既有鐵路列車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件故障研究

◇南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 吳詩(shī)雨 周 培 丁潤(rùn)琪 李子晨 陳 凱

本文通過(guò)搜集現(xiàn)有資料，對(duì)25G型客車中的209P型轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件進(jìn)行了分析研究，發(fā)現(xiàn)了如軸箱彈簧斷裂、安全吊裝結(jié)構(gòu)斷裂及丟失、車輪故障諸如此類會(huì)影響行車安全的關(guān)鍵部位故障，并且找出故障發(fā)生的主要原因，針對(duì)各故障原因提出了實(shí)際可行的檢修方法及改善措施。

在如今快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展下，鐵路客運(yùn)運(yùn)輸經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次調(diào)圖調(diào)速，旅客列車提速后對(duì)客車的質(zhì)量要求愈加嚴(yán)格，在提速區(qū)段運(yùn)行的25G型客車的平均運(yùn)行速度也有了一定的提高。以往轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和檢修標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)很難適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間120km/h速度運(yùn)行的要求，車輛運(yùn)行中出現(xiàn)的故障越來(lái)越多，針對(duì)這種情況，在車輛的日常運(yùn)用維護(hù)及檢修作業(yè)過(guò)程中采取相應(yīng)的措施，減少故障發(fā)生，為旅客列車運(yùn)行安全提供了保障。為此，對(duì)209P型轉(zhuǎn)向架的軸箱彈簧、搖枕安全吊裝結(jié)構(gòu)、車輪等易發(fā)生故障的關(guān)鍵部位進(jìn)行了原因分析并且得出相應(yīng)的改善措施。

1 轉(zhuǎn)向架的常見(jiàn)故障與分析

我國(guó)客運(yùn)使用的主型轉(zhuǎn)向架為209P型，主要服務(wù)于國(guó)內(nèi)140km/h的鐵路干線，適用于25B、25G型客車以及其他部分特殊車型，其具有運(yùn)營(yíng)成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行性能優(yōu)良穩(wěn)定、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)向架的常見(jiàn)故障主要存在車架和轉(zhuǎn)向架連接裝置、構(gòu)架、軸箱彈簧、安全吊及座和車輪處。

1.1 車架和轉(zhuǎn)向架連接裝置

由于中心銷承載過(guò)量的牽引力和垂直載荷，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋、磨耗等問(wèn)題，若應(yīng)力集中處經(jīng)常產(chǎn)生裂紋，則會(huì)嚴(yán)重影響行車安全；轉(zhuǎn)向架能夠相對(duì)于車架進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)是靠著中心銷的關(guān)節(jié)軸承，關(guān)節(jié)軸承受長(zhǎng)期摩擦是其磨動(dòng)面磨耗的主要原因。旁承存在兩種迥然有別的結(jié)構(gòu)形式。一種是橡膠減震平面摩擦式，這種旁承存在摩擦板磨耗和橡膠減震彈簧彈性衰弱等一些損耗問(wèn)題；另一種是09-32圓簧彈簧式，這種旁承會(huì)有摩擦板磨耗、圓形彈簧出現(xiàn)裂紋、液壓減振器失效等一系列現(xiàn)象。

1.2 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架常采用焊接構(gòu)架，但由于焊接技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)用等方面存在一定不足，致使彎角處、吊座耳孔處以及焊縫等位置出現(xiàn)集中應(yīng)力情況，導(dǎo)致往復(fù)動(dòng)載荷的長(zhǎng)時(shí)間作用下出現(xiàn)裂紋。構(gòu)架上的制動(dòng)梁吊座耳孔和側(cè)梁導(dǎo)槽的接觸面會(huì)存在程度不同的磨耗；而構(gòu)架產(chǎn)生裂紋的原因主要有應(yīng)力集中、焊接缺陷、以及焊接處理工藝不當(dāng)?shù)取?/p>

1.3 軸箱彈簧

209P型轉(zhuǎn)向架軸箱彈簧為圓柱螺旋彈簧式，材質(zhì)為60Si2Mn。如圖1所示，分析軸箱彈簧斷裂的位置，得知此處斷裂是從彈簧與支撐圈的接觸部位開(kāi)始的，彈簧的第一有效圈會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋，如果在交變載荷的繼續(xù)作用下會(huì)愈加嚴(yán)重。

圖1 軸箱彈簧斷裂位置及斷裂源點(diǎn)

1.4 搖枕安全吊裝

在詳細(xì)分析了該轉(zhuǎn)向架安全吊座斷裂情況后，發(fā)現(xiàn)安全吊及座的裂紋根源在于吊座表面、螺栓孔邊緣部位，裂紋嚴(yán)重時(shí)則會(huì)發(fā)生斷裂，在吊座上部螺栓孔處出現(xiàn)斷裂，且位置較為聚集；而安全吊的裂紋根源在于其表面、螺栓孔邊緣處，裂紋擴(kuò)大會(huì)導(dǎo)致下部螺栓孔斷裂。

主要原因有以下兩點(diǎn)：①配件質(zhì)量問(wèn)題。剖開(kāi)出現(xiàn)初始裂紋的安全吊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在安全缺陷，如凹坑、裂紋等，對(duì)螺栓孔探查后，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)壁表面有裂紋。②組裝質(zhì)量問(wèn)題。針對(duì)安全吊座折斷的情況，某車輛廠曾對(duì)廠修的客車安全吊座的尺寸測(cè)量情況進(jìn)行相關(guān)檢查，發(fā)現(xiàn)安全吊穩(wěn)固后與座有摩擦別勁的情況，存在較為嚴(yán)重的安全隱患，甚至同一安全吊上的兩個(gè)吊座橫向錯(cuò)位尺寸超過(guò)10mm。

1.5 車輪

車輪裂損包括翻皮、非金屬夾雜等制造缺陷，這些是造成車輪裂損的原因所在，嚴(yán)重破壞車輪內(nèi)部材質(zhì)的各項(xiàng)性能，導(dǎo)致車輪產(chǎn)生疲勞裂紋，甚至出現(xiàn)早期的脆性斷裂。

除了上述原因外，車輪故障還有軋制尺寸誤差、輻板表面凹陷、輪轂及輻板厚度不均勻等，這些缺陷或因尺寸超限報(bào)廢車輪，或未超限但在運(yùn)用中使車輪產(chǎn)生過(guò)大附加作用力，或在輪轂及輻板過(guò)薄處過(guò)早產(chǎn)生疲勞損壞。

2 改善措施

2.1 軸箱彈簧

（1）增強(qiáng)地面檢測(cè)能力。在列車進(jìn)入庫(kù)檢咽喉處增設(shè)地面檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)位移、振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行采集、分析與監(jiān)測(cè)。將同一車輪滾動(dòng)圓直徑之差大于0.3mm，不同車輪兩輪對(duì)直徑之差≤1mm的車輪信息收集完成后反饋給庫(kù)檢人員，由工作人員進(jìn)行重點(diǎn)檢查，來(lái)確認(rèn)軸箱彈簧是否有裂紋。

（2）優(yōu)化彈簧材料及工藝。制造軸箱彈簧，可選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或耐候鋼；優(yōu)化鋼材的冶煉工藝、彈簧熱處理工藝及卷制工藝，避免出現(xiàn)表面脫碳層、非金屬夾雜物等現(xiàn)象。

（3）施行彈簧壽命管理。軸箱彈簧出廠配裝時(shí)錄入客車履歷管理系統(tǒng)并建冊(cè)登記。檢修時(shí)除了進(jìn)行常規(guī)探傷確認(rèn)彈簧無(wú)裂紋，還要對(duì)使用年限達(dá)到 一次廠修期或公里數(shù)達(dá)到60萬(wàn)km的客車軸箱彈簧進(jìn)行強(qiáng)制報(bào)廢，更換新彈簧，以確保壽命未到限。

2.2 搖枕安全吊裝

（1）改善材質(zhì)，加裝墊片。將安全吊座結(jié)構(gòu)的材質(zhì)更換為Q345D，在確保安全吊整體結(jié)構(gòu)不變的情況下，在安全吊及吊座、螺栓與螺母配合處各增加1塊5mm厚墊片。

（2）完善安全吊裝結(jié)構(gòu)焊裝工藝。在焊接前應(yīng)保證安全吊座、安全吊的零件尺寸符合圖紙要求，并根據(jù)組裝圖紙上的尺寸對(duì)安全吊座的安裝位置作準(zhǔn)確標(biāo)記，以保證安裝誤差在允許公差范圍內(nèi)，使安裝搖枕安全吊后，焊縫所受的附加力矩較小。焊接完成后，對(duì)焊縫進(jìn)行磁粉探傷，確認(rèn)有無(wú)裂紋及超標(biāo)缺陷。

3 結(jié)論

對(duì)209P型轉(zhuǎn)向架的客車軸箱彈簧斷裂、安全吊裝結(jié)構(gòu)斷裂及丟失、車輪故障的嚴(yán)格把控等相關(guān)問(wèn)題的改進(jìn)，是防止事故發(fā)生的重要措施，通過(guò)對(duì)各種故障的研究得到相應(yīng)的檢修流程和改進(jìn)方法，并加以不斷完善，進(jìn)而降低25G型客車轉(zhuǎn)向架各關(guān)鍵部件在運(yùn)用過(guò)程中故障的發(fā)生頻率，對(duì)提高旅客列車安全出行效率有重大意義。