铁路货车闸瓦故障分析

铁路货车闸瓦故障分析

1.中国铁路哈尔滨局集团有限公司齐齐哈尔车辆段   黑龙江 齐齐哈尔   161002

2.中国铁路哈尔滨局集团有限公司安全监察室       黑龙江  齐齐哈尔  161000

摘要：铁路货车多采用单侧闸瓦制动方式，车辆运行过程中主要依靠闸瓦对车轮的摩擦阻力作用调整速度和停车，因此频繁的车辆制动使闸瓦故障成为目前铁路货车较为多发的故障。本文就铁路货车闸瓦常见故障进行了现场调研，分析闸瓦故障主要类型和产生的原因，重点对闸瓦瓦背受力情况进行系统分析，并结合货车运用工作实际，制定切实可行的措施减少由于闸瓦故障导致的行车干扰。

关键词：闸瓦；瓦背；受力；运用

Abstract: The railway freight cars mostly adopt single-side brake shoe braking method, during the running of the vehicle, the frictional resistance of the brake shoes on the wheels is mainly used to adjust the speed and stop, so, the brake shoe mainly bears the compressive load and the tangential load caused by the rotation of the wheel. The brake shoe back breaking faults of the heavy-duty line and the general line are investigated, the force of the brake shoe is systematically analyzed, combining the identification of the material of the brake shoe back and the non-destructive testing of the shoe nose, the main reason for the sudden and continuous multiple brake shoe back breaking on the heavy-duty line is the poor material of the brake shoe back.

Keywords: Brake shoe back; force; test; use

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铁路货车闸瓦故障分析

0 引言

我国铁路货车多采用单侧闸瓦制动，依靠闸瓦对车轮的摩擦阻力作用实施车辆制动。由于制动过程中闸瓦频繁与车轮发生摩擦，导致闸瓦磨耗剩余厚度逐步减少，同时由于制动受力原因、闸瓦与车轮非正常磨耗、闸瓦本身质量等因素会导致产生其他故障，这些故障的产生轻则影响车辆运行品质，重则成为行车干扰的诱因。本文通过对闸瓦故障可能导致的危害、常见闸瓦故障进行调研分析，闸瓦瓦背折断调研分析、闸瓦瓦背受力分析，系统研究了闸瓦瓦背折断产生的原因。同时结合货车运用工作实际，制定一些切实可行的措施杜绝由于闸瓦故障导致干扰行车的问题发生。

1 制动力的传递过程

车辆施行制动时，制动缸活塞在压力空气的作用下推出制动缸活塞杆产生制动源动力，制动力从前制动杠杆开始传递。前制动杠杆带动闸调器并绕闸调器圆销旋转，拉动1位上拉杆，上拉杆再拉动1位转向架制动装置；闸调器在拉力作用下向前移动，拉力通过闸调器拉动后制动杠杆，后制动杠杆绕固定支点旋转拉动2位上拉杆，再拉动2位转向架制动装置。

图1 制动时基础制动装置力的传递

由于转向架制动装置是对称布置的，两侧转向架的受力情况也是相同的。以1位转向架为例，当上拉杆的拉力拉动游动杠杆时，游动杠杆将以中拉杆圆销为支点旋转，同时给中拉杆施加推力。左侧制动梁在游动杠杆旋转时向左移动直至闸瓦与车轮踏面接触并产生制动力；中拉杆的推力推动固定杠杆绕支点旋转，右侧制动梁在游动杠杆旋转时向右移动直至闸瓦与车轮踏面接触并产生制动力。至此，制动缸产生的制动力经过基础制动装置、转向架制动装置的传递，作用闸瓦与车轮踏面上产生制动作用。

图2 制动时转向架制动装置力的传递

2 闸瓦故障造成的危害

2.1 闸瓦磨耗达到运用限度如更换不及时进一步磨耗将造成闸瓦托磨耗损坏（现场熟称“磨托”，车轮与闸瓦托直接接触，造成摩擦产生火花，车务部门发现会对列车进行拦停检查，对运输构成干扰。

2.2 车辆在运用过程中闸瓦折断脱落存在击打车辆其它配件可能，如击打轨边设备或掉入道岔将导致事故发生，折断的闸瓦夹在闸瓦和车轮之间，导致同一制动梁两端在制动时受力不均，对制动梁或车轮造成损伤，影响车辆运行品质。

2.3 闸瓦熔粘的产生，在其后列车运行反复施行制动、缓解的情况下熔粘片就会逐渐增大，逐渐堆积形成整块的金属镶嵌，在热效应的作用下车轮踏面就会被剧烈地磨耗，引起车轮踏面圆周磨耗尺寸超过限度，会改变车轮踏面的工作轮廓，使轮轨间的相互作用变得无法控制，恶化了车辆运行状态，加剧了车轮磨耗，降低了车轮的使用寿命，严重时轮轨关系发生变化可能造成列车脱线。

3 闸瓦故障情况分析

《铁路货车运用维修规程》中“始发列车检查范围和质量标准”规定：“闸瓦及闸瓦插销无折断、丢失，闸瓦磨耗不超限、无碾出金属镶嵌物，闸瓦插销安装位置正确，闸瓦插销环无丢失；”从目前来看，铁路货车运用过程中发现的闸瓦故障类型主要包括：闸瓦磨耗过限、闸瓦丢失、闸瓦折断、闸瓦存在熔渣及金属镶嵌、闸瓦掉块等。

通过统计分析齐齐哈尔车辆段三间房运用车间到达场2023年4至6月份8567件故障闸瓦情况，其中闸瓦磨耗过限故障7805件、闸瓦存在金属镶嵌故障565件、闸瓦掉块故障116件、闸瓦折断故障78件、闸瓦丢失故障3件。因此，提高闸瓦质量、增强闸瓦运用故障处置对列车运行安全非常重要。

3.1 闸瓦磨耗过限故障主要是由于车辆长时间运行，正常磨耗导致。也与闸瓦材质不过关，容易造成磨耗有关。

3.2 闸瓦丢失故障主要是由于更换闸瓦后，闸瓦插销安装不正位，没有穿过瓦鼻孔，导致闸瓦在列车运行过程中掉落丢失。造成闸瓦丢失的另一个原因是，未安装闸瓦插销环的闸瓦，在经过翻车机卸车过程中脱落。

3.3 闸瓦掉块主要是由于闸瓦材质不过关，铸造不良导致。

3.4 闸瓦存在熔粘及金属镶嵌主要是由于闸瓦铸造过程中伴有硬质材料，列车在制动过程中，闸瓦表面的硬质颗粒和金属粉末与车轮摩擦，在闸瓦表面产生金属堆积物，铁粉过多经过长期摩擦产生高温，再冷却后的反复循环发生，铁粉熔粘变为氧化物，而氧化铁的硬度极高，导致在车辆制动过程中闸瓦表面与车轮持续摩擦，高温使得车轮踏面磨耗下的铁屑等金属物融化镶嵌到闸瓦中，如此往复循环导致镶嵌逐渐增加，堆积在闸瓦和车轮踏面之间。

图3 闸瓦熔粘故障

3.5 闸瓦瓦背折断主因是闸瓦瓦背材质材质不良，在闸瓦剩余厚度较大时，瓦鼻受到较大载荷作用下的低周疲劳断裂。经统计分析，闸瓦折断部位均在瓦鼻孔远离车轮方向端部圆角处，断口整齐，分析为低周疲劳断裂，且货车瓦背断裂断口不规则，为受力较大撕裂所致。

                图4  闸瓦折断故障

4闸瓦受力

车辆制动时，闸瓦贴靠车轮踏面，车轮对闸瓦产生正压力和沿踏面的切向摩擦力，这两个力会传递到闸瓦瓦背与闸瓦托之间，闸瓦的受力分析见图4。

图5 闸瓦受力模型

由于闸瓦和车轮之间的摩擦系数大于闸瓦瓦背和闸瓦托之间的摩擦系数，当车辆制动闸瓦靠上车轮的瞬间，闸瓦和闸瓦托会沿车轮径向发生相对运动，当相对运动量超过瓦鼻与闸瓦托中部凹槽间隙时，瓦鼻会与闸瓦托中部凹槽接触。

注：N0—车轮对闸瓦的正压力，N—闸瓦托对瓦背正压力，N1—瓦钎对瓦鼻正压力，N2—闸瓦托对瓦鼻支反力，F—车轮对闸瓦的摩擦力，F1—瓦钎对瓦鼻孔摩擦力，F2—闸瓦托对闸瓦的摩擦力

图6 闸瓦瓦背受力模型

车辆制动时，闸瓦瓦鼻受力情况：

车轮径向方向力：N0+N1=N；

车轮切向方向力：N2+F1+F2=F；

切向力对瓦鼻折弯产生的力矩：

上部折弯所受力矩，由于瓦钎对瓦鼻的力臂较小，F1的作用暂忽略不计，M1=F×(S+L)-F2×L；下部折弯所受力矩，由于F2对瓦鼻的力臂较小，暂忽略不计，M2=F×S-F1×L。

上述公式中，紧急制动工况，闸瓦和车轮之间的正压力N0=22.38kN；当闸瓦瓦背与闸瓦托之间的摩擦系数为0.15时，由于瓦钎对瓦鼻正压力较小，暂忽略不计，即N0=N，此时作用在瓦鼻上的切向力F-F2=(0.39-0.15)×N0=5.37kN。

通过闸瓦的受力分析可以看出，闸瓦剩余厚度越大闸瓦瓦鼻处所受弯矩越大，瓦鼻受力也就越大，个别闸瓦瓦背材质不良或者瓦鼻处存在异常变形或者磕碰伤的情况下，在闸瓦剩余厚度较大、受力较大情况下，更易发生闸瓦瓦背的折断。

5防范措施

针对目前铁路货车运行过程中产生的闸瓦故障，采取以下措施对闸瓦故障进行处置，杜绝由于闸瓦故障引起干扰行车问题的发生。

5.1 加强闸瓦源头质量控制，监造人员要按照《铁路货车高摩擦系数合成闸瓦暂行技术条件》监督检查闸瓦质量，各造修单位加强入库检验把关，加强复检复验、检测闸瓦质量是否过关。同时，加快推进货车配件追综应用，严格落实《铁路货车闸瓦二维码标签技术要求》各项规定，利用大数据分析，对闸瓦质量不高的生产厂家进行督整改，提高产品质量。

5.2 加强列检技术检查质量，列检作业中在严格落实检查标准的同时还要通过车轮踏面沟痕、基础制动卡滞等情况重点检查确认闸瓦状态，提早发现闸瓦故障。列检作业中还要从熔粘形成的初期进行控制，有熔粘形成就要全面分析原因，彻底进处理，及时消除熔粘进一步扩大的隐患。

5.3  加强技防手段应用，按挥TFDS、THDS安全监控设备应用，通过图片检查、温度变化对比分析，综合利用5T信息，及早发现闸瓦熔粘、闸瓦过限磨瓦背、基础制动卡滞闸瓦异常磨耗等故障，防止车辆带病运行。

5.4 加强运用货车维修质量，列检作业时严格落实闸瓦质量标准，超过运用限度时必须更换，对于长交路、途经长大下坡道的列车更要严格控制闸瓦维修质量，保证运行安全。

6.结束语

随着列检布局的不断优化，列检作业安全保证距离相应也有所延长，货车运用安全对闸瓦的源头质量、运用维修质量也提出了更高的要求。目前，国铁集团机辆部正在组织推进铁路货车闸瓦全寿命追踪信息采集工作，需要我们广大车辆工作者不断总结故障规律，提高车辆配件质量溯源意识，为提高铁路货车运用维修质量做贡献。

作者简介：

孙恩喜（1965.1），男（汉族），黑龙江齐齐哈尔市人，工程师，主要研究方向：铁路货车运用管理。

吴宪武（1973.8），男（汉族），黑龙江齐齐哈尔市人，助理工程师，主要研究方向：铁路货车事故调查研究。

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