[发明专利]一种识别视在热分格冲击的车轮故障诊断与故障防范方法

说明书

一种识别视在热分格冲击的车轮故障诊断与故障防范方法，在车轮运行中实施对热分格及视在热分格冲击监测、报警、提请适时维修，及时防止热分格分化为视在热分格裂纹向轮芯深入或继续扩展为多边形失圆，不仅防止了车轮因此导致的事故，也通过及时消除损伤、防止快速扩展而延长车轮的使用寿命，防止了车轮视在热分格及其扩展的多边形失圆冲击对相邻部件的危害；在当前还未能实现车轮制造工艺优化以消除或减少热分格冲击内因的现实下，还通过实施监测诊断，发现簧下非线性广义共振，提出改变行车车速的行车控制建议，回避热分格冲击引起的簧下非线性广义共振，回避热分格分化为固化视在热分格的条件，而延迟了出现固化视在热分格及多边形失圆的时间。

技术领域

本发明属于轨道交通车辆车轮安全监测、保护与可靠性设计技术领域，具体涉及一种识别视在热分格冲击的车轮故障诊断与故障防范方法。

背景技术

轨道交通的钢制车轮，分为铸钢车轮和碾钢车轮。铸钢车轮是用冶炼得到的钢水直接在铸模内铸造成型而得到的，碾钢车轮则是将铸造得到的轮胚在模具中经过碾压成型而得到的。这两类车轮的基本材料都是钢水冷却形成的铸件。由于从钢水冷凝为铸件的过程中，将发生结晶—同类物质凝结为晶体，而将杂质挤向晶体之间的晶格，以致铸件是由大量的晶体集合组成的；而简单的碾压成型工艺并没有明显改变碾钢车轮中的晶体和晶格分布及形貌。

随着轨道交通的快速发展，车轮出现了供不应求的状态。于是，提高生产出品率成为车轮制造厂的首要努力方向。例如，文献《火车车轮成形新工艺的开发研究》(塑性工程学报)说：现俄国近年新建车轮成形生产线的工艺流程为，钢坯先在三台水压机上，经镦粗、环内镦粗、压痕和模锻四个工步锻压成锻件，再在轧机上扩径，最后在一台水压机上冲孔、压弯和校正。生产率最高时达每小时120个。日、德、英、美等国家所采用的车轮成形工艺流程为，钢锭制成的坯料先在同一台水压机上经预锻和模锻两个工步锻压成锻件，经轧制扩径，后在另一台水压机上冲孔和压弯。生产率每小时80个。我国现行火车车轮的生产线是60年代引进前苏联技术建造的。钢锭折断下料的钢坯，经加热后先在一台30MN的水压机上用自由镦粗、环内镦粗和压痕三个工步制坯，再在80MN水压机上模锻成形，然后在轧机上轧制扩径，并在另一台30MN水压机上冲孔和压弯，生产率每小时80个。

由此带来的问题是，车轮铸胚的组织出现晶粒粗大、酥松、偏析、裂纹。以致不得不提出新的技术来解决此类问题。例如文献《马钢第一钢轧总厂车轮钢冶炼工艺过程简介》中指出：M-EMS对铸胚组织的控制技术，合理科学的二次冷却方式和冷却制度优化，有效地改善了铸胚的酥松、偏析、裂纹、精粒度细化等问题，有效地提高了等轴晶比率，最高可达72％。而文献《优化工艺参数提高冷吨钢08A等轴晶率》的研究结论指出的提高一次冷却等轴晶率的措施之一则是减少水量，这意味着减小冷却速度。该文的摘要介绍说：“以马钢2#连铸机生产的冷镦钢为研究对象，通过工业实验，分析低倍组织，得到提高等轴晶比率的工艺优化参数。实验结果表明，一次冷却水流量减小了25％，等轴晶率提高了14％；二冷强度减小了18％，等轴晶率提高了22％；增加电磁搅拌强度，减小搅拌频率，提高了等轴晶率，电流为500A，频率为3Hz时等轴晶率达到21％；钢中Als从0.03％增加到0.06％，等轴晶率从0增加为18％”。无疑，上述的质量保障措施，与提高生产效率是相互矛盾的。

当代最新技术的解决措施是，生产晶粒结构高度细化的超级钢，或者单晶钢。微晶钢(超级钢)的开发应用已经成为国际上钢铁领域令人瞩目的研究热点。微晶钢具有其它任何钢材都不具有的优异性能—超强的坚韧性，故被视为钢铁领域的一次重大革命。中国是目前世界上唯一实现超级钢的工业化生产的国家，其它国家的超级钢尚未走出实验室。超级钢是通过各种工艺方法将普通的碳素结构钢的铁素体晶粒细化，进而使其强度有大幅度提高的钢材。超级钢是20世纪90年代末为更好地利用钢铁材料在使用性能上的优势，并进一步改进传统钢铁材料的一些不足，减少材料消耗，降低能耗而研制的新材料，其主要目的在于解决传统钢铁材料在强度、寿命上的不足。同传统钢铁材料相比，超级钢具有高性能、低成本的特点。