鐵路貨車常見故障與檢測技術探析

于天明

摘 要：社會經濟的飛速發展對鐵路貨運的需求日益增強，為提高運輸能力，貨物列車不斷提速并加大載重。然而，伴隨著運行速度的提高和載重的加大，貨車故障也在不斷增加，嚴重威脅車輛運行安全，同時也制約了鐵路貨運能力的提升。本文分析了鐵路貨車常見的幾種故障模式和特征，對比分析了不同故障模式的誘發因素和對運行安全的影響原因，并介紹了先進的無損非接觸式探測方法，對保障鐵路貨運安全，提高鐵路貨運能力提供參考。

關鍵詞：鐵路貨車；故障；檢測

中圖分類號：U270.33 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）04-0076-01

1 引言

鐵路是國民經濟發展的大動脈，是衡量一個國家發展水平的重要標志。其中鐵路貨運更是重中之重，被譽為經濟社會發展的助推器。我國鐵路發展迅猛，鐵路貨運不斷向大載重、高運行速度方向發展[1]。與此同時，鐵路貨車在高轉速大載重情況下容易發生故障，既威脅著貨車和人員的安全，又嚴重制約了鐵路貨運效能的發揮。因此深入研究鐵路貨車的典型故障模式，分析故障機理，探究有效的解決方案和預測方法至關重要，對提高鐵路貨運的安全性，滿足國民經濟發展的需求具有重要意義。

2 典型故障模式

鐵路貨車車輛的故障種類多種多樣，但由于其大速度、高載重運行的特殊性，多數故障集中在輪對、輪軸、車鉤等方面，分析典型故障發生機理和表現形式，為科學預防，合理規劃提供支撐。因為輪對是鐵路貨車車輛最重要的承重部件，且運行速度快、運行環境惡劣等因素，輪對是鐵路貨運車輛故障較高且危害較大的部件，研究貨運車輛安全性首先就要對這個最重要的因素加以闡述。輪對的典型故障模式可通過統計手段獲得，踏面故障、輪緣故障、軸徑故障、輻板孔故障等是常見的故障模式[2]。

踏面故障一般可分為踏面裂紋故障和踏面磨損故障兩類[3]。踏面裂紋故障多是由于貨車在運行過程中產生大量熱量聚集，由于溫度梯度導致的表面裂紋情況。因此，監測運行過程中踏面表面溫度和溫度梯度是是檢測環節中的重點。踏面磨損故障指的是非正常磨耗情況，與運行過程中的正常摩擦不同，非正常摩擦通常由輪對與軌道間的相對位置發生偏移引起，輪對偏向導致某側摩擦非正常加劇。引起輪對與軌道間相對位置偏移的因素較多，主要包括轉向架變形，運行方向長期不變，轉向架固定軸距過大等。輪緣故障與踏面故障相似，均由劇烈摩擦導致的極速磨損有關。及時細致的檢查踏面和輪緣的磨損情況是保障運行安全，避免車輛攜帶隱患運行的重要措施。

軸徑故障多數與過大的運行速度和載重量有關，導致軸徑疲勞加劇提前到壽。主要誘因包括大載重重心位置超出允許范圍、超速運行、不當維護等，軸頸出現較大裂紋或較大變形。與此同時，關注所承載的貨物的屬性和對車輛的影響也十分重要，包括酸堿度、冷保車等情況，盡量避免腐蝕誘發的安全運行風險；異物卡滯包括潤滑不足導致的軸身點狀或條狀剝離，剝離碎屑在運行過程中二次傷害其他部位，加速磨損速度，同時，在軸身承受較高的交變應力和沖擊應力時可能引起軸承變形，如滾動部件變形造成異物卡滯等等。

輻板孔故障多數是由于頻繁裝卸導致出現裂紋的情況，出現這種故障的原因同樣是由于貨運車輛未能滿足不斷提高的運行速度和承重重量。及時更換與貨運需求相匹配的貨運車輛，降低輻板孔的疲勞積累是提高貨運能力的有效方法之一。輻板孔裂紋故障的誘發因素很多，主要可以概括為兩個方面，即生產工藝不符合標準要求和運行過程中的不當使用。此外，異物卡滯也是另一個重要原因，可引發輻板孔出現不正常的應力集中現象，如果不及時發現和處理萌發出的局部微小裂紋，一旦裂紋擴展加大，將嚴重威脅行車安全。針對這些典型故障，在檢測過程中必須細致認真的跟蹤觀察相關參數變化范圍，認真定位故障，判斷裂紋萌生和發展趨勢，合理安排調度，兼顧保障貨車使用經濟性和安全性。

車鉤、鉤尾框是鐵路貨車車輛傳遞牽引力和沖擊力的重要部件，同樣因為工作關鍵惡劣是常常發生故障的關鍵部位。據統計，全國鐵路貨運車輛的車鉤舌每天生產和檢修量已超過1萬個。鉤舌的磨損、裂紋等均可能在收到劇烈沖擊的情況下發生斷裂，嚴重威脅運行安全，因此也是日常檢測維護中的重點部位。當前，針對人工目視檢查效率地下、勞動強度大、精度無法保證等問題，自動先進的無損檢測發展迅猛。

3 先進檢測技術

預防事故，規避風險是保障安全運行，提高運輸效率的核心，將所有安全隱患及時檢測出，并安全排除故障是至關重要的[4]。

目前，車輛檢測手段較為豐富，大體可以概括為三種：接觸式測量、便攜式測量和非接觸式測量。接觸式測量屬于傳統檢測技術，傳統的檢測技術通常是在線檢測，這類檢測方法數據全面，檢測結果真實可信，但往往需要大量時間和人力，如一般的鉤舌自重達40公斤，檢測項目多且量大，采用傳統檢測方法，效率低下，勞動強度巨大，嚴重制約檢測進度，無法滿足當前的檢測需求，往往部分車輛未經細致周密的檢查而存在隱患運行，不但有造成事故的風險，同時加速了二次故障的可能[5]。便攜式測量是在接觸式測量的基礎上發展起來的，它是通過攜帶的多種傳感器檢測部分幾何參數，由于要滿足便攜的要求，其體積和重量不宜過大，因此所測量的參數數量有限，不能實現完整的全自動化的測量，因為具備便攜的突出特點，因此在進行綜合檢查的間隙，對可能存在故障的危險性較高的部位進行檢查，是非常方便和受歡迎的，也是滿足定時與非定時檢查的要求之一，具備及時發現故障，及時處理故障，保障不帶隱患運行的要求。隨著傳感技術的發展，非接觸式的先進測量方法快速發展，為提高檢測效率，降低檢測時間，提高檢測質量，采用先進檢測技術是不二的選擇[6]。CCD技術，激光傳感技術，光感檢測傳感檢測技術等發展較快，新興的高效檢測技術均為非接觸式檢測方式，即無需接觸車輛需要檢測的部位，就能實現在線測量工作，較傳統的接觸式全面自動測量和便攜式傳感器測量方法，具有測量快、無損和通用性強的特點，需要強調的是，該技術可對多種車輛進行檢測，不但能夠節省大量時間，提高檢測效率，同時也降低勞動強度，提高總體運力。

采用新興的非接觸式檢測方法在日常檢測過程中大大縮短故障處理用時，提升技術檢測效率，縮短檢測時間，提高車輛周轉速度和使用率，將進一步提高貨車運行的經濟性，為保障鐵路貨車安全高效運行提供堅實的技術支撐。

4 結語

本文分析了典型的鐵路貨車故障模式，闡述了典型故障主要誘發因素和故障表現形式，提出了故障檢測和改進的建議方法，大力推行先進的無損非接觸式先進檢測技術，不但能節約成本，提高運能，更能保證安全性和經濟性。鐵路貨運車輛運行環境惡劣，承力部件多樣，分布較為分散，故障模式多樣，故障率更是居高不下，與此同時，國民經濟的發展需求仍然在不斷增長，一帶一路戰略的實施更要求我國鐵路要不斷提高運行速度、加大貨運載重，為有效緩解需求與能力見的矛盾，加強工藝水平，規范檢查程序，提高總體規劃調度能力，尋求科學規范的管理運行體制，普及運用高新檢測技術，是保障我國鐵路貨車運行安全的重要抓手，是促進國民經濟發展需求的重要舉措。

參考文獻

[1]張瑞田，趙永翔，蔡慧.偏載對鐵路貨車軸頸軸承概率壽命的影響[J].機械工程學報，2015，（24）：177-183.

[2]宮海龍.鐵路貨車車輛輪對故障及其決方案思考[J].中國高新技術企業，2015，（08）：114-115.

[3]李景泉，劉繼.車輪踏面擦傷自動檢測方法的研究和試驗[J].同濟大學學報，2003，（4）：473-475.

[4]陳寧寧，滕永平，王科.機車車輪在線超聲波檢測方法研究[J].無損檢測，2007，（7）：402-428.

[5]李偉，孟慶民.無損檢測技術在鐵路貨車車鉤、鉤尾框上的應用[J].鐵道機車車輛，2014，（4）：112-116.

[6]楊臣平.鐵路貨車車輪超聲波在線檢測中的缺陷識別算法[J].中國鐵道科學，2016，（9）：102-107.