淺談地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障及檢修

萬子峰

摘 要：轉(zhuǎn)向架是地鐵車輛組成結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，關(guān)系到地鐵車輛的安全運(yùn)行。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障診斷技術(shù)也不斷涌現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了在線智能地鐵轉(zhuǎn)向架的故障診斷。本文主要對常用的地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障診斷技術(shù)小波包包絡(luò)分析技術(shù)和智能識別方法進(jìn)行分析，并故障問題及解決進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛；轉(zhuǎn)向架；故障診斷

前言

在地鐵車輛結(jié)構(gòu)組成中，轉(zhuǎn)向架具有非常重要的作用。其主要由構(gòu)架、制動盤、空簧裝置、減振器、上枕梁以及抗側(cè)滾扭桿裝置等組成。主要作用：首先，轉(zhuǎn)向架可實(shí)現(xiàn)對車輛載重以及長度和容積的增加；其次，在轉(zhuǎn)向架自由回轉(zhuǎn)作用下，可增加地鐵車輛靈活性；再次，轉(zhuǎn)向架是提升地鐵車輛動力性能與穩(wěn)定性的有效措施，達(dá)到支撐作用。

一、地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障診斷技術(shù)

（一）小波包包絡(luò)分析技術(shù)

在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障診斷技術(shù)中，對故障對象特征的提取是故障診斷的關(guān)鍵。這些特征必須具有代表性和典型性，能夠表示故障設(shè)備的具體狀態(tài)。而小波包包絡(luò)分析技術(shù)作為傅里葉分析思想的延續(xù)，能夠?qū)Ψ蔷€性領(lǐng)域提供較大的幫助。這種分析技術(shù)最大的特點(diǎn)就是具有良好的時頻局部化特征，能夠有效地消除信號當(dāng)中的噪聲并提取已經(jīng)較為微弱的信號。在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障檢修診斷過程中，需要關(guān)注地鐵車輛轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的小正常信號，小波變換能夠有效地將時域信號展開，疊加小波函數(shù)足的線性內(nèi)容，從而達(dá)到診斷地鐵車輛車專向契故障原因的目的。

（二）智能故障識別方法

傳統(tǒng)的地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障識別技術(shù)還包括人們觀察頻譜圖當(dāng)中的故障譜縫來判斷地鐵車輛是否出現(xiàn)了相應(yīng)的故障。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工神經(jīng)網(wǎng)路和非線性混沌與分形理論的出現(xiàn)使得智能故障識別方法被運(yùn)用在了地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障識別當(dāng)中。這種故障診斷方法小但能夠達(dá)到無人的智能化診斷，并且在小斷的診斷識別當(dāng)中還能自我學(xué)習(xí)、自我適應(yīng)。但這種故障識別技術(shù)需要大量的故障樣本打底，并且事前需要用人工對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，加上這種智能故障識別方法需求的環(huán)境較高，診斷率相對小夠精準(zhǔn)，在工程當(dāng)中也應(yīng)用較少。

這種智能故障識別方法首先要對頻譜有一個充分的認(rèn)知，要了解和分析頻譜當(dāng)中的譜峰。從一般意義上來說，譜峰就是頻譜當(dāng)中峰值的最大值。假如某個地鐵車輛的轉(zhuǎn)向架故障頻率在90Hz左右，那么計(jì)算機(jī)能搜索到的最大值就是故障的特征峰頻，為了避免出現(xiàn)診斷失誤，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)的搜索工作時，要確定譜峰大于頻帶當(dāng)中其他的數(shù)值。在完成了對譜峰的信息收集之后需要對故障特征頻率來搜索頻帶設(shè)定。設(shè)定的搜索頻帶小能太寬，如果出現(xiàn)兩種或兩種以上的故障原因，而最大值只取一個，勢必會漏掉一個譜峰。這個漏掉的譜峰可能會在接下來的搜索當(dāng)中成為第二個最大值，如果兩個譜峰的值相比要小于設(shè)定的臨界值，那么計(jì)算機(jī)就小能識別任何一個譜峰，因此設(shè)定的搜索頻帶寬度一定要符合檢索要求，這樣才能滿足對地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障診斷要求。

二、轉(zhuǎn)向架常見故障及處理措施

因?yàn)檗D(zhuǎn)向架的組成部分較多，故障現(xiàn)象也是多種多樣，常見的故障有以下幾類：構(gòu)架的剛性損傷，多表現(xiàn)為金屬疲勞產(chǎn)生的裂紋；減震器的滲油；齒輪箱的滲油；空氣彈簧漏氣等等。

（一）構(gòu)架軸箱轉(zhuǎn)臂安裝座與側(cè)梁焊縫裂紋。

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，它作為整個轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，在各焊縫處易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而引起疲勞斷裂、脆性斷裂等嚴(yán)重隱患，進(jìn)而削弱構(gòu)架的承載能力及抗腐蝕能力，對列車運(yùn)營安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。按照轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計(jì)技術(shù)要求，使用壽命及免維護(hù)周期應(yīng)不低于30年，即使在最惡劣的使用工況下，其應(yīng)力要求均不得超過許用應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度要求，不能出現(xiàn)裂紋。按照地鐵車輛的維修探傷統(tǒng)計(jì)，在轉(zhuǎn)向架軸向轉(zhuǎn)臂安裝座與側(cè)梁焊縫處易產(chǎn)生裂紋。這是因?yàn)樵摬课恢饕惺軄碜攒圀w的垂向載荷力和列車運(yùn)行中的縱向牽引制動力。參考同類構(gòu)架的ANSYS有限元受力分析結(jié)果，出現(xiàn)裂紋的部位應(yīng)力為35MPa左右，屬低應(yīng)力區(qū)域，可排除應(yīng)力疲勞裂紋的可能。此部對接熔焊的鋼板厚度為14MM，焊接時按照DIN6700焊接體系要求進(jìn)行，分4層焊接而成，焊接工藝要求為焊接每層前需對母材進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱后用點(diǎn)溫計(jì)檢測溫度，每層焊接后需將焊渣及氧化皮去除。采用磁粉或滲透法探傷，確保層間焊縫無缺陷后將探傷物清除方可焊接下一層。這種焊接方法對焊接工藝及作業(yè)人員要求較高，此裂紋的出現(xiàn)極有可能是焊接過程中人為因素造成的。

對焊縫開裂處進(jìn)行打磨處理，可發(fā)現(xiàn)裂紋逐漸延伸至焊縫底部，肉眼可觀察到較為明顯的開裂痕跡，可判定裂紋產(chǎn)生的原因?yàn)槎鄬雍缚p之間熔合不良所致，屬焊接缺陷。焊接表面未清潔干凈、焊接坡口形狀不合理、焊接電流變化以及操作人員技術(shù)水平等因素均會對焊接質(zhì)量造成影響，導(dǎo)致多層焊接層間熔合不良，引起裂紋的產(chǎn)生。遇到此類故障，可對裂紋處采用打磨至焊縫根部后重新補(bǔ)焊的方式進(jìn)行修復(fù)，使用Ar和CO 2混合氣體，按照80% Ar+20% CO 2 配比，分4層補(bǔ)焊，每層補(bǔ)焊完成后進(jìn)行磁粉探傷檢查，直至完成補(bǔ)焊修復(fù)。

（二）齒輪箱注油口或排油口滲油。

投入運(yùn)營的車輛，有些齒輪箱的注油口或排油口會出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。初步分析，發(fā)生此類問題的原因有三：1.緊固扭矩不正確，造成注油塞或排油塞松動；2.銅密封圈安裝不到位，比如有些偏心或者沒壓平。3.其他原因，比如鑄造缺陷等。結(jié)合現(xiàn)場的普查結(jié)果，分析得出絕大部分注油口和排油口滲油現(xiàn)象都是由于銅密封圈未安裝到位所致。

這種現(xiàn)象的處理思路是：如滲油不嚴(yán)重，可觀察運(yùn)用，若油位沒有明顯變化，等到下一個換油修程來處理；如滲油嚴(yán)重，油位不足時需加油，并采用正確的安裝方法重新更換新的銅密封圈，安裝好注油塞或者排油塞，確保其密封性。

（三）空氣彈簧漏氣。

空氣彈簧漏氣現(xiàn)象主要發(fā)生在氣溫較為寒冷的冬天?？諝鈴椈陕獾牟课恢饕袃蓚€：1.空氣彈簧上部調(diào)整墊片與車體枕梁粘合的部位；2.空氣彈簧自身的橡膠囊與上蓋板之間。

結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，初步分析為以下原因：1.外因：車輛運(yùn)營時間久已經(jīng)達(dá)到或者接近空氣彈簧架修維護(hù)周期；氣溫低容易導(dǎo)致空氣彈簧橡膠氣囊發(fā)生變形，從而降低空氣彈簧與車體或自身的密封性；2.內(nèi)因：由于空氣彈簧調(diào)整墊片與枕梁之間密封性不好，日積月累枕梁部位有水汽進(jìn)去發(fā)生氧化銹蝕，進(jìn)一步降低了調(diào)整墊片與枕梁之間的密封性，如此循環(huán)?？諝鈴椈陕獾奶幚矸椒ㄈ缦拢?.如果是調(diào)整墊片與枕梁之間漏氣，則按照相關(guān)工藝對空氣彈簧重新進(jìn)行打膠安裝處理。遇到枕梁有銹蝕的情況，需先打磨平枕梁；2.如果是空氣彈簧自身漏氣，需更換新的空簧。

三、結(jié)語

轉(zhuǎn)向架是地鐵車輛非常重要的組成部分，與地鐵車輛的安全性以及穩(wěn)定性有著緊密的聯(lián)系。同時，轉(zhuǎn)向架的故障種類多樣，成因復(fù)雜。為了確保地鐵車輛的正常運(yùn)行，車輛檢修人員需要認(rèn)真分析總結(jié)，全面提高專業(yè)技能水平，為車輛的運(yùn)行提供可靠的保障，從而為乘客帶來舒適與安全。

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（作者單位：深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營總部）