神华铁路货车轮轴检修问题分析
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【摘 要】对神华铁路轮轴使用过程中存在的问题，从车轮使用寿命、轴承失效、车轴探伤、5T联网等方面分析了原因，提出了进行车轮寿命综合研究、提高轴承运行可靠性、加强对轮轴探伤工作的指导、加快5T设备综合联网进程等措施，从而有效的解决现存的问题。
【关键词】神华;铁路;轮轴;分析
1.引言
轮轴是铁道货车走行部的关键部件，其检修质量对行车安全有着直接影响。神华铁路货车公司是目前国内最大的铁路自备货车专业化管理公司，截至2018年底，管理铁路自备货车50055辆，由于神华铁路线路复杂、运行密度大、开行万吨列车等多方面因素，在轮轴检修、运用过程中暴露出一系列的问题，必须引起高度重视，对下一步神华铁路货车状态修的开展必将起到关键性作用。
2.现存问题
2.1车轮使用寿命短
2.1.1车轮材质有待于进一步改进
车轮提速改造更新换代，是为了铁路货车提速重载发展需要，车辆重载使得轴重增加，相对应的轮轨接触应力增加，接触区面积增加，接触疲劳失效及磨耗量也随之增加，在车輪尺寸及重量改变的同时，急需在材质上进行革命，方能适应检修形势需要，目前铁路货车轮大部分使用的材质是CL60型辗钢车轮及ZL-B型铸钢车轮，这种钢种的车轮通过检修运用现场观察在车轮强度、耐磨性及抗热裂性方面尚有不完善之处，未能实现车轮踏面的均匀磨耗，在与钢轨的硬度匹配上需进一步改进。
2.1.2车轮运行过程中踏面各部磨耗较为严重
据统计，目前神华铁路货车车轮大概1.5年左右即进入车轮踏面故障高发期，大量车轮运用磨耗过限，这对于定检周期长的车型及车辆状态修工作的开展是一个瓶颈问题，以C80货车上装用的RE2B型轮轴为例，段修时轮对旋修比例为80%左右，主要原因为圆周磨耗过限、踏面剥离、踏面局部凹陷和轮径差超限。主要原因分析为：两万吨列车编组长度加长，导致列车制动时制动距离和时间延长，闸瓦与车轮的粘着摩擦时间延长、摩擦作用力增大，闸瓦表面与车轮踏面圆周的在制动过程中，闸瓦表面与车轮踏面圆周的磨耗也必然相对增加，势必增大了车轮踏面圆周的磨损;部分车辆制动缓解不良，致使车辆长期带闸运行，闸瓦与车辆踏面长时间磨损，轮对沿钢轨长距离滑行，产生滑动摩擦力导致车轮踏面圆周磨耗和局部凹陷;列车在长大下坡道运行时，车辆在频繁制动过程中产生的绝大多数热负荷被车轮踏面吸收，车轮踏面圆周反复承受加热-冷却-再加热-再冷却的物理过程，致使车轮踏面圆周极易产生疲劳裂纹而形成逐层脱落，最终导致踏面圆周磨耗和剥离;因集团公司线路调头站点少，车辆长期单向往复运行，造成大量轮对左右侧车轮轮径差超限。
2.1.3车轮存在内部缺陷
通过检修现场外观检查及车轮旋修时观察，发现大量车轮存在内部缺陷，主要为车轮轮辋深度裂纹及车轮踏面热裂纹，这些裂纹在外观检查时很难被发现，但在旋修过程中，随着吃刀量的加大，会逐渐暴露出来，且越来越向深处发展，有的直至轮辋过限，个别车轮内部还会出现大面积夹层、缺损现象，主要原因为车轮接触面下一定深度范围（一般在轮轨接触面下15～20mm左右）处，存在较大尺寸的链状夹杂物，由于夹杂物与车轮母材之间的弹性性能和热性能间存在差异，所以在轮轨接触应力作用下以及冷却过程中造成非均匀的应力场，比周围母材承受较大载荷，从而使夹杂物附近的应力降低。同时夹杂物与周围母材的热障系数不同导致收缩速度快慢不一，在母材和夹杂物交界处产生拉应力。在轮轨接触应力作用下，首先在夹杂物极点处产生应力集中，造成夹杂物与母材脱开或是使结合紧密的夹杂物本身破碎，从而形成空穴，而后在继续加载的过程中，应力集中程度更大并会在此处产生裂纹，列车运行速度越快，裂纹扩展也将越快。踏面制动热裂纹是由于制动时闸瓦接触造成的热损伤，制动时闸瓦摩擦接触条件不良及制动系统作用不良，均会使车轮踏面局部承受较高的热载荷作用，随着温度循环往复的升高和降低，使其耐高温性能下降形成热疲劳，最终导致踏面受热区域萌生裂纹。这两种裂纹形式，若发现不及时，很可能引起崩轮、脱轨等恶性行车事故的发生，危及列车行车安全。
2.2轴承早期失效严重
2.2.1轴承剥离失效现象普遍
统计分析表明，正常条件下，滚动轴承的失效形式多为疲劳破坏，约占失效总数的70%以上。神华铁路轴承使用条件苛刻，轴承损伤屡有发生。我国铁路滚动轴承的伤损可分为7种类型，形式多样，原因错综复杂。其中最主要的就是剥离损伤，剥离是零件表面在高接触应力循环作用下产生金属片状或块状剥离的现象，剥离产生部位是轴承内、外圈滚道面和滚子滚动面，滚动轴承实际工作中，滚动体和内圈（或外圈）承受交变负荷，由于接触面积很小，因此接触应力很大，在较高转速、巨大交变接触应力多次反复作用下，金属将发生接触疲劳，表面局部剥离，接触疲劳与一般疲劳一样，也有裂纹形成和扩展两个阶段。裂纹形成是金属局部反复塑性变形的结果，取决于滚动接触机件中最大综合切应力与材料屈服强度的相对关系，根据最大综合切应力的分布和材料强度分布的相互比较，可以决定裂纹产生的位置和接触疲劳类型，分为麻点剥离（点蚀）、浅层剥离和深层剥离（表面压碎）三种类型，这几种剥离形式在检修生产过程中经常发生，且大部分是在轮轴三级修时发现，运行时间或里程均未达到设计使用时间，沿线各种监测设备很难发现此类故障，所以故障累积到一定程度后，极易引发较为严重的行车安全事故。
2.2.2运行里程无法测算
《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》规定，当轴承达到规定的时间及运行里程时应进行相应的检修或报废，但由于轴承的运行里程按目前的手段无法进行有效测算，导致这条规定执行效果不理想，大部分检修单位是按年限执行，神华铁路系统由于大部分管内货车运行较为频繁，前期按运行里程进行执行，测算的方法是按一年等于20万公里进行折合，推算出实际的使用里程数，进行轴承使用寿命判定，但由于运输频率受煤炭市场波动影响，后期又取消了里程修相关规定改为按年限进行检修，但现在煤炭市场又有所复苏，运行频率又明显增快，由于轴承检修周期较长，工艺的频繁变动较容易造成轴承使用寿命测算的紊乱，造成轴承超期服役或成本浪费。 2.2.3轴承附件问题
在轴承检修过程中，经常发现轴承附件存在大量故障影响行车安全的现象，主要有轴承密封罩或油封松动、后档松动、油脂缺少、前盖磕碰伤等故障，据统计此类故障占轴承检修故障的30%左右，严重影响轴承的正常使用，如不加以高度重视，极易引发热轴、轴承运行品质变差等现象，严重者还有可能发生行车事故。主要原因有轴承制造时存在工艺执行不彻底、质量把关不严现象，如油封与密封罩过盈量选配不足，油脂加注不符合要求等;运行过程中机械损伤，如碰伤轴承前盖、油封现象;厂、段修时工艺标准执行不到位，如后档不经选配即随机进行压装造成松动，继而与轴承或防尘板座产生磨擦等。
2.3轮轴超声波探伤标准不统一
新版《铁路货车轮轴检修规程》实施后，对轮轴各部超声波探伤提出一些新标准，新变化，包括新的试块使用方法、新的探头角度、灵敏度确定方法与质量判定标准、新的B/C型显示轮轴自动超声波探伤技术、明确了车轴轴向大裂纹定义等，给检修单位很大的自主空间，实施后神华铁路各维修分公司均进行了认真的学习、贯彻，但由于各自的探伤设备不同、技术标准不统一，探伤工素质不齐等因素，造成各分公司对探伤标准的理解存在较大差异，如不加以规范统一，给各分公司检修工艺管理和探伤质量结果确认增加一定难度。
2.4 5T联网工作不到位
遍布神華铁路沿线的5t设备对神华铁路的运行安全起到关键性的作用，大量的行车设备故障被及时的发现与处理，弥补了人工作业的不足之处，但现有5T系统在综合联网方面尚存在不足之处，主要表现在运用故障数据不能与检修系统相互协调、相互提示，比较理想的模式为车辆厂、段修时，施修前，施修人员即可在检修系统上看到施修车辆在运用过程中预报处理过哪些主要故障，现场确认处理是否到位，是否需要在厂、段修时重点给予加修;厂、段修过程中处理过的主要故障通过货车检修信息管理系统与货车安防管理系统关联，使得沿线运用部门能够看到检修的主要故障信息，从而加以严密防范。
3.措施及建议
3.1进行车轮寿命综合型试验研究
进行大量的现场调研基础上，制定专门的课题，对车轮的材质、外观尺寸、检修周期配套性进行系统研究，找到最佳结合点，比如现已开始推广使用的CL70材质的辗钢车轮比现装用的CL60材质的辗钢车轮圆周磨耗量同比减少了30%，车轮的剖面磨耗面积同比减少了32%，建议神华尽快推广使用。同时应结合神华铁路特点与有关车轮设计、生产部门一道研制适合神华线路重载普速铁路货车运行的车轮。
结合现在正在推行的车辆状态修课题研究，根据车轮运用磨耗规律，合理确定车辆整备修内容、时间、节点，利用整备作业将车轮故障进行及时、有效的处理。
3.2提高轴承运行可靠性
3.2.1制定科学合理的轴承检修体制
根据神华铁路线路车辆运行实际情况，制定科学的轴承里程测算办法，准确统计轴承使用里程，指导车辆厂段修时轴承外观检查作业，确保轴承可靠运行。
3.2.2进行轴承材质攻关
收集缺陷轴承，进行专门的化验分析，得出较为科学、准确的结论，将有关研究结果反馈给有关生产厂家、科研院所，从而进一步提升轴承的制造质量，有效的解决由于轴承材质及制造过程失控导致缺陷造成的早期失效问题。
3.2.3加强检修质量及运行监控
通过配置先进设备，加强轮轴检修质量和运行监控管理等手段，提高轮轴故障及时发现和处理的能力，确保车辆高效安全运行。
利用TADS系统中的声学传感器阵列与自适应技术、故障诊断与智能识别技术研发技术先进、经济合理、适合段修作业区域的轴承故障诊断设备，利用设备进行自动化检测，进一步加强故障诊断准确率。同时在运用中加强对滚动轴承故障轨边声学诊断及轴温探测，增强系统的稳定性、可靠性及安全性。
3.2.4减少不必要人为质量失控
在轴承制造和检修过程中，加强工艺标准落实，严格卡控产品质量，杜绝组装不合格轴承出厂和压装不合格轮轴装车，提高车辆运行安全性。
加强车辆运用沿线的爱车宣传工作，减少装卸车作业导致的轮轴关键部位损伤。
3.3加强对轮轴探伤工作的指导
3.3.1进行轮轴探伤工艺探讨，统一技术标准
针对新《铁路货车轮轴组装检修及管理规则》规定的新的探伤工艺方法进行广泛调研，召开专门的研讨会，统一探伤方案。例如试块轴颈根部（卸荷槽部位）在灵敏度验证缺陷的基础上增加扫查范围验证缺陷。既能进行灵敏度验证，又能对小角度探头的扫查范围进行验证，同时对小角度手工探伤作业扫查方法是否正确进行验证。
3.3.2推广使用性能可靠，技术先进的探伤设备
技术先进的超声相控阵技术，相比传统超声检测技术，优势在于①用单轴扇形扫查替代栅格形扫查可提高检测速度，②不移动探头或尽量少移动探头可扫查厚大工件和形状复杂工件的各区域，成为解决可达性差和空间限制问题的有效手段，③通常不需要复杂的扫查装置，不需要更换探头就可实现整个体积或所关心区域的多角度多方向扫查，④优化控制焦柱长度、焦点尺寸和声束方向，在分辨力、信噪比、缺陷检出率等方面具有一定的优越性。目前该技术在部分检修单位通过试运行取得较好效果，应尽快推广使用。
3.3.3积累探伤故障轮对，定期组织交流，提升裂纹发现经验
轮轴探伤是一项对工作经验要求较高的工作，在检修过程中经常出现大量判定有疑问的故障轮轴，在部分检修单位无法及时得知判定结果的真实性，应建立一种故障反馈、协调机制，积累故障轮对，在轮轴四级修时及时验证探伤结果，定期反馈判定结果，经常召开技术交流会，对探伤发现的故障轮轴进行研讨，提高检修经验。
3.4加快5T设备综合联网进程
尽快联合相关厂家，加快5T设备互联工作，确保信息能够及时共享，在轮轴检修前，工作者能够在信息系统内方便的查询到沿线运用部门发现、处理过哪些故障，是否存在踏面缺陷、是否预报过热轴等信息，以确定是否进行重点加修，使多个信息系统既相互独立，又相互关联，力争达到在各部门查询时，可一次性查询到轮轴从组装、运行、检修各阶段的主要故障数据，随时跟踪故障轮轴，确定加修时间、处理方法，为状态修工作的顺利开展奠定基础。
4.结束语
轮轴检修工作对于神华铁路的运行安全至关重要，需要我们从细节入手，逐个部件进行深入细致的研究，通过开展充分调研、进行技术攻关、加强工艺执行、创新管理手段，必将能收到实效，从而进一步提高轮轴检修管理水平，确保轮轴运行安全可靠。
参考文献：
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作者简介：
范文明（1972—），男，高级工程师。E-mail：fanwenming1972@163.com
（作者单位：神华铁路货车运输有限责任公司检修管理部）
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