.1 轮对参数全自动测量系统的结构及测量方法

轮对参数全自动测量系统主要包括进给总成、带转总成、升降成、测量箱以及各种测量传感器等，结构见图2.1-1。当轮对沿车间轨道进入轮对测量装置后，通过各种测量传感器和各个部件的协调动作，自动完成轮对的

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测量。

升降总成在轮对进入测量装置后将轮对托起，使其能够转动。它是通过计算机控制电磁阀，经过气动装置将轮对举起并到顶死位置。升降总成左右各有1个气缸，分别托住轮对的左右轴承而将轮对举起，轮对轴心即为测量基准。

带转总成的作用是带动轮对转动，便于轮对的测量。其动作分2个过程，首先是通过电磁阀和气缸控制带转总成上升，使其与轮对接触形成滚动摩擦；第二是通过变频器、交流电动机M1和传动机构来实现轮对转动的控制。旋转编码器可将轮对转动的速度和转数信号送至计算机。

进给总成可以实现上下垂直运动，它包括左右2个测量箱，内部装有各种传感器，在轮对旋转的动态过程中完成轮对的外形尺寸、踏面擦伤和剥离等参数的测量。其上下运动通过变频器、交流电动机M2和传动机构来实现。进给总成向下运动分为高速进给和低速进给两部分。首先为高速进给，当传感器接近轮对(由光电开关发出到位信号)时则转为低速进给，传感器进入有效测量范围时由计算机控制进给总成停止下降。进给总成停止下降的信号由左右测量箱中的电涡流位移传感器发出。该传感器随着进给总成的向下运动而一起下降，当其接近轮对踏面并进入有效测量范围时，则发出停止进给总成下降的信号。因此，进给总成下降过程的位移量随着轮对直径大小的不同而不同。系统的此种结构可适应大小不同轮对的测量。

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图3.1-1

3.2 检测系统的工作原理

需要检测的轮对参数主要包括轮座直径、轮缘厚度、轮辋厚度、轮辋宽度、车轮直径、轮对内侧距离、车轴中央部直径、踏面磨耗深度、踏面剥离和踏面擦伤等。

当进给总成停止下降后，左右测量箱在气缸的驱动下向外侧移动并依靠定位滚轮压到车轮内侧面上，这时测量箱中的传感器处于各自的测量原始定位点。这种动作的设计可以使测量系统适应不同规格尺寸轮对的测量。另外，由于测量箱在气缸的作用下紧靠轮对，可随着轮对旋转时左右偏摆而左右移动，因此测量箱中的各传感器与轮对的相对位置固定，可消除轮对旋转时左右偏摆造成的测量误差。测量轮对参数所采用的传感器主要为电涡流位移传感器和光栅位移传感器。例如通过电涡流位移传感器与踏面距离的测量值以及进给总成下降的位移量即可测出轮对直径。

进给总成和一些传感器的移动距离由光栅传感器测量，本系统采用的光栅传感器分辨率为1 mm。测量箱内部装有滑台，根据轮对的特殊外形固定安装位置，上面装有电涡流位移传感器，其运动由步进电动机控制，完成轮缘、轮径、踏面扫描等测量。为避免电涡流传感器擦伤和碰撞，在步进电动机控制过程中，有步数限制和光电开关限位来保护电涡流传感器。

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系统采用细分驱动器可以精确地控制步进电动机的运转．分辨率高，脉冲当量可达l mm。根据脉冲步数和电涡流测量数据，即可得到轮对有关参数的精确数值。

轮对踏面擦伤和剥离的测量一直是铁路系统要解决的测量难题。本系统采用了一种新的检测方法，由电涡流传感器动态扫描踏面，通过建立踏面数字矩阵、数字滤波、基准校正、二维插值和边缘检测等技术实现了踏面擦伤和剥离的检测，并可显示踏面检测结果的二维和三维图形。

车轴中央直径和轮座直径的测量由光栅位移传感器和特制机构完成。轮对参数测量系统原理见图3.2-1，轮对检测系统的计算机控制流程见图3.2-2。整个系统能够实现轮对参数自动检测和计算机全自动化管理，用户通过输入车轴号可以方便地从轮对数据库中查询每个轮对的检测结果。

图3.2-1

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图3.2-2

3.3 系统运行状况及测量误差分析

轮对测量系统运行前首先通过测最标准轮对完成系统的标定，计算机以动态值的形式将其保存，作为当天测量的基准。按照图3的流程，系统自动完成轮对的测量过程，测量精度完全符合要求。下面对系统的测量误差进行分析。

系统在设备制造安装过程中产生的误差随着制造安装完成后成为固定误差，通过标准轮对进行系统标定后可消除；系统的随机误差，主要由于轮对定位轴承外径、设备机械结构运动部件间隙、运动控制精度和传感器温度漂移所造成，这种误差对系统测量精度和重复精度有较大影响，必须加以控制。系统利用电涡流测量轮对参数时，通过精密传动副自动跟踪定位测量。步进电机脉冲当量可达1mm，定位尺寸准确。轮对在压装时，车轮与轴承不垂直，造成轮对转动时车轮偏摆。由于测量箱定位机构随之摆动可以消除其影响。电涡流传感器的工作温度范围为-50～125℃，通过标定

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后每天温度变化所产生的漂移很小，造成的随机误差可以忽略不计。利用分辨率为1um光栅测量轮座直径、轴中央直径等参数时，对每圈采样值通过数字滤波消除干扰影响。利用光栅测量进给总成位移量，通过计算机补偿，提高系统的运动机构的定位精度，减少机构间隙造成的随机误差。

测量轮对时，升降总成托起轮对并上升到顶死位置，由于轴承外圆直径误差很小，则由轴承外径制造误差所引起的定位误差在允许范围之内。因此，整个系统的轮对测量值无原理性误差，检测结果符合被测轮对的真实情况。

3.4 总结叙述

轮对参数自动检测系统以工业控制计算机为核心，融合电气、机械、各种精密传感器等装置以及先进的测试技术，实现了铁路货车轮对参数的快速和精确测量。系统具有下列主要特点：

采用自动跟踪控制和传感器测最相结合，利用非接触矩阵扫描式测量擦伤和剥离，具有二维和三维图形输出，制造成本较低。

按车统-51C轮对卡片要求，实现所有测量项目的自动检测，实现了计算机管理。

人机界面以图形画面为主，实时显示传感器状态和故障提示，操作维护简单。

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第四部分 轮对的主要故障分析与预防

4.1 故障调查

在最近这些年车辆段检修的实例中车轮踏面擦伤在2006年占车辆车轮故障的17%，2007年车轮踏面擦伤占车轮总故障的19%，2008年车轮踏面擦伤占车轮总故障的19.5%，2009年车轮踏面擦伤占车轮总故障的20%.这些数据表明随着高速铁路的不断发展，车轮踏面擦伤已经成为车轮的主要故障所以掌握踏面擦伤原因和解决办法变得至关重要。

4.2 踏面擦伤原因

4.2.1 制动缸活塞行程过短

车辆在运行途中经常使用制动机，闸瓦及基础制动装置的各部销子及孔径等易发生磨耗，制动缸活塞行程不断增长，为保持副风缸与制动缸的计算容积比，在车辆检修、运用中需调整制动缸活塞行程（通过手动或闸

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调器实现），使之经常保持在规定范围内。

车辆运用中制动缸活塞行程的长短与制动力的大小有直接关系。这是因为列车施行制动时，压缩空气减压量一定，由副风缸进入制动缸的压力空气量一定，它随着制动缸的容积大小产生不同的压强（单位压力）。

根据波义耳—马略特定律（等温变化）

PV=定值

由上式可知当制动活塞行程较长，容积亦较大时，它的空气压力就低，制动力也随着减小。反之，制动缸活塞行程较短，容积缩小，制动力就增大。当制动力过强时（行程过短），容易将闸瓦与车轮抱死，致使车轮在钢轨上滑行，而将车轮踏面局部擦伤。 4.2.2 制动机安定性能不良

车辆紧急制动作用是为了保证列车在遇到紧急情况下，能够得到最大的制动能力，尽快产生强烈的制动作用，在最短距离内停住列车而设，列车正常运行施行常用制动时，如果制动机安定性能作用不良而产生紧急制动作用，导致个别车辆制动力过大而擦伤车轮。 4.2.3 制动机缓解不良

列车施行常用制动或紧急制动缓解后，列车应处于缓解状态，如果制动机不缓解或未完全缓解，特别是闸瓦抱紧车轮而车辆仍在运行时，导致车轮在钢轨上滑行而造成车轮踏面擦伤。 4.2.4

空重车位置调整不正确

货车空、重车质量差很大，重车运行时动能大于空车，在减速或停车时所需制动力不同，重车需要制动力大，空车则小。当空车运行而将调整手把置于重车位时，会使该车制动力过强，而擦伤车轮踏面。 4.2.5

轮对检修、制造质量的缺陷

轮对检修、运用部门对车轮踏面擦伤检查修理的力度不足，达到擦伤

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限度而为压缩残车、节约成本未做修理，随着车辆的运行逐渐加深擦伤深度。未按标准修造，同一轮对两车轮直径差超限，车轮材质过弱，踏面圆周不圆等会产生很大的附加载荷而加速车轮踏面的不正常磨耗，这也是造成车轮踏面擦伤的重要因素。 4.2.6

车站调车作业时使用单侧铁鞋

当车辆从驼峰上溜放下来受到单侧铁鞋的阻力后，有铁鞋一侧的轮对被垫起，而另一侧的轮对由于停止转动与钢轨产生剧烈摩擦-造成轮对踏面擦伤。通过对本溪站调车作业进行实地调查发现在使用单侧铁鞋作业的车辆中，轮对踏面擦伤率达到100%其擦伤程度大小不一，擦伤范围在0.5mm—2mm之间。由此可见，调车作业时使用单侧铁鞋是造成轮对踏面擦伤的重要原因。 4.2.7

机车乘务员对车辆制动故障应急处理不当

当车辆在运行中突发制动系统故障时，如果机车乘务员缺乏车辆有关知识，制动停车后，对故障车施行关门时未排制动缸内的压力空气，使车辆带闸运行，就会造成车辆轮对的擦伤。 4.2.8

闸瓦自动间隙调整器故障或调整不当

车辆进行定期检修时，对闸调器施行的是换件修，使用期限达到5a的一律拆下作大修，使用期限不到5a且作用性能良好的-在车辆检修过程中只作制动试验。带有闸调器的车辆-除对制动机作正常的制动性能试验外，还需对闸调器作减小间隙E增大间隙试验7间隙试验要求经过3次以上制动、缓解后，制动缸活塞行程与初始制动缸活塞行程之差应在10mm左右（推杆式其行程之差不大于5mm）之内。现场车辆在做定期检修时，该项试验常常被简化，造成性能不良的闸调器继续运行，导致轮对擦伤。 4.2.9

制动波速不一致

由于目前我国货车制动机的种类比较多，而且各种阀的反映速度不相

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同(120阀最快，GK阀最慢)，造成混编列车中车辆制动;缓解时间的差异，最先制动及最后缓解的车辆不可避免地出现轮对踏面擦伤。 4.2.10

其它

极少数车辆在运行中，由于制动杠杆系统发生故障，使车辆抱闸运行，造成轮对擦伤。另外，由于基础制动装置杠杆和拉杆的位置异常0造成两转向架之间。各制动梁之间和同一制动梁，块闸瓦之间制动力不均匀，制动力大的车轮则可能被擦伤。

4.3 预防措施

4.3.1 制动机活塞行程

解决制动缸活塞行程过短问题，货车厂、段、辅修等各级修程施修单位应严格按照定检标准调整制动缸活塞行程，并加强闸调器的检修质量，保证状态良好，性能可靠，单车试验时，对闸调器进行全面性能试验。活塞行程调整尽量取中间值。活塞行程调整应尽量使两转向架制动力平均，下拉杆圆销组装后眼孔相差不超过一个孔。 4.3.2 制动机安定性能不良

解决此问题，首先应加强空气制动阀的制造和检修质量，严格按规程进行试验。为提高试验的准确性、可靠性，建议全部采用微机控制试验。其次，强化货车单车试验环节，建议采用微机控制，减少人为因素的影响，杜绝漏项或简化过程现象。同时有关部门应加强对机车乘务员的技术培训，杜绝违章操纵或操纵不当。 4.3.3 制动机缓解不良

解决制动机缓解不良，首先应加强基础制动装置各杠杆、拉杆、圆销孔的检修质量，不得存在卡死、别劲等现象，彻底消除基础制动装置故障。其次，加强制动缸检修质量，严禁缺油、缸体生锈、弹簧过弱或折断、出现制动缸活塞筒与活塞分离、推杆与杠杆卡死等故障。同时列检部门应加

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强对缓解不良制动机故障的检查和处理，特别要防止冬季车辆因滑行而造成的轮对踏面擦伤。另外定检部门还应加强制动阀检修、试验及单车试验质量，保证按规程规定检修和试验。 4.3.4 空重车调整

解决空、重车调整位置问题，检修、运用部门应加强作业标准的落实，严格按装车状态调整位置。笔者建议车辆应全部加装KZW-4型空重车自动调整装置，代替现有货车的手动调整装置，使货车制动系统的运作全部自动化。这样不仅可省去人工搬运空、重车手柄的繁琐劳动，杜绝人为错调、误调；还可使列车中空、重车制动率的变化范围减小，使空、重混编车车辆之间的纵向冲击减少，更有利于保证列车运行安全，减少车轮擦伤故障。 4.3.5 轮对制造检修质量的缺陷

各轮对制造、检修单位必须严格按照有关标准的要求进行检查和验收，严格控制同一轮对两车轮直径差，防止不合格轮对投入运行。车轮制造单位应加强质量控制，采用先进的热处理工艺，控制车轮钢的纯净度，提高车轮的机械性能。有关部门应加强型系列辗钢车轮的研制与开发，改善车轮材质，更加适应车辆提速、重载的要求。

4.4 改进建议

车站应全面使用气动减速器，逐渐淘汰铁鞋制动这种落后的制动型式。 取消段修及以上修程中关于踏面擦伤深度的规定，并逐渐取消运用限度，彻底消除踏面擦伤。这样虽增加了检修工作量，但对减少轮对擦伤对滚动轴承的影响，保证行车安全还是很有必要的。

加速120型控制阀结构改进速度，避免装用120阀车辆发生意外紧急事故。

增加有关装用120型控制阀车辆单车试验中制动缸活塞行程的规定。 有关部门应研制120阀专用试验设备，以解决705试验台120阀半自动缓

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解阀等项目不能测试的问题。

加快车站调车作业方式的转变，尽量使用机械化驼峰。条件不成熟的单位应将单侧下铁鞋的作业方式改为双侧下铁鞋的作业方式。

要求机车乘务员掌握车辆突发性故障的正确处理方法，尤其是对制动系统故障。一般情况下，运行途中对车辆施行关门是在制动状态下进行的，所以，关门时必须排掉制动缸内的压力空气。

必须正确使用空重车调整装置。空重车位置的调整工作，除列检职工要做到应知应会外，还应定在货运员岗位责任制项目内。

严格控制三通阀定期检修质量。三通阀定期检修过程中，要严格执行各项标准，按工艺要求检修，杜绝有质量隐患的三通阀装车使用。

车辆定期检修时，对自动间隙调整器的试验，必须按规定要求执行，不得简化或减少试验次数，压缩试验时间。列检职工调整行程或对制动系统施行作业时，严禁改动各拉杆和各杠杆的销孔位置:若发现闸调器故障，要对其实行整件换修。

列车制动时，机车应加入全列车制动系统0司机要正确使用制动机。电气化区段电阻制动和闸瓦制动要配合使用，建议建立车、机、辆联控体系，制定统一考核指标，以达到减少车辆故障的目的。

采取有效措施，加强职工业务知识学习，在较短的时间内，使列检职工素质有明显的提高，以提高作业质量，加强作业控制力度。

建议尽量统一车辆阀型，加快对不适应车辆运用的阀型的淘汰速度。在目前情况下，列车施行紧急制动后，一定要掌握缓解时间，确保全列车辆缓解到位。

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第五部分 铁路发展轮对的改进前景

5.1 我国铁路正在实现跨越式大发展

为了加快我国铁路交通现代化的进程，铁道部提出了跨越式大发展的思路。中国铁路在1997、1998、2000和2001年先后4次大规模列车提速的基础上，2004年4月18日又进行了第5次大提速，提速网络基本覆盖了全国铁路主要干线，提速线路里程新增3000km，时速160km以上线路里程增加到6400多公里，其中新增的最高时速200km线路达到1812km。铁道部还计划在2005年进行第6次大提速，届时，部分干线的列车平均运行时将超过200km。同时，我国时速在200～300km之间的高速轮轨铁路的建设也在积极建设中。

另一方面，我国铁路的投资规模也大幅上升，仅2004年，铁道部计划安排大中型续建项目35项，计划新线辅轨859km，投产1680km；复线辅轨290km，投产140km；电气化投产559km。宁西线西合段、宁启线、粤海通

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道、胶新线、宝兰复线、朔黄线等16个项目将建成。已经开工建设的铁路中，有青藏铁路、渝怀铁路等。与此同时，铁道部还将加大既有线改造力度。加快推进大秦线扩能改造，实现今年1.5亿t的输送目标。加快胶济电化、徐郑电化、浙赣电化、武九线扩能改造、兰武复线等项目建设，如期高质量完成技改任务。抓紧满洲里、绥芬河、二连浩特等口岸站扩能改造收尾工程，为口岸运输\大进大出\创造条件。

铁路建设跨越式发展必然造成新造铁道车辆的增加，根据铁道部2003年铁道统计公报显示，全年机车车辆购置投资完成167.55亿元，购置机车805台，客车1431辆，货车26991辆。

作为机车车辆关键部件的车轮产品，在列车运行中起承载、传递动力以及制动等作用。新造机车车辆的增加加大了对车轮产品的需求。

5.2 目前我国车轮产品供需矛盾突出

根据铁路物资部门提供的数据统计，2005年我国新造机车车辆预计对车轮产品的需求约为70～80万件。由于历史原因，按平均时速不超过80km设计制造的带辐板孔840D货车车轮，是我国铁路目前在役数量最多的车轮，约为350多万件。铁道部组织的调查表明，在役带辐板孔840D货车车轮中，至少有50多万件存在不同长度的裂纹，对铁路货车运输安全构成严重威胁。所以，在我国铁路不断提速的形势下，为确保行车安全，在役带辐板孔840D货车车轮必须逐步淘汰。按每年替换30万件计算，需10年左右才能完成。

所以，从2005年开始，我国铁道机车车辆对车轮产品年需求量在100～110万件以上。

我国目前客货列车车轮的生产厂家有3家：马钢车轮轮箍分公司、大同爱碧玺铸钢车轮厂、太重车轮厂。马钢是我国车轮的主要生产厂，并且是我国唯一的时速超过120km的客车车轮生产厂，是由邓小平同志决策，于20世纪60年代初建成的我国第一家、且规模最大的火车辗钢车轮轮箍

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制造厂。40年来，马钢车轮轮箍公司向国家提供了1500余万件火车车轮箍产品。近10年马钢车轮轮箍生产线进行了大规模技术改造，建成了世界最先进的车轮生产线，公司拥有世界先进水平的产品设计技术，目前其生产能力约为40～50万件。大同爱碧玺公司是大同机车厂和美国合资建设的年产20多万件的铸钢车轮厂，其产品仅用在平均时速不超过100km的货车上。太重车轮厂是太原重型机器厂从加大拿引进二手设备建设的辗钢车轮厂，其生产能力不超过10万件。

我国目前客货列车车轮的3个生产厂家年生产能力不超过80万件，而我国铁路机车车辆对车轮产品年需求超过100万件。虽然铁路物资部门加大了进口车轮的力度，各车轮制造厂也在努力扩大产能，并且马钢正在准备花3年时间再建设一条车轮生产线，但远水解不了近渴，当前我国车轮产品供不应求的矛盾仍然十分突出。国车轮产品急需技术创新。

随着我国铁路现代化进程的加快，铁路运输的高速重载将是铁路发展的主要方向。研究结果表明，列车运行速度超过120km/h后，列车的动力学条件发生显著变化，另外随着列车载荷和运行速度不断提高，列车运行的噪音特别是车轮和钢轨接触摩擦的噪音也越来越大。现在人们的环保意识日益加强，解决铁路噪声污染的要求变得越来越迫切，安装低噪声车轮、降低铁路噪声被认为是投资少、效果好、易于维护的一种有效方法，应用最为广泛。铁路大提速对提速车轮尤其是时速超过200km的高速车轮、重载车轮、低噪音车轮需求越来越迫切。

高速车轮、重载车轮和低噪音车轮属于典型的高技术含量高附加值产品，国际市场售价是普通车轮的3倍以上。专家估计，5年以后，我国高速车轮、重载车轮和低噪音车轮年需求量将超过1万件。如此大批量消耗性产品，不可能也不应该大规模依赖进口。高速车轮、重载车轮和低噪音是尖端科研产品，各国对此方面的技术研究高度保密，所以如何适应铁路大

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提速，开发自有知识产权的高速车轮、重载车轮和低噪声车轮是摆在我国车轮制造业和有关研究人员面前急迫的任务。

经过近40年的车轮生产技术的研究，马鞍山钢铁股份有限公司已经基本掌握了时速200km以下客货列车车轮的制造技术和应用特性，但以现有的技术储备制造时速200km以上的高速车轮和重载车轮还有许多研究工作要做。低噪音车轮的研发，在我国更是尚处于起步阶段，有更长的路要走。

随着铁路提速战略的不断实施，高速轮轨铁路技术也将以其高速度、低成本、技术成熟、兼容性好、国产化程度等众多的优势成为我国未来高速铁路网规划和建设的骨干技术。所以必须加快高速车轮、重载车轮和低噪音车轮的研发，以满足我国铁路现代化建设越来越大的需求。

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结束语

虽然铁路运输的速度在发展，人们的生活水平在提高，时代的脚步在加快。但是我们也可以让这这什么都加快的时代里，车辆的故障我们必须要让它降下去，提高我们的安全意识和安全可靠的检测设施以及时的发现和及时的解决车辆由于车轮而引起的故障，让列车牵引车辆在钢轨上更好更快的运行。铁路一直坚持的一安全运输人性化的服务为宗旨，用技术来检测车轮故障分析故障原因消除安全隐患，达到安全运输是铁路服务的目的。

经过六次提速后的车辆和车轮的技术也已有了相应的提高，但是达到彻底安全仍然需要我们的探索和研究，我们的任务还是很艰巨，希望本篇论文能为铁路研究货车车轮发展奉献出微薄之力。

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参 考 文 献

1.江丕杰车轮踏面擦伤检测装置及数据分析[期刊论文]-内燃机车 2008(9)

2.杨凯车轮踏面擦伤检测系统的研究[学位论文]硕士 2005

3.舒兴高转8A转向架改造后提速货车的制动问题[期刊论文]-铁道学报 2001(4)

4.铁道车辆技术 作者 孙志才 2010（1）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5jt2.html