關(guān)于客車熱軸現(xiàn)象的調(diào)查分析

趙玉增

(鄭州客車車輛段 河南鄭州 450000)

1 問題提出

近一段時間,陸續(xù)有客車發(fā)生熱軸的現(xiàn)象,軸承溫升在部規(guī)定的安全限度值左右,運用部門進(jìn)行了甩車處理。熱軸的車輛有 25G型、25K型車,車輛型式和轉(zhuǎn)向架型號各不相同。因此,需要對出現(xiàn)的問題及時進(jìn)行調(diào)查分析,積累相關(guān)數(shù)據(jù),為運用和檢修提供技術(shù)支持,以確保車輛運行的安全性、可靠性。

發(fā)生熱軸的 25K型車,運行方向右側(cè)第 2位熱軸,軸承溫升 69℃。對熱軸車現(xiàn)場測量了熱軸輪對轉(zhuǎn)向架定位銷縱向間距差、定位銷橫向間距差、定位銷對角線差、轉(zhuǎn)向架端部與軌面的垂直距離,各空氣彈簧工作高度、牽引拉桿節(jié)點之間的距離?，F(xiàn)場檢查了熱軸車輛轉(zhuǎn)臂及定位節(jié)點、上下旁承的磨耗狀態(tài)、心盤銷的磨耗狀態(tài)、牽引拉桿節(jié)點狀態(tài)。

測試結(jié)果表明,輪對左右輪徑差 2mm,左側(cè)輪緣磨耗量較右側(cè)大。左右輪輪緣厚度、踏面圓周磨耗量、輪輞厚度等都在運用限度范圍內(nèi)。

軸箱壓蓋正常,緊固螺栓無松動,軸箱定位孔距離差符合要求,活動擋圈有明顯的磨痕,油脂過熱后干結(jié),內(nèi)有金屬粉末,軸向和徑向間隙正常;制動盤狀態(tài)符合運用限度。

經(jīng)初步分析,構(gòu)架結(jié)構(gòu)尺寸符合檢修規(guī)程的要求;牽引拉桿節(jié)點之間的距離、車體傾斜量、空氣彈簧高度、構(gòu)架兩端與軌面的距離均在限度值以內(nèi);轉(zhuǎn)臂節(jié)點外表沒有發(fā)現(xiàn)裂紋開膠等現(xiàn)象;油壓減振器沒有漏油,螺旋彈簧狀態(tài)正常,空氣彈簧狀態(tài)良好,牽引拉桿節(jié)點、橫向止擋等沒有出現(xiàn)裂紋開膠等現(xiàn)象;上旁承為不銹鋼,表面光滑,下旁承為高分子摩擦材料,下旁承表面偶有凹坑和縱向摩擦痕跡。

熱軸的輪對左右輪大概有 2mm的輪徑差,靜態(tài)存在一側(cè)高一側(cè)低的傾斜,運動過程中不平衡,輪對有向半徑小的一側(cè)橫移的趨勢,當(dāng)橫向移動量帶動軸承運動距離超過軸承軸向間隙后,輪徑大的一側(cè)活動擋圈與滾子端面接觸,長時間摩擦情況下,造成軸溫升高。

發(fā)生熱軸的 25G型車,也有上述類似的情況。

2 熱軸原因分析

根據(jù)測試數(shù)據(jù)和零部件狀態(tài)以及一系懸掛定位情況,認(rèn)為輪對左右輪徑差、轉(zhuǎn)臂定位節(jié)點狀態(tài)、軸箱定位狀態(tài)對車輛的運行有較大的影響,在其它不利的運行條件下,有可能造成熱軸。

2.1 左右輪徑差

車輛直道運行時,同一條輪對左右側(cè)輪徑應(yīng)該相等。當(dāng)由于磨耗等原因造成左右側(cè)輪徑有較大差異時,如果不進(jìn)行調(diào)整,則在任一時間段,左右側(cè)車輪前進(jìn)方向走過的距離均會不同。為保持滾動向前運行而不出現(xiàn)滑行,輪對必然向輪徑小的一側(cè)橫向移動,直至調(diào)整到左右側(cè)實際滾動圓半徑相等。差值越大,橫移量也越大。

當(dāng)輪徑差為 2mm時,輪對橫向位移量在 3.9mm左右,此時左右輪軌接觸角分別為 6.38°、3.63°,踏面等效斜度為 0.13左右;當(dāng)輪徑差為 4mm時,輪對橫向位移量在 5.5mm左右,此時左右輪軌接觸角分別為 10.49°、3.22°,踏面等效斜度為 0.19,左右側(cè)接觸角開始有明顯差別,踏面等效斜度變大,車輛運行時輪軌橫向力增加;當(dāng)輪徑差為 9.66mm時,輪對橫向位移量在 9mm左右,左右輪軌接觸角分別為17.23°、2.52°,踏面等效斜度為 0.26,左右側(cè)接觸角差別較大,此時輪緣開始貼靠。

輪徑差引起左右輪在軌道上的高度不一致,輪對出現(xiàn)側(cè)滾角,在重力作用下,左右輪接觸點法向力在軸向的分力不相等,二者的合力被稱為重力復(fù)原力,重力復(fù)原力使輪對趨于平衡,輪對向輪徑小的一側(cè)橫移。

旁巴迪提供給中國鐵路座臥車維護(hù)和修理手冊中也提到,“兩個車輪的輪徑差不能超過 2mm,但此數(shù)據(jù)測量起來困難,所以采用輪緣的高度差數(shù)據(jù),輪緣的高度差不能超過 2mm,若超過,需要重新加工”。

輪徑差引起輪對橫移時,由于軸端前蓋和壓板的軸向壓力,活動擋圈隨著輪對一起由輪徑大的一側(cè)向輪徑小的一側(cè)橫移,二者的位移量完全相同,輪徑較大一側(cè)的活動擋圈有壓向該側(cè)滾子的趨勢,而輪徑小的一側(cè)活動擋圈有遠(yuǎn)離相應(yīng)側(cè)滾子的趨勢。

一系定位裝置包括定位轉(zhuǎn)臂和螺旋彈簧。定位裝置直接與軸箱體相連,當(dāng)由于輪徑差造成輪對橫向位移時,輪對帶動軸承內(nèi)圈和活動擋圈產(chǎn)生同樣的位移。當(dāng)位移超過軸向間隙(0.8mm—1.2mm)后,擋圈擠壓滾子;另一方面,輪對橫移時,定位裝置通過軸箱體產(chǎn)生反方向的約束力,軸承外圈被軸箱體卡死,二者之間不會有軸向竄動,軸承外圈并不隨輪對產(chǎn)生同樣的橫向位移量,反而在軸箱體的限制下給滾子以反方向的作用力。如圖 1所示:

圖 1 輪對橫向位移時滾子受力示意圖

滾子在擋圈和軸承外圈的擠壓接觸下,由于擋圈與滾子的轉(zhuǎn)動速度不同,二者產(chǎn)生摩擦而磨耗,磨耗掉的金屬屑混入潤滑油脂中,當(dāng)金屬屑增加到一定程度后,必然使軸溫升高。

2.2 軸箱定位狀態(tài)

軸箱定位裝置是一系懸掛的重要部件之一,輪對縱、橫向定位剛度主要由裝置提供,剛度值決定了車輛運行的臨界速度和通過曲線時的輪軌力。該值過小,會造成臨界速度明顯降低,達(dá)不到運行速度的要求;該值過大,會造成輪軌力增大,曲線通過困難。

現(xiàn)用的定位裝置一般為金屬橡膠件,隨著運用時間的增加,內(nèi)部橡膠分子結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一些變化。在動態(tài)載荷作用下,外表面會出現(xiàn)脫膠、開裂等現(xiàn)象。如果脫膠長度在 1/3以上時,橫向定位剛度降低 1/5—1/4左右,較難保證車輛的臨界速度,車輛會出現(xiàn)異常振動的情況。對一系垂向減振器、二系橫向減振器、抗蛇形減振器、輪對動平衡進(jìn)行了測試,評估踏面斜度,分解轉(zhuǎn)臂定位節(jié)點和牽引拉桿節(jié)點等,結(jié)果如下:

(1)一系垂向和二系橫向減振器沒有漏油,端部節(jié)點正常,阻尼系數(shù)值在名義值誤差范圍內(nèi)。

(2)4個抗蛇形減振器中,其中一個阻尼系數(shù)值偏小,比最小限度值小 3%左右,3個減振器端部節(jié)點有開膠現(xiàn)象。

(3)輪對動平衡情況正常。

(4)轉(zhuǎn)臂節(jié)點和牽引拉桿節(jié)點開膠明顯,轉(zhuǎn)臂節(jié)點橫向約 1/2開膠,牽引拉桿在前后方向約 15°開膠。

根據(jù)車輛振動情況和各部件測試結(jié)果,振動頻率在 2Hz—7Hz,可以排除車體振動。車輛在140km/h速度以上的高速區(qū)段才出現(xiàn)異常振動情況,認(rèn)為是轉(zhuǎn)向架的蛇形失穩(wěn)表現(xiàn),上述車輛的臨界速度小于 140km/h。而轉(zhuǎn)臂節(jié)點定位剛度決定了車輛的臨界速度,原型車輛的臨界速度是大于 170km/h的,而現(xiàn)有車輛臨界速度小于 140km/h,說明轉(zhuǎn)臂節(jié)點定位狀態(tài)不正常。

車輛的異常振動和轉(zhuǎn)向架蛇形同樣會導(dǎo)致軸溫升高。因為軸溫升高是逐漸演變的結(jié)果。由于擋圈與滾子磨耗,金屬屑逐漸脫落到潤滑油脂中,積累到一定程度,金屬屑充配到滾動配合面之間,輪對的高速轉(zhuǎn)動造成軸溫升高。轉(zhuǎn)向架蛇形會導(dǎo)致?lián)跞εc滾子間斷接觸,二者之間出現(xiàn)時斷時續(xù)的磨耗,轉(zhuǎn)向架蛇形運行時間越長,磨耗掉的金屬屑也越多,熱軸的幾率也越大。

3 建議

(1)由于輪徑差會造成輪對產(chǎn)生較大的橫移,從而可能導(dǎo)致熱軸現(xiàn)象。 1)而客車檢修規(guī)程中沒有規(guī)定運用中輪徑差的限度值,建議討論增加該項的可行性及具體數(shù)值。穩(wěn)妥起見,應(yīng)該先積累輪徑差的數(shù)據(jù),分析后再定具體值。對于到 A2、A 3修的車輛,旋輪前進(jìn)行輪徑差和輪緣高度差的測量并記錄以積累數(shù)據(jù),同時分析運用一個 A3修程后,左右輪徑差的變化情況、輪緣差與輪徑差的關(guān)系,根據(jù)結(jié)果制定相應(yīng)的數(shù)值和測量辦法。

(2)對于正在運用的 25T車,建議其轉(zhuǎn)臂定位節(jié)點只用一個 A3修程。對于已發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架振動異常的車輛,分解檢查軸承,若發(fā)現(xiàn)金屬屑明顯比振動正常的車輛多,并且擋圈和滾子磨耗情況超過了檢修規(guī)程,建議更換擋圈、滾子和潤滑油脂。

[1]旁巴迪軌道交通運輸公司.中國鐵路高檔座、臥車維護(hù)和修理手冊[C].2004.

[2]王福天.車輛系統(tǒng)動力學(xué)[M].北京:中國鐵道出版社,1993.