SS4改型电力机车轮对失圆故障分析

轮对踏面的最表层因制动、滑行或空转的摩擦而急速加热，接着这种被加热表面的热能很快向踏面内外部传导、扩散使之急速冷却，根据被加热的踏面温度不同，产生了两种形式的热裂纹。一种是踏面被加热后急速冷却，使表面起到淬火作用，而形成硬化层。另一种是没有发生组织上的变化，踏面表面金属因制动被加热后膨胀，由热胀而产生的压缩应力大部分会因塑性变形而消失。机车长期在长大、重载、制动电流过大的工作环境下工作使先产生塑性变形的部分产生缺陷，而人的肉眼又无法观察出来，从而产生轮对的失圆。 朔黄铁路运输公司所属十台机车，从2002年底开始，相继出现抱轴箱、齿轮箱、电机承掉杆等多处裂纹，最严重的时候出现走行部圆弹簧裂损、齿轮箱5条安装螺丝全部断裂、电机刷架圈定位块松脱、引起刷架转动引起电机环火、放炮等状况。最后经过分析，认为是由走行部工作状况恶化、振动剧烈所引起，而引起振动剧烈的唯一原因就是轮对失圆。

下面对轮对失圆产生原因进行简单分析： 1.1 电阻制动电流过大

机车最大制动电流771A，轮周制动功率可达5300KW，轮周制动力可达412KN。而由于机车长期处于最大制动电流中工作，使轮对与钢轨长期处在最大的接触力上，轮对轨面上极易产生一种不致于引起机车防空转动作的小滑行，而把圆形踏面磨成一块或数块平面的现象。它多数是由于制动力过大等原因造成的导致轮对相对失圆。发生了失圆的车轮由于不能圆滑地旋转，所以还会进一步引起滑行。

这样，轮对对钢轨产生一种啃食作用，朔黄铁路北大牛上行出站和龙宫下行进站马圈大桥上钢轨已形成鱼鳞壮的片状轨面，对轮对的伤害较大，是产生轮对失圆的主要原因。

1.2 牵引及线路状况

机车牵引吨、66辆、长大下坡道（最大12‰）、曲线多、半径小、桥遂相连、线路采用25米轨、接头多、轮对与接头的撞击力以及重载超长列车更加剧轮对的破坏作用。

列车的全部载荷(包括自重和载重)，都是经车轮而传递给钢轨的。列车运行时，车轮在钢轨上不断地滚动，车轮踏面与钢轨形成一对摩擦副。所谓踏面的磨损，是指踏面在工作过程中，沿车轮半径方向尺寸的减小，由于踏面磨损，使踏面的斜度受到破坏，机车在持续长大下坡道上行驶，再加上电阻制动的使用，加剧了机车动轮塌面的磨损程度，造成轮对失圆。 1.3 司机操纵不当

一方面，在长大下坡道（最大12‰）时，部分司机为了省事，责任心不强，在使用机车电阻制动时，对区间线路不熟悉、区间盲目抢点、天气不良时没有及时采取措施、为防止列车运行记录监控装置自停放风而直接将调速手轮由10级提到1级或由1级退回10级，造成机车轮对滑行；另一方面，运行中机车制动电流始终保持在771A的最大制动电流，使轮对相对轨面的接触力过大，轮对工作状况恶化，轮对破坏加剧。部分司机运行中未严格执行《操规》中对制动机的使用规定，造成机车动轮的轻微擦伤，最终导致轮对失圆。 1.4 轮箍本身材质不良

SS4型电力机车轮箍是由轮箍钢轧制而成，轮箍是在加热状态下套上轮辋的，技术要求高，工作不可靠，而且轧刚的工艺水平远比不上整体铸刚的工艺和质量。

1.5 基础制动故障或调整不当

极少数机车在运行中，由于制动杠杆系统发生故障且得不到及时处理，使机车抱闸运行，造成轮对擦伤。另外，由于基础制动装置杠杆和拉杆等调整不好，造成同一制动梁闸瓦之间制动力不均，制动力大的车轮就可能被擦伤。这些原因最终都会导致轮对失圆。

2 轮对失圆故障的处理方法

轮对失圆故障的处理方法是车削踏面。由于以上几种原因，车轮磨损达到一定尺寸，致使机车走行部工作状况恶化，振动加剧，大量裂纹产生，车轮就不能继续使用，必须进行旋修，以恢复踏面原有几何图形。而踏面由于一次又一次地旋修，使轮箍厚度不断减薄，直至超过运用限度而报废，对生产造成极大的损失及材料的浪费。

3 SS4型电力机车轮对旋修公里统计报表

朔黄铁路运输公司2003年7月～2004年7月机车旋修公里统计表

序号 事由 机车号 走行公里 1 旋轮 SS4579 65731 2 旋轮 SS4580 763 3 旋轮 SS4581 87231 4 旋轮 SS4582 77496 5 旋轮 SS4583 691 6 旋轮 SS4584 88634 7 旋轮 SS4585 73291 8 旋轮 SS4586 901 9 旋轮 SS4587 80235 10 旋轮 SS4588 70691 4 经济性分析 4.1 一台机车旋修的费用在4000～4500元之间，十台机车旋修一次的费用在40000元左右，一台车一年的走行公里在30万左右，一年内旋修以4次计，这样用在旋修的费用大概在20万左右。

4.2 如果轮对失圆得不到改善，照这样的速度旋修下去，机车的轮箍将维持不到第二个中修就要全部更换新箍，一副新轮箍的费用在3000元左右，一台机车要换8副轮箍需24000元，十台车因更换新箍而产生的费用就是24万元。

4.3 每台机车旋修需要扣车24小时，耽误一趟运量，朔黄铁路一趟车的运费是18000元，一年内每台车旋修以4次计，每台机车因扣车耽误运量造成的经济损失在72000元，十台机车一年内因扣车耽误运量造成的经济损失在72万元。

4.4 另外，还有因轮对失圆对机车走行部造成不同程度的裂损等所产生的维修费用。

这样合计下来，一年内十台机车因轮对失圆造成的损失是120万元。车轮的使用寿命不是磨损掉的，而是“旋掉”的，这不仅是一种浪费，还增大了修车费用，增加了开销。

5 提出解决轮对失圆的方案

5.1 对十台电力机车的电子电路进行技术改造，使电阻制动电流降低，减少高速、制动力过大造成的滑行以及降低轮对与钢轨的接触力。

此项技术改造主要针对SS4型电力机车电子柜，特性控制插件作了制动附加电路和给定积分跟踪电路两条电路上的改动，将制动附加电路中R235阻值改变，使机车的最大制动电流得到改变，将给定积分跟踪电路中的R1阻值改变，使积分环节的上升和下降时间得到改变。从而达到使机车速度在60Km/h以上的速度时，无论司机调速手轮放置在任何级位，制动电流始终保持在600A，电流比原来下降171A，相应减轻轮对与钢轨面的冲击力，改变原来司机将调速手轮由1级直接提到10级或电阻制动时由10级直接提到1级的状况，电流由最小增到最大时的5秒左右的反应时间降至14秒左右，减少了提流过快过高而引起的轮对空转、滑行，而又不影响区间运行时刻的理想效果。

5.2 针对线路状况不好的情况，我们从实际的经验得知机车上行方向1、3动轮和下行方向2、4动轮总是失圆较为严重的情况，每月对所有机车进行一次转头，以达到均衡并延长轮对使用寿命。目前朔黄铁路正在全线更换无缝钢轨线路的状况将进一步得到改善。

5.3 针对乘务员的操纵制定出《防止机车动轮擦伤、弛缓的措施》、《列车长大坡道平稳操纵及走廊巡视的补充规定》、《DK-1制动机操纵要点》、《电阻制动使用规定》、《天气不良行车办法》等一系列行之有效的措施规定，加强和规范乘务员操纵机车的作业程序，减少因违章操纵或责任心不强而造成的轮对失圆因素。 5.4 轮箍材质不良，可以在下次中轮箍到限更换新箍时采用质量过硬的产品，条件许可的情况下采用最新的弹性车轮或采用整体铸刚轮，将能大大减少轮对失圆的故障。

5.5 加强乘务员对机车基础制动装置的日常保养，及时发现并处理制动装置故障的能力。保证机车闸瓦的间隙处在正常范围内，密切注意制动缸压力，发现单缸不缓解或机械故障时能及时排除。

6 采取措施后轮对失圆的改善效果

朔黄铁路运输公司2004年7月—2005年7月机车旋修公里统计报表

序号 事由 机车号 走行公里 1 旋轮 SS4579 124560 2 旋轮 SS4580 1500 3 旋轮 SS4581 132450 4 旋轮 SS4582 157810 5 旋轮 SS4583 145230 6 旋轮 SS4584 1520 7 旋轮 SS4585 132910 8 旋轮 SS4586 1470 9 旋轮 SS4587 1480 10 旋轮 SS4588 156910 从2003年到2005年机车轮对旋修公里统计报表可以看出，采取上述措施后，经过一年的实践，发现轮对失圆的状况得到了明显的改善，轮对的使用寿命比上年延长了1倍，这大大减少了旋修中的浪费，并使轮箍的使用可以维持到第二个中修，仅此一项就节约费用72万元，同时每年也可为企业节约轮箍旋修费用10万元，减少一半的机车扣车率，因此而产生的经济效益达12万元，并且减少了因机车走行部的裂损造成的临修。