铁路货车承担着大宗物资运输的主力任务，其运行效率和安全性直接影响整个铁路运输系统的可靠性。轮对作为车辆运行系统的核心部件，尤其是踏面部分，由于其与钢轨直接接触并承受交变应力、摩擦热及环境干扰等多种复杂载荷，极易发生损伤。近年来，轮对踏面损伤频发，引发了行业对该问题的高度关注。本文围绕轮对踏面损伤问题展开研究，旨在通过类型梳理、成因分析与对策建议，探索一条提升维修效率、延长使用寿命的技术路径。

1、踏面常见损伤类型分类

1.1 疲劳类损伤

轮对踏面在重复载荷的长期作用下，其表层金属结构逐渐积聚微观损伤。当局部接触应力超过材料的疲劳极限时，微裂纹沿着金属组织间隙悄然扩展，最终在蠕滑方向诱发倾斜裂纹。径向裂纹亦不罕见，常自轮缘内侧或轮心边缘萌生，沿法向扩展至踏面工作带。这类裂纹的表面表现可能并不明显，但内部扩展趋势往往迅速而不可逆。较高应力区域更易形成裂纹簇集，若与制动滑行相叠加，裂纹扩展路径将更趋复杂，甚至诱导局部材料剥落。当裂纹穿透表层保护层后，踏面可能发生细小片状脱落，裸露的新金属面随即进入更高频次的接触循环，从而形成剥离损伤。滚动接触疲劳机制贯穿整个过程，不仅在高载荷点诱发初始裂纹，其应力再分布特性也促使裂纹趋于表层集合，引发典型的鱼鳞状裂痕。

1.2 磨损类损伤

踏面磨损的过程并非简单的材料逐层剥落，它所反映的是车轮与钢轨间接触状态的长期偏差。当运行轨迹受轨面污染、轮轨不平、制动系统不稳定等因素影响时，轮对表面受力会在周向或径向方向上出现不均匀性，由此形成蠕变带和非对称磨痕。部分区域出现的扁平化凹陷，正是由于滑行或制动抱死时，车轮瞬间停止旋转，使局部区域连续承受高温、高压作用所致。这种几何异常将导致运行中产生周期性冲击，进一步放大轮轨间的动载荷。部分车轮外缘还可能出现波状磨耗，轮廓呈现周期性凹凸交替，在高速段易产生车体抖动。多边形踏面则表现为踏面轮廓不连续变化，轮对在运行中周期性释放冲击能量，使整个车辆系统稳定性受扰^[1]。上述形式各异的磨损类型共同揭示了轮轨动态接触行为的复杂性。

2、踏面损伤形成的主要原因

2.1 结构载荷与轮轨接触特性

轮对在列车运行全过程中持续承受纵向拉力、横向扰动与垂向交变载荷。受力状态的不稳定，促使轮轨接触界面呈现非理想分布，特别是在重载起动、制动或曲线段运行时，轮缘与钢轨之间的蠕滑关系发生了显著改变^[2]。此时接触面积由点扩展为椭圆形，接触应力在边缘区域出现尖峰，并伴随明显的剪应力集中。这种应力集中往往超出材料局部塑性极限，成为裂纹初始萌生的诱因。并且，随着运行速度的变化，轮轨动态载荷的波动性，也加剧了接触界面的磨损进程。在小半径曲线运行中，外轮负载进一步增大，斜裂纹更易于沿踏面边缘蔓延。当车辆在曲线上频繁通过道岔、辙叉区域时，轮轨接触条件呈周期性变化，蠕滑力的反复改变对踏面微观结构构成了持续扰动，加剧其疲劳积累和裂纹生成。

2.2 材料组织缺陷与制造误差

轮对材料虽采用高强度钢材精炼制成，但其微观组织特性仍在极端工况中暴露出脆弱点。夹杂物的分布密度、晶粒尺寸及其取向，决定了金属在高频接触循环下的疲劳起裂行为。晶粒之间的结合强度不一致、部分区域存在碳化物团聚，都将加速微裂纹在晶界扩展。而轮圈在热处理过程中的冷却速率，若控制不均匀，会在表层与基体之间形成显著硬度梯度，这种组织的不连续性直接削弱了踏面抵抗局部应力扰动的能力^[3]。一旦热影响区出现偏析带，其局部抗裂性能迅速下降。此外，轮对成品加工中存在的几何公差偏离，也会在实际运行中引发局部受力异常。例如，踏面与轮缘过渡区域若过于尖锐，极易在运行过程中聚集应力，诱发沿轮缘根部的裂纹扩展。加工时若未进行充分圆角过渡，材料内应力便难以均匀释放，最终导致疲劳损伤在这些“潜伏点”中持续演化。

3、踏面损伤应对策略与修复措施

3.1 精准化检测与分级维护制度

优化检测体系应从构建多元传感通道入手，应融合超声波探测、红外热成像与高分辨率图像识别等多种手段，实现对轮对踏面的持续在线监测。在数据处理过程中，借助图像学习算法对裂纹形态与磨耗分布进行动态建模，能够提升异常识别的精准性与实时性。应建立基于损伤等级的分级响应制度，将踏面缺陷按几何变形程度、裂纹长度、剥落面积等维度划分等级，制定不同等级对应的干预措施^[4]。例如，轻度磨耗可实施原地检测后继续运行；中度缺陷需安排短期内重整；重度裂纹或剥离则须立即更换轮对。针对稳定运营区间的车辆，推广“重整车削”周期制度，通过定点加工修复轮廓偏差，以延缓裂纹积累。维修工段应同步建立踏面健康状态档案，追踪损伤演变趋势，为计划性维修提供数据支持。

3.2 修复与再制造技术路径

修复方案应从缺陷定位与界面处理环节入手，先采用高精度铣削设备清除表层脱碳层及裂纹源区域，避免残留微裂纹在后续运行中复发。在损伤区形成清晰加工界面后，依据材料规格匹配适宜的堆焊材料，控制焊接温度与速度参数，以减缓热影响区的组织变化。局部堆焊结束后，需执行小范围退火工艺，调整焊接区与母材间的残余应力分布，提升焊接部位的疲劳耐受度^[5]。若损伤区域面积较大，可选择激光熔覆手段，在控制热输入的前提下提升补焊层结合致密度。对于已进入晚期剥落阶段的轮对，建议引入“局部快速替换”工艺，设计可模块化更换的轮圈结构，降低整体轮对废弃率。在修复完成后，所有车轮需执行二次车削操作，统一轮廓曲率与踏面直径，恢复标准几何特征，以维持轮轨之间良好的动态接触状态。

4、结语

铁路货车轮对踏面的运行状态直接影响整车系统的安全性与稳定性。踏面损伤作为轮轨长期动态接触中形成的典型劣化形式，其表现多样、成因复杂，既涉及材料组织本身的疲劳响应，也关联运行工况下的载荷波动与轨道适配性。本文通过梳理裂纹、剥离、磨耗等主要类型，并从结构应力、制造精度与材料特性等层面对其成因展开剖析，为后续维修策略的设计提供了理论依据。在技术实践层面，引入多维度监测手段、实施精准诊断分级响应机制，并同步发展堆焊修复、激光熔覆等局部修复路径，已成为提升轮对使用效率的有效方式。未来的维护体系建设，应进一步强化数据驱动机制与智能化决策能力，推动从经验性检修向模型化、预判性维护转变。只有在整体运维理念上不断革新，铁路货车轮对系统才能在复杂运行环境中保持长期稳定运行。

参考文献:

[1] 郝凯,刘鹏飞,王晨,等.曲线占比权重对重载机车车轮磨耗影响[J].北京交通大学学报,2023,47(04):171-178.

[2] 胡月.不同材料/硬度匹配条件下轮轨磨损与损伤行为及优化选用研究[D].西南交通大学,2021.

[3] 王延朋.大功率机车车轮材料滚动接触疲劳剥离性能研究[D].西南交通大学,2021.

[4] 罗静.铁路货车车辆轮对故障原因、危害分析及解决措施研究[J].科技经济导刊,2020,28(04):46+48.

[5] 王化君,刘天傲.关于铁路货车车辆轮对故障分析及解决方案的研究[J].科技视界,2019,(25):212-213.