地鐵列車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位分析

馮勇攀

摘 ?要：本文通過裂紋數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析呈現(xiàn)故障頻繁部位，強(qiáng)度校核研究評定關(guān)鍵受力部位，動態(tài)測試分析確定振動超限及動應(yīng)力集中部位，并以實(shí)際運(yùn)營情況為導(dǎo)向，綜合評估后確認(rèn)轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位。對關(guān)鍵部位進(jìn)行標(biāo)記，納入日常檢修規(guī)程進(jìn)行重點(diǎn)檢查，提升檢修效率，保障運(yùn)營安全。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架;關(guān)鍵;效率

轉(zhuǎn)向架是地鐵列車最重要的部件之一，轉(zhuǎn)向架的安全運(yùn)行是地鐵列車實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)營的必要條件。長期以來，由于設(shè)計(jì)、制造缺陷及線路運(yùn)營狀況惡化的原因，轉(zhuǎn)向架部件（非緊固件）裂紋故障日益嚴(yán)重。為防止裂紋故障造成重大安全事故，運(yùn)營企業(yè)投入大量資源對轉(zhuǎn)向架進(jìn)行日常檢修。然而，由于轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修任務(wù)重及檢修人員技能差異等因素，轉(zhuǎn)向架裂紋時(shí)常未能及時(shí)處理并繼續(xù)上線運(yùn)營，或者出現(xiàn)嚴(yán)重開裂甚至斷裂故障后才被發(fā)現(xiàn)，正線掉物事件時(shí)有發(fā)生，檢修效率低并存在嚴(yán)重安全隱患。

本文以兩種80km/h轉(zhuǎn)向架為案例：Z型和C型。通過裂紋數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)故障頻繁部位，強(qiáng)度校核研究評定關(guān)鍵受力部位，動態(tài)測試分析確定振動超限及動應(yīng)力集中部位，并以實(shí)際運(yùn)營情況為導(dǎo)向，綜合評估后確認(rèn)轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位。對關(guān)鍵部位進(jìn)行標(biāo)記，納入日常檢修規(guī)程進(jìn)行重點(diǎn)檢查，有效克服轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修任務(wù)重及檢修人員技能差異等因素的影響，提升檢修效率，保障運(yùn)營安全。詳細(xì)如下：

一、裂紋數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本次統(tǒng)計(jì)的裂紋為探傷和日常檢修發(fā)現(xiàn)的裂紋。探傷包括架大修和日常周期探傷，發(fā)現(xiàn)裂紋占總數(shù)85%以上。目前轉(zhuǎn)向架部件探傷方法普遍使用超聲波探傷、磁粉探傷及滲透探傷，以上三種探傷方法可對裂紋進(jìn)行準(zhǔn)確的定性檢測[1]。

統(tǒng)計(jì)的裂紋數(shù)據(jù)共274處，裂紋長度范圍13-100mm，分布于轉(zhuǎn)向架七大部件14個(gè)部位。根據(jù)裂紋規(guī)律，Z型轉(zhuǎn)向架裂紋頻繁部位集中于信號天線支座、支架焊縫，構(gòu)架橫側(cè)梁焊縫、齒輪箱吊座焊縫等;C型轉(zhuǎn)向架集中于信號天線支座、支架焊縫，構(gòu)架側(cè)梁弧形部位焊縫、軸箱箱體一系簧安裝座等。

二、強(qiáng)度校核研究

本次研究強(qiáng)度校核報(bào)告共36份。強(qiáng)度校核普遍通過ANSYS或ABAQUS有限元分析軟件建立有限元模型，按照UIC615-4標(biāo)準(zhǔn)輸入工況計(jì)算各點(diǎn)應(yīng)力值，根據(jù)應(yīng)力值進(jìn)行靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度校核。

報(bào)告中靜強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)：對于超常工況下，各點(diǎn)計(jì)算應(yīng)力均不得大于材料的屈服強(qiáng)度極限。實(shí)際就是按照傳統(tǒng)安全系數(shù)法進(jìn)行校核，屈服強(qiáng)度極限與計(jì)算應(yīng)力比值稱為安全系數(shù)，安全系數(shù)≥1視為安全。然而，按照傳統(tǒng)安全系數(shù)法設(shè)計(jì)出的部件其壽命周期內(nèi)仍有大量失效。若從部件設(shè)計(jì)角度分析，以概率論為理論基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)的安全系數(shù)法更為安全，能很好的保證部件的可靠性和質(zhì)量[2]。因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)方法，結(jié)合轉(zhuǎn)向架部件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，應(yīng)力和強(qiáng)度分布較為離散，安全系數(shù)綜合上浮至1.6，即靜強(qiáng)度校核中安全系數(shù)小于1.6的部位可評定為靜強(qiáng)度關(guān)鍵受力部位。

疲勞強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)：計(jì)算各點(diǎn)平均應(yīng)力、應(yīng)力最大及最小值，按Goodman疲勞極限圖進(jìn)行評定。疲勞強(qiáng)度校核中極限臨界點(diǎn)所在部位可評定疲勞強(qiáng)度關(guān)鍵受力部位。根據(jù)上述取值方式，結(jié)合疲勞強(qiáng)度校核是模擬正常運(yùn)營工況下進(jìn)行的，因此安全系數(shù)綜合上浮至1.2即可。

三、動態(tài)測試分析

本次分析主要以Q研究所、T檢驗(yàn)中心及X大學(xué)的現(xiàn)場動態(tài)測試為依據(jù)。三家單位測試所采用的測試設(shè)備、系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理方法均有不同，但均遵循較高的標(biāo)準(zhǔn)，綜合三家單位的測試結(jié)果可準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際運(yùn)營情況。由于現(xiàn)場條件的限制，測試的部位具有局限性，主要集中在信號天線支座支架、構(gòu)架及軸箱等部件。

根據(jù)轉(zhuǎn)向架部件技術(shù)資料及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3]，若實(shí)際測試值超過極限值，則該部位評為振動超限部位，并作為裂紋擴(kuò)散速度評估的依據(jù)。

本節(jié)動應(yīng)力疲勞校核標(biāo)準(zhǔn)與第二節(jié)中疲勞強(qiáng)度校核標(biāo)準(zhǔn)一致，不同是本節(jié)動應(yīng)力數(shù)據(jù)是實(shí)際測量數(shù)據(jù)。疲勞強(qiáng)度校核中極限臨界點(diǎn)所在部位（考慮實(shí)際誤差應(yīng)取安全系數(shù)1.3）可評定為動應(yīng)力集中部位。

四、綜合評估

綜上結(jié)果，裂紋故障頻繁部位、強(qiáng)度校核關(guān)鍵受力部位、動態(tài)測試振動超限及動應(yīng)力集中部位基本一致但并不完全一致，這是理論和實(shí)際差距的體現(xiàn)，也是不可避免的實(shí)際誤差。因此，綜合評估并不能均衡的衡量三方面的因素。

基于三方面因素的影響，結(jié)合裂紋擴(kuò)散速度及斷裂可能性，以實(shí)際運(yùn)營情況為導(dǎo)向，確定以下評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行關(guān)鍵部位評估：

（一）裂紋評估得分：裂紋次數(shù)×0.2;

（二）動態(tài)測試評估得分：振動超限部位+0.25、動應(yīng)力集中部位+0.25;單項(xiàng)未測試以另一項(xiàng)測試結(jié)果為準(zhǔn)，可累加;兩項(xiàng)未測試，則以強(qiáng)度校核評估得分為準(zhǔn);

（三）強(qiáng)度校核評估得分：靜強(qiáng)度關(guān)鍵受力部位+0.2、疲勞強(qiáng)度關(guān)鍵受力部位+0.2;不與動態(tài)測試?yán)奂釉u分，以動態(tài)測試評分為優(yōu)先;單項(xiàng)未校核以另一項(xiàng)校核結(jié)果為準(zhǔn)，兩項(xiàng)未校核及未動態(tài)測試以裂紋評估得分為準(zhǔn)，可累加;

（四）裂紋擴(kuò)散速度評估得分：迅速+0.4、緩慢+0.1;

（五）斷裂可能性評估得分：非常+0.6、一般+0.3、較小+0.1;

若五項(xiàng)得分相加的總得分≥1，則評估為關(guān)鍵部位。通過計(jì)算，確定以下20處部位為轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位，詳見表1。

通過對關(guān)鍵部位進(jìn)行標(biāo)記，納入日常檢修規(guī)程進(jìn)行重點(diǎn)檢查，自2017年標(biāo)記跟蹤至今運(yùn)行良好。其中信號天線支座、支架由于所有焊縫判定為關(guān)鍵部位，無需標(biāo)記重點(diǎn)檢查;輪對踏面無需標(biāo)記重點(diǎn)檢查。

五、結(jié)論

本次關(guān)鍵部位分析對80km/h轉(zhuǎn)向架檢修有重要的意義，提升檢修效率，有效保障運(yùn)營安全?？墒褂猛瑯拥姆治龇椒ㄔu估120km/h轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部位。對于新建線路及增購列車同類轉(zhuǎn)向架，可要求廠家出廠時(shí)按同樣要求進(jìn)行標(biāo)記。同時(shí)，分析還對以下三個(gè)方面工作產(chǎn)生積極意義：有助于轉(zhuǎn)向架部件故障自動檢測技術(shù)的準(zhǔn)確應(yīng)用;驗(yàn)證目前無損探傷部位有效性，同時(shí)為新增的預(yù)防性探傷提供依據(jù);為智慧運(yùn)維項(xiàng)目的推行提供強(qiáng)有力的支持。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 周樂，張志文.無損檢測及其新技術(shù)[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（08）：46-48.

[2] 劉玉娟.結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)與安全系數(shù)法的分析與比較[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2015，37（01）：74-77.

[3] EN13749-2005、IEC61373-2010