神華鐵路貨車輪軸檢修問題分析

【摘 ?要】對神華鐵路輪軸使用過程中存在的問題，從車輪使用壽命、軸承失效、車軸探傷、5T聯(lián)網(wǎng)等方面分析了原因，提出了進行車輪壽命綜合研究、提高軸承運行可靠性、加強對輪軸探傷工作的指導(dǎo)、加快5T設(shè)備綜合聯(lián)網(wǎng)進程等措施，從而有效的解決現(xiàn)存的問題。

【關(guān)鍵詞】神華;鐵路;輪軸;分析

1.引言

輪軸是鐵道貨車走行部的關(guān)鍵部件，其檢修質(zhì)量對行車安全有著直接影響。神華鐵路貨車公司是目前國內(nèi)最大的鐵路自備貨車專業(yè)化管理公司，截至2018年底，管理鐵路自備貨車50055輛，由于神華鐵路線路復(fù)雜、運行密度大、開行萬噸列車等多方面因素，在輪軸檢修、運用過程中暴露出一系列的問題，必須引起高度重視，對下一步神華鐵路貨車狀態(tài)修的開展必將起到關(guān)鍵性作用。

2.現(xiàn)存問題

2.1車輪使用壽命短

2.1.1車輪材質(zhì)有待于進一步改進

車輪提速改造更新?lián)Q代，是為了鐵路貨車提速重載發(fā)展需要，車輛重載使得軸重增加，相對應(yīng)的輪軌接觸應(yīng)力增加，接觸區(qū)面積增加，接觸疲勞失效及磨耗量也隨之增加，在車輪尺寸及重量改變的同時，急需在材質(zhì)上進行革命，方能適應(yīng)檢修形勢需要，目前鐵路貨車輪大部分使用的材質(zhì)是CL60型輾鋼車輪及ZL-B型鑄鋼車輪，這種鋼種的車輪通過檢修運用現(xiàn)場觀察在車輪強度、耐磨性及抗熱裂性方面尚有不完善之處，未能實現(xiàn)車輪踏面的均勻磨耗，在與鋼軌的硬度匹配上需進一步改進。

2.1.2車輪運行過程中踏面各部磨耗較為嚴重

據(jù)統(tǒng)計，目前神華鐵路貨車車輪大概1.5年左右即進入車輪踏面故障高發(fā)期，大量車輪運用磨耗過限，這對于定檢周期長的車型及車輛狀態(tài)修工作的開展是一個瓶頸問題，以C80貨車上裝用的RE2B型輪軸為例，段修時輪對旋修比例為80%左右，主要原因為圓周磨耗過限、踏面剝離、踏面局部凹陷和輪徑差超限。主要原因分析為：兩萬噸列車編組長度加長，導(dǎo)致列車制動時制動距離和時間延長，閘瓦與車輪的粘著摩擦時間延長、摩擦作用力增大，閘瓦表面與車輪踏面圓周的在制動過程中，閘瓦表面與車輪踏面圓周的磨耗也必然相對增加，勢必增大了車輪踏面圓周的磨損;部分車輛制動緩解不良，致使車輛長期帶閘運行，閘瓦與車輛踏面長時間磨損，輪對沿鋼軌長距離滑行，產(chǎn)生滑動摩擦力導(dǎo)致車輪踏面圓周磨耗和局部凹陷;列車在長大下坡道運行時，車輛在頻繁制動過程中產(chǎn)生的絕大多數(shù)熱負荷被車輪踏面吸收，車輪踏面圓周反復(fù)承受加熱-冷卻-再加熱-再冷卻的物理過程，致使車輪踏面圓周極易產(chǎn)生疲勞裂紋而形成逐層脫落，最終導(dǎo)致踏面圓周磨耗和剝離;因集團公司線路調(diào)頭站點少，車輛長期單向往復(fù)運行，造成大量輪對左右側(cè)車輪輪徑差超限。

2.1.3車輪存在內(nèi)部缺陷

通過檢修現(xiàn)場外觀檢查及車輪旋修時觀察，發(fā)現(xiàn)大量車輪存在內(nèi)部缺陷，主要為車輪輪輞深度裂紋及車輪踏面熱裂紋，這些裂紋在外觀檢查時很難被發(fā)現(xiàn)，但在旋修過程中，隨著吃刀量的加大，會逐漸暴露出來，且越來越向深處發(fā)展，有的直至輪輞過限，個別車輪內(nèi)部還會出現(xiàn)大面積夾層、缺損現(xiàn)象，主要原因為車輪接觸面下一定深度范圍（一般在輪軌接觸面下15～20mm左右）處，存在較大尺寸的鏈狀夾雜物，由于夾雜物與車輪母材之間的彈性性能和熱性能間存在差異，所以在輪軌接觸應(yīng)力作用下以及冷卻過程中造成非均勻的應(yīng)力場，比周圍母材承受較大載荷，從而使夾雜物附近的應(yīng)力降低。同時夾雜物與周圍母材的熱障系數(shù)不同導(dǎo)致收縮速度快慢不一，在母材和夾雜物交界處產(chǎn)生拉應(yīng)力。在輪軌接觸應(yīng)力作用下，首先在夾雜物極點處產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成夾雜物與母材脫開或是使結(jié)合緊密的夾雜物本身破碎，從而形成空穴，而后在繼續(xù)加載的過程中，應(yīng)力集中程度更大并會在此處產(chǎn)生裂紋，列車運行速度越快，裂紋擴展也將越快。踏面制動熱裂紋是由于制動時閘瓦接觸造成的熱損傷，制動時閘瓦摩擦接觸條件不良及制動系統(tǒng)作用不良，均會使車輪踏面局部承受較高的熱載荷作用，隨著溫度循環(huán)往復(fù)的升高和降低，使其耐高溫性能下降形成熱疲勞，最終導(dǎo)致踏面受熱區(qū)域萌生裂紋。這兩種裂紋形式，若發(fā)現(xiàn)不及時，很可能引起崩輪、脫軌等惡性行車事故的發(fā)生，危及列車行車安全。

2.2軸承早期失效嚴重

2.2.1軸承剝離失效現(xiàn)象普遍

統(tǒng)計分析表明，正常條件下，滾動軸承的失效形式多為疲勞破壞，約占失效總數(shù)的70%以上。神華鐵路軸承使用條件苛刻，軸承損傷屢有發(fā)生。我國鐵路滾動軸承的傷損可分為7種類型，形式多樣，原因錯綜復(fù)雜。其中最主要的就是剝離損傷，剝離是零件表面在高接觸應(yīng)力循環(huán)作用下產(chǎn)生金屬片狀或塊狀剝離的現(xiàn)象，剝離產(chǎn)生部位是軸承內(nèi)、外圈滾道面和滾子滾動面，滾動軸承實際工作中，滾動體和內(nèi)圈（或外圈）承受交變負荷，由于接觸面積很小，因此接觸應(yīng)力很大，在較高轉(zhuǎn)速、巨大交變接觸應(yīng)力多次反復(fù)作用下，金屬將發(fā)生接觸疲勞，表面局部剝離，接觸疲勞與一般疲勞一樣，也有裂紋形成和擴展兩個階段。裂紋形成是金屬局部反復(fù)塑性變形的結(jié)果，取決于滾動接觸機件中最大綜合切應(yīng)力與材料屈服強度的相對關(guān)系，根據(jù)最大綜合切應(yīng)力的分布和材料強度分布的相互比較，可以決定裂紋產(chǎn)生的位置和接觸疲勞類型，分為麻點剝離（點蝕）、淺層剝離和深層剝離（表面壓碎）三種類型，這幾種剝離形式在檢修生產(chǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生，且大部分是在輪軸三級修時發(fā)現(xiàn)，運行時間或里程均未達到設(shè)計使用時間，沿線各種監(jiān)測設(shè)備很難發(fā)現(xiàn)此類故障，所以故障累積到一定程度后，極易引發(fā)較為嚴重的行車安全事故。

2.2.2運行里程無法測算

《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》規(guī)定，當軸承達到規(guī)定的時間及運行里程時應(yīng)進行相應(yīng)的檢修或報廢，但由于軸承的運行里程按目前的手段無法進行有效測算，導(dǎo)致這條規(guī)定執(zhí)行效果不理想，大部分檢修單位是按年限執(zhí)行，神華鐵路系統(tǒng)由于大部分管內(nèi)貨車運行較為頻繁，前期按運行里程進行執(zhí)行，測算的方法是按一年等于20萬公里進行折合，推算出實際的使用里程數(shù)，進行軸承使用壽命判定，但由于運輸頻率受煤炭市場波動影響，后期又取消了里程修相關(guān)規(guī)定改為按年限進行檢修，但現(xiàn)在煤炭市場又有所復(fù)蘇，運行頻率又明顯增快，由于軸承檢修周期較長，工藝的頻繁變動較容易造成軸承使用壽命測算的紊亂，造成軸承超期服役或成本浪費。

2.2.3軸承附件問題

在軸承檢修過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)軸承附件存在大量故障影響行車安全的現(xiàn)象，主要有軸承密封罩或油封松動、后檔松動、油脂缺少、前蓋磕碰傷等故障，據(jù)統(tǒng)計此類故障占軸承檢修故障的30%左右，嚴重影響軸承的正常使用，如不加以高度重視，極易引發(fā)熱軸、軸承運行品質(zhì)變差等現(xiàn)象，嚴重者還有可能發(fā)生行車事故。主要原因有軸承制造時存在工藝執(zhí)行不徹底、質(zhì)量把關(guān)不嚴現(xiàn)象，如油封與密封罩過盈量選配不足，油脂加注不符合要求等;運行過程中機械損傷，如碰傷軸承前蓋、油封現(xiàn)象;廠、段修時工藝標準執(zhí)行不到位，如后檔不經(jīng)選配即隨機進行壓裝造成松動，繼而與軸承或防塵板座產(chǎn)生磨擦等。

2.3輪軸超聲波探傷標準不統(tǒng)一

新版《鐵路貨車輪軸檢修規(guī)程》實施后，對輪軸各部超聲波探傷提出一些新標準，新變化，包括新的試塊使用方法、新的探頭角度、靈敏度確定方法與質(zhì)量判定標準、新的B/C型顯示輪軸自動超聲波探傷技術(shù)、明確了車軸軸向大裂紋定義等，給檢修單位很大的自主空間，實施后神華鐵路各維修分公司均進行了認真的學習、貫徹，但由于各自的探傷設(shè)備不同、技術(shù)標準不統(tǒng)一，探傷工素質(zhì)不齊等因素，造成各分公司對探傷標準的理解存在較大差異，如不加以規(guī)范統(tǒng)一，給各分公司檢修工藝管理和探傷質(zhì)量結(jié)果確認增加一定難度。

2.4 ?5T聯(lián)網(wǎng)工作不到位

遍布神華鐵路沿線的5t設(shè)備對神華鐵路的運行安全起到關(guān)鍵性的作用，大量的行車設(shè)備故障被及時的發(fā)現(xiàn)與處理，彌補了人工作業(yè)的不足之處，但現(xiàn)有5T系統(tǒng)在綜合聯(lián)網(wǎng)方面尚存在不足之處，主要表現(xiàn)在運用故障數(shù)據(jù)不能與檢修系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)、相互提示，比較理想的模式為車輛廠、段修時，施修前，施修人員即可在檢修系統(tǒng)上看到施修車輛在運用過程中預(yù)報處理過哪些主要故障，現(xiàn)場確認處理是否到位，是否需要在廠、段修時重點給予加修;廠、段修過程中處理過的主要故障通過貨車檢修信息管理系統(tǒng)與貨車安防管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，使得沿線運用部門能夠看到檢修的主要故障信息，從而加以嚴密防范。

3.措施及建議

3.1進行車輪壽命綜合型試驗研究

進行大量的現(xiàn)場調(diào)研基礎(chǔ)上，制定專門的課題，對車輪的材質(zhì)、外觀尺寸、檢修周期配套性進行系統(tǒng)研究，找到最佳結(jié)合點，比如現(xiàn)已開始推廣使用的CL70材質(zhì)的輾鋼車輪比現(xiàn)裝用的CL60材質(zhì)的輾鋼車輪圓周磨耗量同比減少了30%，車輪的剖面磨耗面積同比減少了32%，建議神華盡快推廣使用。同時應(yīng)結(jié)合神華鐵路特點與有關(guān)車輪設(shè)計、生產(chǎn)部門一道研制適合神華線路重載普速鐵路貨車運行的車輪。

結(jié)合現(xiàn)在正在推行的車輛狀態(tài)修課題研究，根據(jù)車輪運用磨耗規(guī)律，合理確定車輛整備修內(nèi)容、時間、節(jié)點，利用整備作業(yè)將車輪故障進行及時、有效的處理。

3.2提高軸承運行可靠性

3.2.1制定科學合理的軸承檢修體制

根據(jù)神華鐵路線路車輛運行實際情況，制定科學的軸承里程測算辦法，準確統(tǒng)計軸承使用里程，指導(dǎo)車輛廠段修時軸承外觀檢查作業(yè)，確保軸承可靠運行。

3.2.2進行軸承材質(zhì)攻關(guān)

收集缺陷軸承，進行專門的化驗分析，得出較為科學、準確的結(jié)論，將有關(guān)研究結(jié)果反饋給有關(guān)生產(chǎn)廠家、科研院所，從而進一步提升軸承的制造質(zhì)量，有效的解決由于軸承材質(zhì)及制造過程失控導(dǎo)致缺陷造成的早期失效問題。

3.2.3加強檢修質(zhì)量及運行監(jiān)控

通過配置先進設(shè)備，加強輪軸檢修質(zhì)量和運行監(jiān)控管理等手段，提高輪軸故障及時發(fā)現(xiàn)和處理的能力，確保車輛高效安全運行。

利用TADS系統(tǒng)中的聲學傳感器陣列與自適應(yīng)技術(shù)、故障診斷與智能識別技術(shù)研發(fā)技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、適合段修作業(yè)區(qū)域的軸承故障診斷設(shè)備，利用設(shè)備進行自動化檢測，進一步加強故障診斷準確率。同時在運用中加強對滾動軸承故障軌邊聲學診斷及軸溫探測，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。

3.2.4減少不必要人為質(zhì)量失控

在軸承制造和檢修過程中，加強工藝標準落實，嚴格卡控產(chǎn)品質(zhì)量，杜絕組裝不合格軸承出廠和壓裝不合格輪軸裝車，提高車輛運行安全性。

加強車輛運用沿線的愛車宣傳工作，減少裝卸車作業(yè)導(dǎo)致的輪軸關(guān)鍵部位損傷。

3.3加強對輪軸探傷工作的指導(dǎo)

3.3.1進行輪軸探傷工藝探討，統(tǒng)一技術(shù)標準

針對新《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》規(guī)定的新的探傷工藝方法進行廣泛調(diào)研，召開專門的研討會，統(tǒng)一探傷方案。例如試塊軸頸根部（卸荷槽部位）在靈敏度驗證缺陷的基礎(chǔ)上增加掃查范圍驗證缺陷。既能進行靈敏度驗證，又能對小角度探頭的掃查范圍進行驗證，同時對小角度手工探傷作業(yè)掃查方法是否正確進行驗證。

3.3.2推廣使用性能可靠，技術(shù)先進的探傷設(shè)備

技術(shù)先進的超聲相控陣技術(shù)，相比傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)，優(yōu)勢在于①用單軸扇形掃查替代柵格形掃查可提高檢測速度，②不移動探頭或盡量少移動探頭可掃查厚大工件和形狀復(fù)雜工件的各區(qū)域，成為解決可達性差和空間限制問題的有效手段，③通常不需要復(fù)雜的掃查裝置，不需要更換探頭就可實現(xiàn)整個體積或所關(guān)心區(qū)域的多角度多方向掃查，④優(yōu)化控制焦柱長度、焦點尺寸和聲束方向，在分辨力、信噪比、缺陷檢出率等方面具有一定的優(yōu)越性。目前該技術(shù)在部分檢修單位通過試運行取得較好效果，應(yīng)盡快推廣使用。

3.3.3積累探傷故障輪對，定期組織交流，提升裂紋發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗

輪軸探傷是一項對工作經(jīng)驗要求較高的工作，在檢修過程中經(jīng)常出現(xiàn)大量判定有疑問的故障輪軸，在部分檢修單位無法及時得知判定結(jié)果的真實性，應(yīng)建立一種故障反饋、協(xié)調(diào)機制，積累故障輪對，在輪軸四級修時及時驗證探傷結(jié)果，定期反饋判定結(jié)果，經(jīng)常召開技術(shù)交流會，對探傷發(fā)現(xiàn)的故障輪軸進行研討，提高檢修經(jīng)驗。

3.4加快5T設(shè)備綜合聯(lián)網(wǎng)進程

盡快聯(lián)合相關(guān)廠家，加快5T設(shè)備互聯(lián)工作，確保信息能夠及時共享，在輪軸檢修前，工作者能夠在信息系統(tǒng)內(nèi)方便的查詢到沿線運用部門發(fā)現(xiàn)、處理過哪些故障，是否存在踏面缺陷、是否預(yù)報過熱軸等信息，以確定是否進行重點加修，使多個信息系統(tǒng)既相互獨立，又相互關(guān)聯(lián)，力爭達到在各部門查詢時，可一次性查詢到輪軸從組裝、運行、檢修各階段的主要故障數(shù)據(jù)，隨時跟蹤故障輪軸，確定加修時間、處理方法，為狀態(tài)修工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

4.結(jié)束語

輪軸檢修工作對于神華鐵路的運行安全至關(guān)重要，需要我們從細節(jié)入手，逐個部件進行深入細致的研究，通過開展充分調(diào)研、進行技術(shù)攻關(guān)、加強工藝執(zhí)行、創(chuàng)新管理手段，必將能收到實效，從而進一步提高輪軸檢修管理水平，確保輪軸運行安全可靠。

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作者簡介：

范文明（1972—），男，高級工程師。E-mail：fanwenming1972@163.com

（作者單位：神華鐵路貨車運輸有限責任公司檢修管理部）