鐵路貨車常見故障與檢測技術(shù)探析

于天明

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展對鐵路貨運(yùn)的需求日益增強(qiáng)，為提高運(yùn)輸能力，貨物列車不斷提速并加大載重。然而，伴隨著運(yùn)行速度的提高和載重的加大，貨車故障也在不斷增加，嚴(yán)重威脅車輛運(yùn)行安全，同時(shí)也制約了鐵路貨運(yùn)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(fā)因素和對運(yùn)行安全的影響原因，并介紹了先進(jìn)的無損非接觸式探測方法，對保障鐵路貨運(yùn)安全，提高鐵路貨運(yùn)能力提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路貨車；故障；檢測

中圖分類號(hào)：U270.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）04-0076-01

1 引言

鐵路是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動(dòng)脈，是衡量一個(gè)國家發(fā)展水平的重要標(biāo)志。其中鐵路貨運(yùn)更是重中之重，被譽(yù)為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的助推器。我國鐵路發(fā)展迅猛，鐵路貨運(yùn)不斷向大載重、高運(yùn)行速度方向發(fā)展[1]。與此同時(shí)，鐵路貨車在高轉(zhuǎn)速大載重情況下容易發(fā)生故障，既威脅著貨車和人員的安全，又嚴(yán)重制約了鐵路貨運(yùn)效能的發(fā)揮。因此深入研究鐵路貨車的典型故障模式，分析故障機(jī)理，探究有效的解決方案和預(yù)測方法至關(guān)重要，對提高鐵路貨運(yùn)的安全性，滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)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(yùn)行的特殊性，多數(shù)故障集中在輪對、輪軸、車鉤等方面，分析典型故障發(fā)生機(jī)理和表現(xiàn)形式，為科學(xué)預(yù)防，合理規(guī)劃提供支撐。因?yàn)檩唽κ氰F路貨車車輛最重要的承重部件，且運(yùn)行速度快、運(yùn)行環(huán)境惡劣等因素，輪對是鐵路貨運(yùn)車輛故障較高且危害較大的部件，研究貨運(yùn)車輛安全性首先就要對這個(gè)最重要的因素加以闡述。輪對的典型故障模式可通過統(tǒng)計(jì)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(yùn)行過程中產(chǎn)生大量熱量聚集，由于溫度梯度導(dǎo)致的表面裂紋情況。因此，監(jiān)測運(yùn)行過程中踏面表面溫度和溫度梯度是是檢測環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)。踏面磨損故障指的是非正常磨耗情況，與運(yùn)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(fā)生偏移引起，輪對偏向?qū)е履硞?cè)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(zhuǎn)向架變形，運(yùn)行方向長期不變，轉(zhuǎn)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(dǎo)致的極速磨損有關(guān)。及時(shí)細(xì)致的檢查踏面和輪緣的磨損情況是保障運(yùn)行安全，避免車輛攜帶隱患運(yùn)行的重要措施。

軸徑故障多數(shù)與過大的運(yùn)行速度和載重量有關(guān)，導(dǎo)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(yùn)行、不當(dāng)維護(hù)等，軸頸出現(xiàn)較大裂紋或較大變形。與此同時(shí)，關(guān)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(fā)的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)；異物卡滯包括潤滑不足導(dǎo)致的軸身點(diǎn)狀或條狀剝離，剝離碎屑在運(yùn)行過程中二次傷害其他部位，加速磨損速度，同時(shí)，在軸身承受較高的交變應(yīng)力和沖擊應(yīng)力時(shí)可能引起軸承變形，如滾動(dòng)部件變形造成異物卡滯等等。

輻板孔故障多數(shù)是由于頻繁裝卸導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋的情況，出現(xiàn)這種故障的原因同樣是由于貨運(yùn)車輛未能滿足不斷提高的運(yùn)行速度和承重重量。及時(shí)更換與貨運(yùn)需求相匹配的貨運(yùn)車輛，降低輻板孔的疲勞積累是提高貨運(yùn)能力的有效方法之一。輻板孔裂紋故障的誘發(fā)因素很多，主要可以概括為兩個(gè)方面，即生產(chǎn)工藝不符合標(biāo)準(zhǔn)要求和運(yùn)行過程中的不當(dāng)使用。此外，異物卡滯也是另一個(gè)重要原因，可引發(fā)輻板孔出現(xiàn)不正常的應(yīng)力集中現(xiàn)象，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理萌發(fā)出的局部微小裂紋，一旦裂紋擴(kuò)展加大，將嚴(yán)重威脅行車安全。針對這些典型故障，在檢測過程中必須細(xì)致認(rèn)真的跟蹤觀察相關(guān)參數(shù)變化范圍，認(rèn)真定位故障，判斷裂紋萌生和發(fā)展趨勢，合理安排調(diào)度，兼顧保障貨車使用經(jīng)濟(jì)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?yàn)楣ぷ麝P(guān)鍵惡劣是常常發(fā)生故障的關(guān)鍵部位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國鐵路貨運(yùn)車輛的車鉤舌每天生產(chǎn)和檢修量已超過1萬個(gè)。鉤舌的磨損、裂紋等均可能在收到劇烈沖擊的情況下發(fā)生斷裂，嚴(yán)重威脅運(yùn)行安全，因此也是日常檢測維護(hù)中的重點(diǎn)部位。當(dāng)前，針對人工目視檢查效率地下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、精度無法保證等問題，自動(dòng)先進(jìn)的無損檢測發(fā)展迅猛。

3 先進(jìn)檢測技術(shù)

預(yù)防事故，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)是保障安全運(yùn)行，提高運(yùn)輸效率的核心，將所有安全隱患及時(shí)檢測出，并安全排除故障是至關(guān)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(tǒng)檢測技術(shù)，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)通常是在線檢測，這類檢測方法數(shù)據(jù)全面，檢測結(jié)果真實(shí)可信，但往往需要大量時(shí)間和人力，如一般的鉤舌自重達(dá)40公斤，檢測項(xiàng)目多且量大，采用傳統(tǒng)檢測方法，效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度巨大，嚴(yán)重制約檢測進(jìn)度，無法滿足當(dāng)前的檢測需求，往往部分車輛未經(jīng)細(xì)致周密的檢查而存在隱患運(yùn)行，不但有造成事故的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)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(chǔ)上發(fā)展起來的，它是通過攜帶的多種傳感器檢測部分幾何參數(shù)，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(shù)數(shù)量有限，不能實(shí)現(xiàn)完整的全自動(dòng)化的測量，因?yàn)榫邆浔銛y的突出特點(diǎn)，因此在進(jìn)行綜合檢查的間隙，對可能存在故障的危險(xiǎn)性較高的部位進(jìn)行檢查，是非常方便和受歡迎的，也是滿足定時(shí)與非定時(shí)檢查的要求之一，具備及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)處理故障，保障不帶隱患運(yùn)行的要求。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，非接觸式的先進(jìn)測量方法快速發(fā)展，為提高檢測效率，降低檢測時(shí)間，提高檢測質(zhì)量，采用先進(jìn)檢測技術(shù)是不二的選擇[6]。CCD技術(shù)，激光傳感技術(shù)，光感檢測傳感檢測技術(shù)等發(fā)展較快，新興的高效檢測技術(shù)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(shí)現(xiàn)在線測量工作，較傳統(tǒng)的接觸式全面自動(dòng)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(qiáng)的特點(diǎn)，需要強(qiáng)調(diào)的是，該技術(shù)可對多種車輛進(jìn)行檢測，不但能夠節(jié)省大量時(shí)間，提高檢測效率，同時(shí)也降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高總體運(yùn)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(shí)，提升技術(shù)檢測效率，縮短檢測時(shí)間，提高車輛周轉(zhuǎn)速度和使用率，將進(jìn)一步提高貨車運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，為保障鐵路貨車安全高效運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

4 結(jié)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(fā)因素和故障表現(xiàn)形式，提出了故障檢測和改進(jìn)的建議方法，大力推行先進(jìn)的無損非接觸式先進(jìn)檢測技術(shù)，不但能節(jié)約成本，提高運(yùn)能，更能保證安全性和經(jīng)濟(jì)性。鐵路貨運(yùn)車輛運(yùn)行環(huán)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(shí)，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求仍然在不斷增長，一帶一路戰(zhàn)略的實(shí)施更要求我國鐵路要不斷提高運(yùn)行速度、加大貨運(yùn)載重，為有效緩解需求與能力見的矛盾，加強(qiáng)工藝水平，規(guī)范檢查程序，提高總體規(guī)劃調(diào)度能力，尋求科學(xué)規(guī)范的管理運(yùn)行體制，普及運(yùn)用高新檢測技術(shù)，是保障我國鐵路貨車運(yùn)行安全的重要抓手，是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的重要舉措。

參考文獻(xiàn)

[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(jī)械工程學(xué)報(bào)，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(shù)企業(yè)，2015，（08）：114-115.

[3]李景泉，劉繼.車輪踏面擦傷自動(dòng)檢測方法的研究和試驗(yàn)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，（4）：473-475.

[4]陳寧寧，滕永平，王科.機(jī)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(shù)在鐵路貨車車鉤、鉤尾框上的應(yīng)用[J].鐵道機(jī)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(shí)別算法[J].中國鐵道科學(xué)，2016，（9）：102-107.