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聯網等方面分析了原因，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、加快5T設備綜合聯網進程等措施，從而有效的解決現存的問題。

【關鍵詞】神華;鐵路;輪軸;分析

1.引言

輪軸是鐵道貨車走行部的關鍵部件，其檢修質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最大的鐵路自備貨車專業化管理公司，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修的開展必將起到關鍵性作用。

2.現存問題

2.1車輪使用壽命短

2.1.1車輪材質有待于進一步改進

車輪提速改造更新換代，是為了鐵路貨車提速重載發展需要，車輛重載使得軸重增加，相對應的輪軌接觸應力增加，接觸區面積增加，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，急需在材質上進行革命，方能適應檢修形勢需要，目前鐵路貨車輪大部分使用的材質是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

據統計，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，產生滑動摩擦力導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生的絕大多數熱負荷被車輪踏面吸收，車輪踏面圓周反復承受加熱-冷卻-再加熱-再冷卻的物理過程，致使車輪踏面圓周極易產生疲勞裂紋而形成逐層脫落，最終導致踏面圓周磨耗和剝離;因集團公司線路調頭站點少，車輛長期單向往復運行，造成大量輪對左右側車輪輪徑差超限。

2.1.3車輪存在內部缺陷

通過檢修現場外觀檢查及車輪旋修時觀察，發現大量車輪存在內部缺陷，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現，但在旋修過程中，隨著吃刀量的加大，會逐漸暴露出來，且越來越向深處發展，有的直至輪輞過限，個別車輪內部還會出現大面積夾層、缺損現象，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，所以在輪軌接觸應力作用下以及冷卻過程中造成非均勻的應力場，比周圍母材承受較大載荷，從而使夾雜物附近的應力降低。同時夾雜物與周圍母材的熱障系數不同導致收縮速度快慢不一，在母材和夾雜物交界處產生拉應力。在輪軌接觸應力作用下，首先在夾雜物極點處產生應力集中，造成夾雜物與母材脫開或是使結合緊密的夾雜物本身破碎，從而形成空穴，而后在繼續加載的過程中，應力集中程度更大并會在此處產生裂紋，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，隨著溫度循環往復的升高和降低，使其耐高溫性能下降形成熱疲勞，最終導致踏面受熱區域萌生裂紋。這兩種裂紋形式，若發現不及時，很可能引起崩輪、脫軌等惡性行車事故的發生，危及列車行車安全。

2.2軸承早期失效嚴重

2.2.1軸承剝離失效現象普遍

統計分析表明，正常條件下，滾動軸承的失效形式多為疲勞破壞，約占失效總數的70%以上。神華鐵路軸承使用條件苛刻，軸承損傷屢有發生。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力循環作用下產生金屬片狀或塊狀剝離的現象，剝離產生部位是軸承內、外圈滾道面和滾子滾動面，滾動軸承實際工作中，滾動體和內圈（或外圈）承受交變負荷，由于接觸面積很小，因此接觸應力很大，在較高轉速、巨大交變接觸應力多次反復作用下，金屬將發生接觸疲勞，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塑性變形的結果，取決于滾動接觸機件中最大綜合切應力與材料屈服強度的相對關系，根據最大綜合切應力的分布和材料強度分布的相互比較，可以決定裂紋產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過程中經常發生，且大部分是在輪軸三級修時發現，運行時間或里程均未達到設計使用時間，沿線各種監測設備很難發現此類故障，所以故障累積到一定程度后，極易引發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則》規定，當軸承達到規定的時間及運行里程時應進行相應的檢修或報廢，但由于軸承的運行里程按目前的手段無法進行有效測算，導致這條規定執行效果不理想，大部分檢修單位是按年限執行，神華鐵路系統由于大部分管內貨車運行較為頻繁，前期按運行里程進行執行，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，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規定改為按年限進行檢修，但現在煤炭市場又有所復蘇，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，經常發現軸承附件存在大量故障影響行車安全的現象，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，據統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，極易引發熱軸、軸承運行品質變差等現象，嚴重者還有可能發生行車事故。主要原因有軸承制造時存在工藝執行不徹底、質量把關不嚴現象，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、油封現象;廠、段修時工藝標準執行不到位，如后檔不經選配即隨機進行壓裝造成松動，繼而與軸承或防塵板座產生磨擦等。

2.3輪軸超聲波探傷標準不統一

新版《鐵路貨車輪軸檢修規程》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量判定標準、新的B/C型顯示輪軸自動超聲波探傷技術、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備不同、技術標準不統一，探傷工素質不齊等因素，造成各分公司對探傷標準的理解存在較大差異，如不加以規范統一，給各分公司檢修工藝管理和探傷質量結果確認增加一定難度。

2.4 ?5T聯網工作不到位

遍布神華鐵路沿線的5t設備對神華鐵路的運行安全起到關鍵性的作用，大量的行車設備故障被及時的發現與處理，彌補了人工作業的不足之處，但現有5T系統在綜合聯網方面尚存在不足之處，主要表現在運用故障數據不能與檢修系統相互協調、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上看到施修車輛在運用過程中預報處理過哪些主要故障，現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與貨車安防管理系統關聯，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

進行大量的現場調研基礎上，制定專門的課題，對車輪的材質、外觀尺寸、檢修周期配套性進行系統研究，找到最佳結合點，比如現已開始推廣使用的CL70材質的輾鋼車輪比現裝用的CL60材質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。同時應結合神華鐵路特點與有關車輪設計、生產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。

結合現在正在推行的車輛狀態修課題研究，根據車輪運用磨耗規律，合理確定車輛整備修內容、時間、節點，利用整備作業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，準確統計軸承使用里程，指導車輛廠段修時軸承外觀檢查作業，確保軸承可靠運行。

3.2.2進行軸承材質攻關

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

3.2.3加強檢修質量及運行監控

通過配置先進設備，加強輪軸檢修質量和運行監控管理等手段，提高輪軸故障及時發現和處理的能力，確保車輛高效安全運行。

利用TADS系統中的聲學傳感器陣列與自適應技術、故障診斷與智能識別技術研發技術先進、經濟合理、適合段修作業區域的軸承故障診斷設備，利用設備進行自動化檢測，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，增強系統的穩定性、可靠性及安全性。

3.2.4減少不必要人為質量失控

在軸承制造和檢修過程中，加強工藝標準落實，嚴格卡控產品質量，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，減少裝卸車作業導致的輪軸關鍵部位損傷。

3.3加強對輪軸探傷工作的指導

3.3.1進行輪軸探傷工藝探討，統一技術標準

針對新《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規則》規定的新的探傷工藝方法進行廣泛調研，召開專門的研討會，統一探傷方案。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，技術先進的探傷設備

技術先進的超聲相控陣技術，相比傳統超聲檢測技術，優勢在于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雜工件的各區域，成為解決可達性差和空間限制問題的有效手段，③通常不需要復雜的掃查裝置，不需要更換探頭就可實現整個體積或所關心區域的多角度多方向掃查，④優化控制焦柱長度、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越性。目前該技術在部分檢修單位通過試運行取得較好效果，應盡快推廣使用。

3.3.3積累探傷故障輪對，定期組織交流，提升裂紋發現經驗

輪軸探傷是一項對工作經驗要求較高的工作，在檢修過程中經常出現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果的真實性，應建立一種故障反饋、協調機制，積累故障輪對，在輪軸四級修時及時驗證探傷結果，定期反饋判定結果，經常召開技術交流會，對探傷發現的故障輪軸進行研討，提高檢修經驗。

3.4加快5T設備綜合聯網進程

盡快聯合相關廠家，加快5T設備互聯工作，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內方便的查詢到沿線運用部門發現、處理過哪些故障，是否存在踏面缺陷、是否預報過熱軸等信息，以確定是否進行重點加修，使多個信息系統既相互獨立，又相互關聯，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據，隨時跟蹤故障輪軸，確定加修時間、處理方法，為狀態修工作的順利開展奠定基礎。

4.結束語

輪軸檢修工作對于神華鐵路的運行安全至關重要，需要我們從細節入手，逐個部件進行深入細致的研究，通過開展充分調研、進行技術攻關、加強工藝執行、創新管理手段，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。

參考文獻：

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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）