动车组转向架系统故障模式及影响分析

绪论电动车组动车转向架是高速动车组的走行装置，具有承载、减振、导向、牵引和制动等重要功能，是动车组的重要组成部分，决定了列车运营速度和运行品质。在实际运行中列车转弯频繁，使用状态复杂多变，加之操纵使用与维护中的环境不利因素，导致出现各种故障。在铁路高速重载的运营条件下，动车组转向架一旦发生故障，会影响铁路运输安全。因此，开展动车组转向架可靠性分析与故障诊断的研究，对保证运营安全、提高维修效率和避免不必要的损失等都具有重要的意义。本文依据动车组转向架数年内出现的故障数据，统计了故障的类型，分析了主要故障的原因，故障模式、影响及致命性，从而能对设计、制造、管理与使用方而提出针对性措施，减少动车转向架系统故障的发生，确保转向架系统使用正常和动车组的运行安全。摘要根据动车组原始故障数据使用SPSS统计动车组的故障类型，分析了故障原因，并使用FMFCA分析方法关键词动车组;转向架;FMECA分析方法;故障模式目录第一章转向架的背景简介.............................................11.1转向架的简介.................................................11.2转向架的历史.................................................1准高速客车型.................................................2高速型.......................................................3第二章构架的常见故障与分析.........................................52.1产生构架裂纹的主要原因有.....................................52.2产生磨耗的主要原因有.........................................52.3产生弯曲变形的主要原因有.....................................52.4液压减振器...................................................72.5动车转向架故障类型统计.......................................72.6动车组转向架故障原因分析....................................11结语..............................................................15参考文献...........................................................16致谢..............................................................171第一章转向架的背景简介1.1转向架的简介转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，其主要作用如下：1）车辆上采用转向架是为增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度，以满足铁路运输发展的需要；2）保证在正常运行条件下，车体都能可靠地坐落在转向架上，通过轴承装置使车轮沿钢轨的滚动转化为车体沿线路运行的平动；3）支撑车体，承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。4）保证车辆安全运行，能灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。5）转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性。6）充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。7）转向架是车辆的一个独立部件，在转向架于车体之间尽可能减少联接件1.2转向架的历史20世纪50年这个时期，我国首次自行设计了转向架，主要型号有101、102、103型，是21型客车使用的导框式转向架，构造速度是100km/h，其结构复杂，笨重，运行性能差，现已淘汰!202型202转向架是四方厂为22型客车生产的无导框C轴转向架，构造速度为120km/h，自1959年起制造。它采用铸钢H型构架，导柱式轴箱定位装置，摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，两系圆弹簧，摇枕弹簧加油压减振器，吊挂式闸瓦基础2制动等。该转向架已经于1986年停产。206型70年代，四方厂研制了U型结构的206型转向架，浦镇厂研制了H型构架的209转向架。206型转向架采用侧部中梁下凹的U型构架，干摩擦导柱式轴箱定位装置，带横向拉杆的小摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，双片吊环式单节长摇枕吊杆外侧悬挂以及吊挂式闸瓦基础制动装置等，结构可靠，运行平稳，磨损少，检修方便，1993年开始在中央悬挂部分装横向油压减振器，加装两端具有弹性节点的纵向牵引拉杆，形成206G型转向架，后加装盘型制动装置，形成206P型转向架。209转向架是浦镇厂在205转向架的基础上研制的，于1975年开始批量生产。它采用H型构架，导柱式轴箱定位装置，摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，长吊杆，构架外侧悬挂，两高圆弹簧，摇枕弹簧带油压减振器，吊挂式闸瓦基础制动装置等。1980年后，又生产了具有弹性定位套的轴箱定位结构和牵引拉杆装置的209T转向架。在此基础上，还生产了采用盘型制动的209P转向架。在209T转向架的基础上，浦镇厂又开发了供双层客车使用的209PK转向架，其构造速度为160km/h。主要有以下方面的改进：采用盘型制动和单元制动缸，取消踏面制动；设空重调整阀；采用空气弹簧和高度调整阀；安装抗侧滚扭杆；保留了摇动台结构。209PK转向架（P代表盘型制动，K代表空气弹簧）在这段时期内，我国还制造了少量用于公务车的三轴转向架，在原德意志民主共和国进口的软座，软卧车上采用了211等型号的转向架。准高速客车型1994年，四方厂、长客厂、浦镇厂相继研制出了206WP、206KP、CW-2、209HS转向架，在广深线动力学试验中最高时速达到了174km/h，这些转向架的研制成功，标志着我国客车转向架技术上了一个新台阶。206KP、206WP转向架是四方厂为广深线准高速客车和发电车设计的转向架，二者除中央悬挂部分和构架侧梁3局部不同外（206WP中央悬挂为无摇动台高圆簧外侧悬挂，206KP则为空气弹簧，并加装抗侧滚扭杆），其他部分完全相同其构架，摇枕均为焊接结构，U型侧梁，采用单转臂式轴箱定位，采用盘型制动和踏面复合制动。四方厂还在206KP，206WP转向架的基础上研制了适用于160-200km/h的SW-160转向架（SW代SifangWork），它主要有以下特点：构架由两片U型压型梁改为四块钢板拼焊结构；轴距由2400mm增加到2560mm；采用空气弹簧；空气弹簧横向间距由1956mm增加到2300mm，以改善车辆抗侧滚性能。209HS（HS指HighSpeed）转向架是浦镇厂在209PK转向架的基础上研制的，构造速度为160km/h，主要有以下改进：轴箱定位结构由弹性摩擦套定位改成无磨耗的橡胶堆定位；摇动台吊杆端部由销孔结构改为无磨耗弹性吊杆结构；改心盘支重为全旁承支重；取消空气弹簧阻尼孔，加装垂直油压减振器；轴箱悬挂系统加装垂直油压减振器；采用钢板焊接型构架以减轻自重；加装电子防滑器等。CW-1、CW-2转向架（CW代表ChangchunWork）是长客厂在吸收进口英国样车的T10-1转向架技术后，设计的两种准高速转向架，其中CW-1型中央悬挂采用纲簧和油压减振器，供准高速空调发电车使用；CW-2型中央悬挂为空气弹簧和可变节流阀，用于其他车种。CW-2转向架是：构架，摇枕为焊接结构；装用转臂轴箱定位装置和控制杆；全旁承支重；中央悬挂为有摇动台结构；设带橡胶套的中心销轴牵引拉杆横向挡，横向拉杆，横向油压减振器，抗侧滚扭杆；轴箱悬挂系统设垂直油压减振器；基础制动装置为单元盘型制动，设电子防滑器；广泛采用橡胶元件，改善隔振、隔音性能，减小磨耗。高速型1998年起，各工厂相继推出了自己的高速转向架，例如浦镇厂的PW-200转向架，长客厂的CW-200转向架，四方厂的SW-200、SW-220K转向架等。PW-200转向架（PW代表PuzhenWork）是在209HS转向架的基础上重新研制的，它优化了一系和二系悬挂参数；采用了无磨耗的橡胶堆轴箱弹性定位装置；采用高速轻型轮对；轴颈中心距改为2000mm；更换轴箱减振器安装位置；4装用带可调阻尼和弹性支承的空气弹簧，采用两端为球铰的纵向拉杆；装用新型盘轴式基础制动装置；优化了结构设计。SW-200转向架结构与SW-160转向架基本相同，其改进如下：优化了一系、二系悬挂系数；采用轴盘式基础制动装置，适用于200km/h的高速列车。该转向架在1998年6月的郑武线动力学试验中最高时速达到了240km/h。在这一阶段，长客厂生产了我国第一台CW-200型无摇枕转向架。其构架采用4块钢板拼焊，横梁采用无缝钢管，与侧梁连通作为附加空气室，中央悬挂采用无摇枕的空气弹簧悬挂，采用抗蛇行油压减振器，单拉杆牵引，设两个横向油压减振器和抗侧滚装置，其轴箱为转臂式无磨耗定位，并使用油压减振器，基础制动为每轴3个盘的轴盘式盘型制动装置。此后，长客厂又开发了CW-200KD、CW-300等型号的无摇枕转向架。5第二章构架的常见故障与分析转向架构架承受并传递车体的垂直载荷及纵、横向作用力，经过轮对传给钢轨，它是转向架受力最大的部件。转向架构架的主要损伤形式有裂纹、弯曲变形和磨耗。转向架的架构采用焊接架构，由于焊接工艺、结构设计和运用等方面的原因，易于在弯角处、吊座耳孔处、原有焊缝缺陷处等受力较大部位产生集中应力，在往复动载荷作用下就易于出现裂纹。1.产生构架裂纹的主要原因有⑴架构弯角处断面尺寸的突然变化，易产生应力集中而出现裂纹。⑵由于焊接工艺不良产生内应力而出现裂纹。⑶有焊接缺陷，如气孔、砂眼、加渣等，减弱了断面强度产生局部应力过大而出现裂纹。⑷焊接工艺不当，如未焊接、产生气孔、夹咬边等缺陷，加之焊修前、后热处理不当，在焊修处易发生脆裂。⑸构架上受力较大部位，侧梁导框、中心销边缘易出现裂纹。裂纹的检查方法，一般为目视外观检查，观察易发生裂纹处有无锈线或在油垢处有无细线，也可借助手电筒光线与被检查处成斜交照射来发现。对不易辨认的可疑迹象，可用乙炔焰烘烤的办法来判断，若被烤出呈现明显的缝隙则为裂纹。2.产生磨耗的主要原因有架构的磨耗主要发生在制动梁吊座耳孔、支杆吊座耳孔处、侧梁导槽的接触面等处。磨耗的检查方法，一般用目视外观检查即可，但也可用样板尺测量磨耗的深度，以确定磨耗的具体尺寸。3.产生弯曲变形的主要原因有架构弯曲变形有垂直弯曲变形（扭曲）和水平弯曲变形（翘曲）两种形式。架构垂直弯曲的原因多是由于架构受水平冲击使侧梁变形引起；水平弯曲则是架构受到较大的垂直载荷或由于焊接是产生的内应力随着时间的推移而引起永久性变形所致。弯曲变形的检查方法，应在平台上用量具进行测量，以判断架构弯曲变形的程度。64.减震装置的常见故障与分析金属橡胶弹簧既承受和传递垂向、纵向及横向载荷，又缓和车辆的振动与冲击，因此，金属橡胶弹簧的状态对转向架的性能影响甚大。金属橡胶弹簧的损伤形式主要是橡胶的老化。橡胶弹簧生产出来半年后，橡胶就逐渐开始老化，静态挠度也逐渐减小，严重者表现为橡胶块龟裂、明显变形、与金属板间粘接脱离等症状，此时，金属橡胶弹簧就必须更换。4.1金属螺旋弹簧金属螺旋圆柱弹簧不仅能缓和运行中产生的振动和冲击。还能承受和传递载荷，从而可以减轻车辆各部件及钢轨的损伤，使车辆在线路上平稳运行。如若弹簧发生了故障，轻者失去缓和车辆振动的作用，重者会造成车体倾斜影响行车安全，甚至引起车辆颠覆事故。因此，对弹簧认真检查，发现事故及时处理。金属螺旋圆弹簧的损伤形式主要有