关于CR400BF-Z型动车组轮对踏面疲劳缺陷的调研报告

动车组轮对运行时，因制动、载荷冲击等，应力集中于轮对上，使其微观结构发生变化，形成微裂纹，微裂纹随应力集中逐渐加剧，裂纹长度和深度随之增加，形成疲劳缺陷。轮对踏面疲劳缺陷危害极大，会削弱轮对强度，降低其使用寿命，严重时危及行车安全。

针对2024年12月频发多起轮对踏面疲劳缺陷故障，为探究其产生原因，保障轮对运行安全，对某运用车间配属的CR400BF-Z型动车组的轮对踏面疲劳缺陷进行调研分析。

一、调研情况

（一）车组统计。某运用车间配属的11组CR400BF-Z型动车组中，轮对踏面缺陷故障共发生44起，均为踏面滚动疲劳剥离到限，剥离到限时产生的多条细微裂纹即为踏面疲劳裂纹。XX14、XX15、XX16为2024年12月转属至车间的车组，基本未发生过踏面滚动疲劳剥离。XX06至XX13均为局配属车组，其中XX07发生故障件数最多，占总数的20.5%。

（二）月份统计。针对2024年CR400BF-Z型动车组上线日期，12月发生的故障件数最多，占总数的25%，其次是7、8、10月，故障频发在暑假、十一黄金周及年底。

（三）镟修件数统计。发现踏面滚动疲劳剥离故障的方式根据镟修性质分为周期镟修和单次故障镟修（人工或机检），单次故障镟修占比34%，周期镟修时发现踏面深层次缺陷占比66%，周期镟修发现踏面缺陷故障的概率较大。

（四）故障位置统计。故障发生位置在两头车1轴的故障总数为40件，占总数的91%，发生在3、7车的故障仅为4件。

二、原因分析

（一）轮对受力分析。

1.动车组轮对由车轴、车轮、制动盘和齿轮装置等构成。车轮含踏面、轮缘等部分，车轴设轴颈、轮座等部位。轮对是动车组底部支撑结构，承载车辆质量，经轴承系统与车体相连，将负荷分布至钢轨。

2.轮对在轨道行驶时与钢轨相互作用，列车过曲线时，车轮踏面受蠕滑力作用产生塑性应变积累，诱发疲劳裂纹，钢轨湿滑时更易发生扩展。车轮剥离是滚动接触疲劳扩展结果，为车辆运用常见现象。运行时轮轨冲角大易产生微裂纹，雨雪风沙环境会加速剥离。

3.目前段配属的11列11组CR400BF-Z型动车组共352条轮对704个轮饼均为某公司生产制作，车轮材质均为ER8，现装车轮对修程均为新造轮对，未进行三级检修。

（二）故障位置分析。两头车1轴轮对运用环境较为恶劣，一方面1轴为导向轮对，为最先接触钢轨的轮对，另一方面头车更易受到异物侵入，异物造成应力集中，导致踏面材料局部屈服。如下图所示，红、黄色斜杠表示两头车轮对常产生踏面疲劳裂纹的位置，轮对踏面形成以滚动圆附近为中心的凹形磨耗，随着踏面凹磨程度不断增大，凹坑边缘的拐点更尖锐，接触面积减小，导致凹坑边缘拐点接触应力增大，易出现接触疲劳。

（三）故障镟修量分析。通过统计两头车导向轮发生踏面疲劳缺陷时的走行公里数，及消除故障的镟修量。选取故障件数最多的四组车XX06、XX07、XX10、XX11动车组进行数据分析。

1.踏面缺陷多出现于镟修后10万公里以上，走行公里增加时，导向轮对更易因异物侵入，导致踏面疲劳裂纹扩散、剥离故障增多且限度加深。

2.车轮周期镟修量一般不超3mm，而镟修量大于3mm的故障占比83%，大于10mm占25%。频繁故障镟修缩短轮对寿命，针对大镟修量踏面缺陷，可缩短20-25万公里镟修周期，对两头车导向轮视情镟修，增加频次、减小修量以延寿。

3.四组车在58-77万公里出现14件踏面疲劳缺陷，占总数58.3%，该里程段正值第三、四次周期镟修，因周期镟修易发现缺陷，致使12月轮对踏面疲劳裂纹故障频发。

4.动车组以走行公里为主、时间为辅检修。对某车间11组CR400BF-Z型动车组每10万km轮对踏面缺陷故障件数统计分析。

踏面缺陷故障件数与动车组走行公里呈正态分布，根据《现代维修理论》中“由给定的故障发生概率确定间隔期”可计算轮对周期镟修间隔期。选取10个不重复的踏面缺陷故障发生时的走行公里数 （单位：万km）为12.6、20.5、34.7、38.2、40、54.3、58.3、60.1、75.6、76.5，欲达到踏面缺陷故障发生概率不超过0.1%的目标，通过如下公式计算轮对镟修定时间隔期：

计算表明，为使踏面缺陷故障发生概率不超0.1%，动车组轮对镟修周期需从20-25万km提前至14.41万km。

（四）轮径值分析显示，单数据中轮径918mm和908mm时踏面缺陷故障最多；整体上902-919mm区间故障概率高，881-902mm区间故障概率低。

（五）运行交路分析。通过统计某运用车间配属的11组CR400BF-Z型动车组2024全年运行交路发现，达速交路发生踏面疲劳缺陷共39件，占总数的88.7%。达速交路对踏面磨耗速率相对更高，同一车组长期在达速交路运行，随着踏面的快速磨耗，产生的踏面疲劳缺陷故障更多。

TPDS（车辆运行品质轨旁动态监测系统）通过轮轨力检测车辆故障。2024年某车间11组CR400BF-Z型动车组TPDS报警为0，表明检修发现的踏面疲劳缺陷未达报警标准。

综上，该11组动车组轮对踏面疲劳缺陷原因有：轮轨受力使踏面产生疲劳；头车导向轮为主要故障位置；走行公里数越高，故障越多且多在周期镟修时发现；轮径918mm和908mm时故障率最高；频繁运行于达速交路，轮对快速磨耗致故障率上升。

三、建议措施

1．建议均匀CR400BF-Z型动车组运行交路，将达速运行交路均匀分布到11组动车组中，且尽量不安排集中运行，与其它运行交路间隔运行，避免某列动车组集中运行达速交路或达速交路占比过高，引发踏面因高速运行应力集中增大，导致踏面疲劳剥离故障快速发生。

2.鉴于CR400BF-Z动车组导向轮故障多发生于10万公里后，建议两头车导向轮在周期镟修后10-15万公里时，按0.1mm最小进刀量临镟或进行轮辋轮辐探伤，防止踏面故障恶化、镟修量激增。

3.解决头车导向轮踏面损伤问题，一是细化损伤判定标准，分三级处理；二是将其深度检查纳入一级修计划，强化检修标准。

4.建立轮对经济镟系统，增加头车导向轮跟踪模块，按缺损程度实施全寿命管理，采取预防性镟修，延长轮对周期，保障检修秩序。