【摘 ?要】對(duì)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(jìn)行車輪壽命綜合研究、提高軸承運(yùn)行可靠性、加強(qiáng)對(duì)輪軸探傷工作的指導(dǎo)、加快5T設(shè)備綜合聯(lián)網(wǎng)進(jìn)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(duì)行車安全有著直接影響。神華鐵路貨車公司是目前國(guó)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(yùn)行密度大、開行萬噸列車等多方面因素，在輪軸檢修、運(yùn)用過程中暴露出一系列的問題，必須引起高度重視，對(duì)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(jìn)一步改進(jìn)

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(duì)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(shí)，急需在材質(zhì)上進(jìn)行革命，方能適應(yīng)檢修形勢(shì)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(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)觀察在車輪強(qiáng)度、耐磨性及抗熱裂性方面尚有不完善之處，未能實(shí)現(xiàn)車輪踏面的均勻磨耗，在與鋼軌的硬度匹配上需進(jìn)一步改進(jìn)。

2.1.2車輪運(yùn)行過程中踏面各部磨耗較為嚴(yán)重

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前神華鐵路貨車車輪大概1.5年左右即進(jìn)入車輪踏面故障高發(fā)期，大量車輪運(yùn)用磨耗過限，這對(duì)于定檢周期長(zhǎng)的車型及車輛狀態(tài)修工作的開展是一個(gè)瓶頸問題，以C80貨車上裝用的RE2B型輪軸為例，段修時(shí)輪對(duì)旋修比例為80%左右，主要原因?yàn)閳A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(zhǎng)度加長(zhǎng)，導(dǎo)致列車制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離和時(shí)間延長(zhǎng)，閘瓦與車輪的粘著摩擦?xí)r間延長(zhǎng)、摩擦作用力增大，閘瓦表面與車輪踏面圓周的在制動(dòng)過程中，閘瓦表面與車輪踏面圓周的磨耗也必然相對(duì)增加，勢(shì)必增大了車輪踏面圓周的磨損;部分車輛制動(dòng)緩解不良，致使車輛長(zhǎng)期帶閘運(yùn)行，閘瓦與車輛踏面長(zhǎng)時(shí)間磨損，輪對(duì)沿鋼軌長(zhǎng)距離滑行，產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力導(dǎo)致車輪踏面圓周磨耗和局部凹陷;列車在長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行時(shí)，車輛在頻繁制動(dòng)過程中產(chǎn)生的絕大多數(shù)熱負(fù)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(tuán)公司線路調(diào)頭站點(diǎn)少，車輛長(zhǎng)期單向往復(fù)運(yùn)行，造成大量輪對(duì)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(chǎng)外觀檢查及車輪旋修時(shí)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(shí)很難被發(fā)現(xiàn)，但在旋修過程中，隨著吃刀量的加大，會(huì)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(gè)別車輪內(nèi)部還會(huì)出現(xiàn)大面積夾層、缺損現(xiàn)象，主要原因?yàn)檐囕喗佑|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?yuàn)A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(chǎng)，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(shí)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(diǎn)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(huì)在此處產(chǎn)生裂紋，列車運(yùn)行速度越快，裂紋擴(kuò)展也將越快。踏面制動(dòng)熱裂紋是由于制動(dòng)時(shí)閘瓦接觸造成的熱損傷，制動(dòng)時(shí)閘瓦摩擦接觸條件不良及制動(dòng)系統(tǒng)作用不良，均會(huì)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(shí)，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(yán)重

2.2.1軸承剝離失效現(xiàn)象普遍

統(tǒng)計(jì)分析表明，正常條件下，滾動(dòng)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(guó)鐵路滾動(dòng)軸承的傷損可分為7種類型，形式多樣，原因錯(cuò)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(dòng)面，滾動(dòng)軸承實(shí)際工作中，滾動(dòng)體和內(nèi)圈（或外圈）承受交變負(fù)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(kuò)展兩個(gè)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(dòng)接觸機(jī)件中最大綜合切應(yīng)力與材料屈服強(qiáng)度的相對(duì)關(guān)系，根據(jù)最大綜合切應(yīng)力的分布和材料強(qiáng)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(diǎn)剝離（點(diǎn)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(jí)修時(shí)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行時(shí)間或里程均未達(dá)到設(shè)計(jì)使用時(shí)間，沿線各種監(jiān)測(cè)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(yán)重的行車安全事故。

2.2.2運(yùn)行里程無法測(cè)算

《鐵路貨車輪軸組裝檢修及管理規(guī)則》規(guī)定，當(dāng)軸承達(dá)到規(guī)定的時(shí)間及運(yùn)行里程時(shí)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的檢修或報(bào)廢，但由于軸承的運(yùn)行里程按目前的手段無法進(jìn)行有效測(cè)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(yùn)行較為頻繁，前期按運(yùn)行里程進(jìn)行執(zhí)行，測(cè)算的方法是按一年等于20萬公里進(jìn)行折合，推算出實(shí)際的使用里程數(shù)，進(jìn)行軸承使用壽命判定，但由于運(yùn)輸頻率受煤炭市場(chǎng)波動(dòng)影響，后期又取消了里程修相關(guān)規(guī)定改為按年限進(jìn)行檢修，但現(xiàn)在煤炭市場(chǎng)又有所復(fù)蘇，運(yùn)行頻率又明顯增快，由于軸承檢修周期較長(zhǎng)，工藝的頻繁變動(dòng)較容易造成軸承使用壽命測(cè)算的紊亂，造成軸承超期服役或成本浪費(fèi)。

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(dòng)、后檔松動(dòng)、油脂缺少、前蓋磕碰傷等故障，據(jù)統(tǒng)計(jì)此類故障占軸承檢修故障的30%左右，嚴(yán)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(yùn)行品質(zhì)變差等現(xiàn)象，嚴(yán)重者還有可能發(fā)生行車事故。主要原因有軸承制造時(shí)存在工藝執(zhí)行不徹底、質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)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(yùn)行過程中機(jī)械損傷，如碰傷軸承前蓋、油封現(xiàn)象;廠、段修時(shí)工藝標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，如后檔不經(jīng)選配即隨機(jī)進(jìn)行壓裝造成松動(dòng)，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(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

新版《鐵路貨車輪軸檢修規(guī)程》實(shí)施后，對(duì)輪軸各部超聲波探傷提出一些新標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)、新的B/C型顯示輪軸自動(dòng)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(shí)施后神華鐵路各維修分公司均進(jìn)行了認(rèn)真的學(xué)習(xí)、貫徹，但由于各自的探傷設(shè)備不同、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，探傷工素質(zhì)不齊等因素，造成各分公司對(duì)探傷標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(duì)神華鐵路的運(yùn)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(shí)的發(fā)現(xiàn)與處理，彌補(bǔ)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(yùn)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(shí)，施修前，施修人員即可在檢修系統(tǒng)上看到施修車輛在運(yùn)用過程中預(yù)報(bào)處理過哪些主要故障，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)處理是否到位，是否需要在廠、段修時(shí)重點(diǎn)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(yùn)用部門能夠看到檢修的主要故障信息，從而加以嚴(yán)密防范。

3.措施及建議

3.1進(jìn)行車輪壽命綜合型試驗(yàn)研究

進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上，制定專門的課題，對(duì)車輪的材質(zhì)、外觀尺寸、檢修周期配套性進(jìn)行系統(tǒng)研究，找到最佳結(jié)合點(diǎn)，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(shí)應(yīng)結(jié)合神華鐵路特點(diǎn)與有關(guān)車輪設(shè)計(jì)、生產(chǎn)部門一道研制適合神華線路重載普速鐵路貨車運(yùn)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(yùn)用磨耗規(guī)律，合理確定車輛整備修內(nèi)容、時(shí)間、節(jié)點(diǎn)，利用整備作業(yè)將車輪故障進(jìn)行及時(shí)、有效的處理。

3.2提高軸承運(yùn)行可靠性

3.2.1制定科學(xué)合理的軸承檢修體制

根據(jù)神華鐵路線路車輛運(yùn)行實(shí)際情況，制定科學(xué)的軸承里程測(cè)算辦法，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)軸承使用里程，指導(dǎo)車輛廠段修時(shí)軸承外觀檢查作業(yè)，確保軸承可靠運(yùn)行。

3.2.2進(jìn)行軸承材質(zhì)攻關(guān)

收集缺陷軸承，進(jìn)行專門的化驗(yàn)分析，得出較為科學(xué)、準(zhǔn)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(jìn)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(qiáng)檢修質(zhì)量及運(yùn)行監(jiān)控

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

利用TADS系統(tǒng)中的聲學(xué)傳感器陣列與自適應(yīng)技術(shù)、故障診斷與智能識(shí)別技術(shù)研發(fā)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)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(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)，進(jìn)一步加強(qiáng)故障診斷準(zhǔn)確率。同時(shí)在運(yùn)用中加強(qiáng)對(duì)滾動(dòng)軸承故障軌邊聲學(xué)診斷及軸溫探測(cè)，增強(qiáng)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(qiáng)工藝標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)，嚴(yán)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(yùn)行安全性。

加強(qiáng)車輛運(yùn)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(qiáng)對(duì)輪軸探傷工作的指導(dǎo)

3.3.1進(jìn)行輪軸探傷工藝探討，統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)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(jìn)行廣泛調(diào)研，召開專門的研討會(huì)，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(yàn)證缺陷的基礎(chǔ)上增加掃查范圍驗(yàn)證缺陷。既能進(jìn)行靈敏度驗(yàn)證，又能對(duì)小角度探頭的掃查范圍進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)小角度手工探傷作業(yè)掃查方法是否正確進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3.2推廣使用性能可靠，技術(shù)先進(jìn)的探傷設(shè)備

技術(shù)先進(jìn)的超聲相控陣技術(shù)，相比傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于①用單軸扇形掃查替代柵格形掃查可提高檢測(cè)速度，②不移動(dòng)探頭或盡量少移動(dòng)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(dá)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(zhǎng)度、焦點(diǎn)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(yùn)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(duì)，定期組織交流，提升裂紋發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)

輪軸探傷是一項(xiàng)對(duì)工作經(jīng)驗(yàn)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(shí)得知判定結(jié)果的真實(shí)性，應(yīng)建立一種故障反饋、協(xié)調(diào)機(jī)制，積累故障輪對(duì)，在輪軸四級(jí)修時(shí)及時(shí)驗(yàn)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(huì)，對(duì)探傷發(fā)現(xiàn)的故障輪軸進(jìn)行研討，提高檢修經(jīng)驗(yàn)。

3.4加快5T設(shè)備綜合聯(lián)網(wǎng)進(jìn)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(shí)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(yùn)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(bào)過熱軸等信息，以確定是否進(jìn)行重點(diǎn)加修，使多個(gè)信息系統(tǒng)既相互獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)，力爭(zhēng)達(dá)到在各部門查詢時(shí)，可一次性查詢到輪軸從組裝、運(yùn)行、檢修各階段的主要故障數(shù)據(jù)，隨時(shí)跟蹤故障輪軸，確定加修時(shí)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(duì)于神華鐵路的運(yùn)行安全至關(guān)重要，需要我們從細(xì)節(jié)入手，逐個(gè)部件進(jìn)行深入細(xì)致的研究，通過開展充分調(diào)研、進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)、加強(qiáng)工藝執(zhí)行、創(chuàng)新管理手段，必將能收到實(shí)效，從而進(jìn)一步提高輪軸檢修管理水平，確保輪軸運(yùn)行安全可靠。

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作者簡(jiǎn)介：

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

（作者單位：神華鐵路貨車運(yùn)輸有限責(zé)任公司檢修管理部）