转K6型转向架故障分析.docx
《转K6型转向架故障分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转K6型转向架故障分析.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
转K6型转向架故障分析
摘要
密封缓冲装置技术是25t型电动力客车上广泛应用的一项新技术。
与中国铁路现有的15型电动力客车的车钩缓冲装置技术相比,减少了对列车的纵向冲击,提高了列车的乘坐舒适性。
自2004年4月18日起,耦合器连接缓冲器已成功安装在一辆5吨载重的乘用车上。
2006年,青藏铁路客运专线共累计安装青藏铁路运营客车586辆,总装机容量首次超过4000辆。
完成并通过了a4修复程序的实际应用和维护测试。
根据大量的统计数据和实践积累对车钩耦合缓冲系统和装置的实际使用和对维护相关问题进行了深入研究,主要是在结构和基本设计性能参数相同的基础前提下,充分利用传统接触类型耦合缓冲系统和装置的结构模块化和设计的优势,局部对结构进行优化设计或进行全过程优化改进,使传统接触类型的车钩耦合缓冲系统和装置的结构更加合理,更加完美,减少了维护的工作量,满足了旅客列车的日常维护需求。
到目前为止，最早装车的密接式车钩缓冲装置已运用了16年，根据在运用和检修中积累的大量资料和数据，分析了25T型客车密接式车钩缓冲装置在运用中出现的故障及原因，对关键结构及工艺进行了优化，取得了较好的效果。
关键词：
密接式车钩缓冲装置；结构；优化
25T型客车密接式车钩缓冲装置常见故障及处理方法
第1章密接式车钩缓冲装置主要结构
密接式车钩缓冲装置由连挂系统、缓冲系统、安装吊挂系统3个大模块和各类型连接缓冲系统标准件模块组成（结构见图1）。
连接缓冲系统按结构分为两个主要模块:
打开和钩体（示意图）,打开和钩体关闭机制。
缓冲悬挂系统主要分为四个小的模块（参见图3）:
缓冲区（其中包括弹性水泥核心）,外壳,阀瓣弹簧和拉杆（其中包括弹性关节轴承）。
安装缓冲悬挂系统主要分为5个小的模块:
包括安装缓冲悬挂座、吊钩尾销、支架、支撑悬挂弹簧盒、回收支撑弹簧盒（参见图4）。
连接悬挂系统与安装缓冲悬挂系统模块分别采用8m30螺栓与阀体连接。
安装缓冲悬挂系统与安装缓冲悬挂系统模块采用支架和钩尾销螺栓连接。
整机悬挂系统采用4个m38螺栓安装在阀体上。
图1密接式车钩缓冲装置图
图2连挂系统图
图3缓冲系统图
图4安装吊挂系统图
第2章运用中出现的问题及原因分析
2.1支架弯曲和钩尾销断裂
当车辆没有在工厂,发现20集的悬挂系统支架断裂车钩缓冲悬挂装置的弯曲（德国汽车制造厂取代了当时的汽车工厂）,和5架弯曲的钩尾销问题被认为是在发现后不久车辆正式进入准备阶段（当时车辆被钩尾销取代时已经准备好）。
在钩尾销车辆正式投入使用后的3-5个月内,出现了7个钩尾销断裂的问题。
通过钩尾销失效原因分析可以发现,断口装置具有典型的低周疲劳的特征,明显低周疲劳是由意外的操作疲劳引起,形成疲劳源,从而直接导致钩尾销失效（图5）。
图5钩尾销及其断口形貌图
原因分析:
初始断口生产过程使用接触式总线耦合器作为缓冲断口装置,由于新结构耦合和总线耦合器不能直接有效地连接应用到支架和悬挂,加上对用户的技术培训意识不够强,导致了植物和车辆段车辆的在运行过程中把几个支架受到接触型耦合器和15型客车产生耦合误差的直接影响（甚至是悬挂）的现象,导致了支架弯曲、钩尾销疲劳源,并应用于新车尾钩销的支架断裂的现象在不久的将来就会有可能的发生。
2.2支撑弹簧盒脱落或固定螺栓松动
25t型电力客车在运行约1年的行驶时间里,出现了一个支撑固定弹簧螺栓和支座脱落的异常现象。
随后对弹簧箱使用过程中的约1500套联轴器和弹簧箱进行了全面的检查,发现弹簧箱中有几个支撑弹簧箱和支座螺栓的松动。
原因分析:
支持弹簧箱完全在两个m16螺栓之间固定在一起的支架（参见图6）,虽然弹簧箱中有一个可以锁定的垫圈可以锁定,但是经过仔细的检查发现弹簧箱中有几个锁定垫片的折叠和螺母的假,也就是有个别支座螺母不紧,它们的松动会直接导致松螺母,导致弹簧支座螺栓的预紧力不足或消失,螺栓弯曲应力增加,螺栓断裂造成损伤,导致支撑弹簧箱的脱落。
图6支撑弹簧盒图
2.3支撑弹簧盒挡块磨损
a4修复的应用程序后,发现一个车钩挡块的内部支撑弹簧箱已经遭受严重的支柱磨损,和几挡块的高度从原来的1毫米逐渐减少到只有7毫米,所以挡块需要进行补焊或重新更换的比例约为仅占5%。
磨损原因的分析:
当一个车钩挡块垂直方向偏转时,车钩挡块会反复使用压升对一个没有支撑挡块的弹簧箱施力,挡块在偏转时会频繁受到支柱的冲击力。
由于支撑挡块是采用优质热塑性材料制成,焊接稳定性好,长期频繁的支柱冲击会直接导致支撑挡块的变形和严重磨损。
联轴器的支持挡块弹簧箱正常工作的状态见图7。
图7支撑弹簧盒工作状态图
2.4钩腔内部锈蚀严重，钩尾销与轴套间因腐蚀难以拆解
a3型对联轴器进行修复后,部分支撑联轴器的钩腔内部受到腐蚀,运行中受到灰尘的侵入,影响了联轴器的连接与解偶的精度和灵活性。
由于吊钩销与托架套管之间的连接对腐蚀具有附着力,拆装时容易直接刮伤吊钩销的表面。
原因分析:
在一些风沙应用较多的国家和地区,如果发现钩腔内有大量油脂,很容易被钩腔内的沙尘和污垢覆盖,长期的风沙使用会在钩腔内形成大量沙尘和污垢,导致拔钩困难。
为了有效防止此类油脂腐蚀问题的再次发生,本产品在设计中明确规定了在钩腔内必须使用干燥的油脂,但由于位于钩腔的托架套管表面对油脂保护功能的不足,长期的使用后会在风沙和大气的侵袭下腐蚀而生锈。
由于吊钩销与托架套筒的联接处紧密,材料的差异小。
长期使用后,由于各种自然原因的腐蚀会直接引起吊钩销的腐蚀和粘附。
2.5缓冲器碟簧破碎
紧凑型耦合器圆盘式缓冲碟簧破碎装置的圆盘式缓冲碟簧破碎系统中使用了一种圆盘式缓冲器弹簧。
运行1次a3修复后,发现个别支架减震缓冲器的盘簧和钩尾销出现了断裂。
原因分析:
为了有效保证缓冲器列车的骑行和乘坐舒适性,减震缓冲器系统的弹簧采用二级减震刚度结构。
盘式缓冲器弹簧的减震作用主要是为了保证在小地震冲击时的列车骑行舒适性。
由于频繁的弹簧受力运动,一些原本弹簧结构有缺陷或者弹簧润滑不良的弹簧盘式缓冲器弹簧出现断裂。
第3章结构及工艺优化
3.1钩尾销及支架
3.1.1静力分析
车钩的支架是通过一个静力支撑弹簧盒支撑着整套密接式支架承承车钩缓冲器受力装置的全部重量,如果在车辆连挂时支架出现了障碍或发生误操作时,有可能运行时会使支架产生一个比正常的工况向下分力高出很多的向下分力作用于钩尾销的支架;运行时,如连挂前的车钩支架处于抬头的状态,则连挂前支架也可能会同时承受到一个高于正常受力作用的钩尾销压力。
支架钩尾销承受一定压力后,给支架钩尾销位于台阶上过渡处的支架施加弯矩,使钩尾销台阶上过渡截面的支架产生了弯曲应力。
图8为支架钩尾销周围的结构及钩尾销受力模型。
图8钩尾销周围结构及受力模型图
3.1.2抗疲劳分析
为了准确掌握车辆挂钩销的疲劳试验性能,在上述疲劳计算的基础上分别进行了疲劳性能的试验。
分别进行ø44毫米,50mm/ør10mm和ørø60mm/r5mm共有三种疲劳性能试验台的疲劳性能设计方案。
检测支持机构的垂直力和移动载荷在设计和实际操作的过程中,这样可以当一个重新编译过的疲劳关联数据文件在挂钩尾销疲劳试验载荷谱的基础上,目前的车辆移动载荷疲劳数据采集系统测试三次,赢得了一个挂钩尾销弹簧箱上典型的疲劳测试载荷谱曲线（参见图9）,得到最大的钩尾销和弹簧箱垂直力作用于弹簧支架3174kn。
根据目前的线性疲劳试验的结果,钩尾销和弹簧支架的疲劳试验荷载谱设计如下:
第1阶段:
移动载荷从0-8kn进入疲劳循环,加载次数大约为100万次（移动载荷比测得的垂直力大1倍以上,结果相当安全）。
第2阶段:
载荷循环从0到20kn,直到100万次或断裂。
作为一种用于增强疲劳的试验,模拟了钩体的缓冲运动装置在正常的钩击和大幅度冲击运动条件下的疲劳性能。
图9线路试验测得的钩体作用于弹簧盒上的典型曲线图
疲劳试验结果见表1，从试验结果可得出以下结论：
（1）ø44毫米钩尾销的样本已经通过了8kn脉动循环强化周期的测试,疲劳寿命的疲劳是试验的脉动循环强化周期阶段测试失败的517万倍。
（2）50mm/r10mmø,ø60mm/r5mm两个经过优化的方案正在8kn脉动的循环疲劳周期进行寿命的测试,和疲劳循环的寿命测试相比提高了不止一个数量级。
ø50mm/钩尾销在继续加强r10mm进行结构疲劳寿命试验的接近100万次;ø60mm/钩尾销在继续加强r5mm结构疲劳寿命试验10万-140万仍完好无损。
（3）ø50mm/r10mm优化的解决方案钩尾销出现裂缝的位置,现在从中间的板凳上部分的突变转向中间的楼梯,表明,改进了设计后,可变截面应力集中的问题已经得到有效解决。
表1不同方案钩尾销的疲劳试验结果
方案
载荷谱
钩尾销状态
支架状态
∅440毫米
8千牛，100万次
完好
完好
20千牛，5.7万次（强化试验）
断裂
有较小弯曲
∅50毫米/R10毫米
8千牛，100万次
完好
完好
20千牛,5.7万次
有小裂纹
完好
∅60毫米
/R5米
8千牛，100磅
完好
完好
20千牛，5.7万次
有小裂纹
严重变形
不难很清楚地看到,尽管钩尾销疲劳能力试验的原始数据和设计结果可以通过测试在正常工作的条件下,其内部的结构应通过改进提高其强度之余,以减少提高其安全系数和其他不正常的工作环境条件下意想不到的影响。
根据以上的计算和试验的结果,25t型电力客车全部支架更换为新型结构ø50mm/r10mm的新结构钩尾销;同时考虑到青藏客车支架在运行中的工况较为复杂,采用了新型ø60mm/r5mm结构的钩尾销。
新支架结构的全部钩销状况良好,未发生任何断裂。
对于支架,最初的支架设计的理念是将其他支架作为最弱的支撑结构,起到了保护的作用。
在实际使用的过程中,在非正常的工况下,支架首先使箱体发生了变形和弯曲,钩尾销不再发生受力,以有效保护钩尾销。
由于支架和箱体均采用优质的塑料和弹性材料,不易使箱体发生突然的脆性破坏。
因此,原设计的结构基本可以完全满足实际使用的要求。
3.2支撑弹簧盒
3.2.1支撑弹簧盒脱落
弹簧箱的脱落支撑弹簧箱的脱落和丢失可能使得列车运行过程处于危险的状态,应及时采取有效的措施及时加以预防和改善。
关于支撑缓冲弹簧盒变形和受力的情况分析如图10所示。
在正常的情况下,bolt-supported缓冲弹簧箱不是松散,和抵消摩擦弹簧螺栓产生的弯矩有关支撑缓冲弹簧箱主要的作用力是来自于抵消摩擦产生的反作用力f虽然支架是纵向的运动,但是当弹簧螺栓横向松动,螺栓的弯矩主要的作用力是通过逆转。
其具体分析方法如下:
支撑缓冲弹簧箱刚刚松动时被杀（115毫米）,根据支撑缓冲弹簧箱的结构,支持缓冲弹簧箱在最坏的反作用力条件下进行分析,基于支撑缓冲弹簧箱结构设计的参数,垂直方向的弹性参数是3800n,考虑油脂失败当2012年的摩擦系数,最大摩擦力（水平）是760N,可以得出结论,弯矩M括号或螺栓行动=760@115=87400毫米（N）。
弯矩m主要由支座（或螺栓垫片）在松动时产生的反作用力弯矩f来控制和克服。
一般螺栓只在松动时承受正常的危险预紧弯曲应力（在安全的预紧力范围内）,不会发生损坏。
当螺栓发生松动时,弯矩完全被正常的螺栓预紧力所抵抗,螺栓危险预紧截面弯曲应力r=m/w=87400/（p163/3）=17（mpa）（w为螺栓危险截面弯曲模量,16mmpa为螺栓的直径）。
通过以上简单的弯曲应力计算,不难明显地发现一旦螺栓发生松动,它将同时承担更高的弯曲应力,加上松动的螺栓将同时承受剪切力,剪切力将直接地作用于螺栓的表面会直接造成对剪切力的破坏,形成疲劳源,导致剪切力对螺栓的疲劳破坏或断裂,导致弹簧箱的螺栓受力支持。
图10螺栓受力分析图
由此可见,保证弹簧箱螺栓不发生松动的耐久性是如何保证弹簧箱的设计或加工实现弹簧箱工艺耐久性要求的主要决定性因素。
同时考虑到弹簧箱螺栓发生松动主要是由于没有拧紧或防松,且由于原设计的结构中没有紧固螺母防松垫片,在弹簧箱装配的过程中应该提出以下两项措施:
（1）进一步提高对弹簧箱螺栓拧紧力矩的耐久性要求。
（2）在结构有紧固螺母的防松垫片一侧应该增加专门的检查。
采取上述的措施后,在线产品至今运行状况良好,没有考虑到螺栓的松动或造成支撑弹簧盒的脱落。
3.2.2挡块磨损
支撑弹簧盒的另一个最重要问题原因就是固定块的磨损。
由于缺乏弹簧箱的耐久性,设计结构应该进行优化。
虽然这种情况可以通过采用加厚的挡块结构来进行改善,但经过多种解决方案的综合研究,认为与螺栓受力连接的支撑弹簧箱上下部分的磨损可以更好地进行优化结构,减少弹簧箱的加工装配工作量。
具体的方案如图11所示。
图11支撑弹簧盒优化前后结构图
根据弹簧箱的设计要求和结构的尺寸,原设计的砌块为8mm@1mm的长方形截面支撑结构（12mm为高度方向）,损伤的形式为固定块的磨损;优化后采用M24螺栓连接，基本避免了磨损问题。
压力模式随着拉伸而改变。
经简单计算，抗拉强度可达280N。
根据支撑轴承装配弹簧的各种实际应用设计强度参数,螺栓仅尽可能能够承受约615kn的支承轴向装配弹簧力矩的影响,有利于提供足够的支撑轴承装配弹簧来对强度进行冗余。
3.3碟簧破碎
碟簧的机械破碎处理碟簧的破碎一种主要发生于人类个体的心理现象,缓冲对性能影响不大,可以通过装配过程优化要解决这个问题,即螺旋弹簧的光泽闪毛刺清洁装配前减少应力集中,组装和均匀涂布一层油脂减少磨损,确保了阀瓣和弹簧在正常工作的过程中不会在弹簧出现过早的失效或严重损坏后,应力过大的集中由于糟糕的弹簧润滑和磨损。
3.4钩腔内锈蚀，钩尾销与轴套间粘连
为了有效解决弹簧钩腔和舌尾销端面未完全涂漆,仅在弹簧钩腔和舌尾销处喷涂使用干燥的油脂难以有效抵抗钩腔内大气腐蚀的粘连问题,有必要对目前的工艺方法进行了改进。
其具体措施方法是在弹簧钩体端面舌尾销处喷涂一层干净的清漆,并在弹簧钩腔内均匀地喷涂上一层干燥的油脂（涂有弹簧钩舌）。
长期的实践证明，该系统具有良好的防腐效果。
此外,从耦合器的设计和结构上加强了钩头耦合面的防尘保护措施,并在耦合器的端面连接处增加了一条防尘的橡胶条。
其仿真结构如图12所示。
该结构已广泛应用于青藏车辆的紧凑式耦合耦合器以及缓冲防尘装置中,取得了良好的缓冲性和防尘效果。
图12端面增加防尘结构前后结构
针对钩尾销与轴套的粘合度和连接问题,考虑到主要的原因,特别是同一材质金属的钩尾销匹配更加精确,容易连接形成金属结晶间腐蚀,我们最终决定及时更换适合轴套的材料。
通过对尼龙和铜合金疲劳试验的分析和对比,选用了耐久性较高的尼龙铜套代替原来的钢套。
为了提高精度使轴套装配更加方便,对于钩尾销与尼龙铜套的连接和配合精度公差也进行了优化。
第4章结束语
使用很多次,25t型客车,后与接触式车钩缓冲装置的基础上,使用和维护数据,同时也是在保持设备主体的结构和基本的性能参数相同的基本前提下,充分利用接触式耦合器缓冲设备进行模块化设计的主要技术优点,设计计算、疲劳试验研究,仿真组件失效分析,结构分析,及时模块或组件的结构优化和流程改进,使钩尾销承载力急剧增加,支持弹簧箱结构和安装固定更可靠,盘弹簧折断问题解决了有效控制腐蚀和结构部分,配合面之间的材料,选择更合理的公差,确保了产品的长期使用产品的安全性和随后的成功开发了一系列产品,使接触式车钩缓冲装置的结构更加合理,功能更加的完善,，维修工作量更少，满足了25t型轿车运行的要求，取得了良好的效果。
毕业设计的研究工作仅限于对胎面磨损规律的总结和轮轨接触几何的分析比较，而没有考虑钢轨形状磨损的影响。
下一步将分析轨道磨损对车辆动力性能的影响。
参考文献
[1]周文祥,李德维,姜新生.铁道车轮外形曲线数字测量仪的研究[J].铁道学报,2005,27（5）:
50）53.
[2]KevinSawly.车轮踏面下凹磨耗危害大应旋修[J].铁海燕,译.国外铁道车辆,2000,37（3）:
44）46
[3]马卫华,罗世辉,王自力.轮轨非对称接触及形面损伤问题分析[J].内燃机车.2008,（5）:
10）14
[4]王成国,王永菲,李海涛,等.高速轮轨接触几何关系的比较分析[J].铁道机车车辆,2006,26（4）:
1）5
[5]陈泽深,王成国.铁道车辆动力学与控制[M].北京:
中国铁道出版社,2004.
致谢
在本设计的撰写过程中，自始至终得到老师的悉心指导，从本设计的选题，到毕业设计思路的引导、文字的组织、结构的安排、资料的收集和整理，再到毕业设计的修改他治学严谨，指导老师都倾注了大量的心血，才得以是我顺利地完成本设计的写作。
在此我由衷地感谢老师在我学业、生活和工作的上的指导和关怀。
老师高尚的道德情操，渊博的学识，广阔的视野，为我营造了一种良好的学术氛围。
置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了明确的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的论述的方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。
其严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，与无微不至、感人至深的人文关怀，令人如沐春风，倍感温馨。
正是由于他在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本设计的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本设计才得以成型。
在毕业之际，我真诚地感谢给我无私帮助的铁道机电学院的全体老师，他们的教诲为本设计的论述提供了理论基础，并创造了许多必要条件与学习机会。
还有朝夕相处的班的同学们，与我度过了三年的大学美好时光，在此我也一并深深的感谢你们！
最后，我要感谢我的父母及家人，没有人比你们更爱我，你们对我的关爱让我深深感受到了生活的美好，谢谢你们一直以来给予我的理解、鼓励和支持，你们是我不断取得进步的永恒动力。
由衷的感谢在百忙之中抽出时间审阅本设计的老师。
由于本人的学识和写作的水平有限，在本设计的写作中难免有僻陋，恳请老师指教。
升级会员 