（车辆工程专业论文）转k6型转向架延长检修周期和使用寿命可行性研究.pdf

摘要 摘要 随着铁道部下达2 0 0 6 年全面停止新造6 0 t 级货车的决定，转k 6 型转向架已经成为 新一代提速、重载的主型货车转向架。本文根据铁道部延长7 0 t 级铁路货车厂、段修周 期和使用寿命的要求，对装于7 0 t 级货车的转k 6 型转向架关键零部件能否满足铁道部 的上述要求进行了调研和分析论证。 本文详细介绍了转k 6 型转向架段修时对各主要零部件的分解检测情况，了解了该 转向架运用中的主要问题。同时，到全国各主要车辆段对同为下交叉支撑技术的转k 2 型转向架的厂、段修情况进行调研，为确定转k 6 型转向架的使用寿命和检修周期提供 参考依据。在对转k 6 和转k 2 型转向架的调研结果进行分析总结的基础上，针对运用 中出现的问题，对交叉杆、摇枕、侧架、l b 型组合式制动梁等关键件的结构和工艺进 行了优化，并对改进结构交叉杆、摇枕、侧架以及制动梁进行了疲劳寿命评估，并进行 了疲劳试验验证。 分析和验证的结果表明：转k 6 型转向架改进结构交叉杆、摇枕和侧架、l b 型组 合式制动梁等关键件均能够达到铁道部的上述要求，可以确保7 0 t 级货车延长厂、段修 周期和使用寿命；对一些使用寿命不能达到一个厂修期的零部件进行了分析，提出改进 建议，并合理确定了其检修方式和时间，使其不影响整车厂、段修周期和使用寿命的延 长。 通过本文的分析、总结和论证，转k 6 型转向架基本可以保证7 0 t 级新型铁路货车 延长厂、段修周期和整车的使用寿命，提高了车辆运用安全可靠性和寿命期内的综合经 济效益，全面提高了路运输的综合竞争力。 关键词：货车；转向架；检修周期；疲劳寿命 大连交通大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h et e r m i n a t i o no f6 0 tw a g o n sa sd i r e c t e db ym i n i s t r yo fr a i l w a y s ( m o r ) i n 2 0 0 6 z k 6h a sb e e nu p g r a d e di n t ot h em a i ns t a yo fn e w g e n e r a t i o nh i g h s p e e dh e a v y h a u l f r e i g h tw a g o nb o g i e t h i sp a p e rm a d ea ni n t r o d u c t i o no fz k 6b o g i ef o ri t sd e v e l o p m e n t m a j o rt e c h n i c a lf e a t u r e s ，t e c h n i c a lp r o g r e s sa n ds u b s e q u e n ta p p l i c a t i o n z k 6b o g i ei s b a s i c a l l ya2 5 ta x l e 1 0 a db o s o mf r a m e b r a c e db o g i e t h i sp 印e ra l s oe l a b o r a t ei nd e t a i lo nt h ed i s m a n t l ei n s p e c t i o no ft h i st y p eo fb o g i ei n d e p o tr e p a i rs oa st og r a s pm a j o ri s s u e smb o g i es e r v i c e i nt h em e a n t i m e ，c u s t o m e rv i s i th a s b e e ni n i t i a t e dt os o l i c i tf e e d b a c k so ni s s u e si d e n t i f i e dd u r i n gd e p o tr e p a i ra n do v e r h a u lw i t ha v i e wt oo b t a i n i n gr e f e r e n c ei n f o r m a t i o nf o rp o s s i b l es e r v i c el i r ea n dr e p a i rc y c l e sp 印e re v a l u a t e st h ef e a s i b i l i t yo fm o r sr e q u i r e m e n t so fe l i m i n a t i n ga c c e s s o r y r e p a i ra n de x t e n d i n gd e p o tr e p a i rt o2y e a r s ( m a j o rc o m p o n e n t s ) ，o v e r h a u lt o12y e a r s ( m a j o r c o m p o n e n t s ) a n dc o m p l e t ew a g o ns e r v i c el i f et o3 0y e a r st a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o no fa c t u a l p e r f o r m a n c e ，f a t i g u el i f ea n a l y s i sa n df a t i g u et e s t i n g i m p r o v e m e n t sa n do p t i m i z a t i o no f p r o d u c t i o nt e c h n i q u e sa n ds t r u c t u r a lf e a t u r e sf o rs i d ef r a m e ，b o l s t e r , c r o s sl i n k a g e b r a k e b e a m ，e t cs oa st om e e tm o r r e q u i r e m e n t s ac o r r e c ta p p r a i s a lf o ro t h e rm e t a l l i cc o m p o n e n t s f o rt h e i rs e r v i c el i r eh a sb e e nd o n es oa st od e t e r m i n et h e i rr e p a i rp r o c e d u r e s a sf o rt h o s e r u b b e ra n dn o n - m e t a l l i c p a r t sw h i c ha r en o tc o n f o r m i t yt os p e c i f i e dr e q u i r e m e n t s ，a r e a s o n a b l es e r v i c el i r eh a sb e e np r o p o s e ds ot h a tl i f em a n a g e m e n ta n d p e r i o d i cr e p l a c e m e n ti s u n d e r t a k e n f o rt h ew h e e l st h a ta l en o ta b l et om e e tm o r r e q u i r e m e n t s ，a na n a l y s i sh a sb e e n m a d ea n dp r o p o s a lo f f e r e d a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i s ，z k 6b o g i ec a nm e e tt h ed e m a n do fe x t e n d i n gd e p o t r e p a i r , o v e r h a u la n dc o m p l e t ew a g o ns e r v i c el i f eo f7 0 t sr a i l w a yw a g o n s e n h a n c et h et o t a l c o m p e t i t i o na b i l i t yo fr a i l w a y k e yw o r d s ：t g o n ；b o c e l e ；f a t ii f e w o r d s ：w a g o n b o g i e ；r e p m rc y e l e ；f a t i g u el i f e k e y i i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 2 0 0 6 年5 月，铁道部运输局装备部下发了运装货车 2 0 0 6 1 13 0 号文件关于贯彻铁 路货车安全质量工作会议精神开展“大检查、大反思活动的通知。该文件要求进一 步提高7 0 t 级新型铁路货车车体耐腐性能和转向架、钩缓、制动等关键配件的可靠性， 实现“取消车辆辅修，延长车辆检修周期和使用寿命，提高车辆运用安全可靠性和寿命 期内的综合经济效益”的目标，从而提高铁路货运竞争能力。为了科学、合理地评估转 k 6 型转向架能否满足铁道部的上述要求，并了解和掌握既有铁路货车及关键配件的实 际运用和维护情况，作者于2 0 0 6 年5 月至8 月期间，先后多次赴齐齐哈尔南、哈尔滨、 湖东、广州北、郑州北、永安车辆段和沈车公司、齐车公司修车厂对既有货车转向架的 关键零部件的运用、检修情况进行了深入细致的调研。在调研所得的大量数据的基础上， 结合在铁科院环行试验线进行的提速货车1 2 0 k m h 运行可靠性试验、对转k 2 型转向架 进行的多次专项调研情况以及对各关键零部件进行的有限元和疲劳强度计算，总结分析 7 0 t 级新型货车转向架关键配件的可靠性和使用寿命能否满足铁道部对7 0 t 级货车提出 的“取消辅修，厂、段修周期分别延长到1 2 年和2 年、车辆使用寿命延长到3 0 年 ( 以 下简称“一取消、两延长 ) 的目标。本文将主要介绍7 0 t 级铁路货车上装用的转k 6 型 转向架各关键件的调研、计算和分析情况。 1 2 本课题国内外现状的研究 在国内，现有铁路货车的使用寿命多年来一直规定为2 5 年1 1 , 2 1 。随着国民经济的发 展，铁路货运受到了公路及其它货运方式的强烈冲击。为了增强铁路货运的竞争能力， 降低铁路货运成本，提高铁路运输的综合经济效益，一个重要的手段就是延长铁路货车 的使用寿命。铁道部下达的一个初步的目标是将7 0 t 级铁路货车的使用寿命延长到3 0 年。经过论证分析认为，要想达到这个目标，车体不能再采用原来一直使用的耐候钢材 料，必须采用不锈钢等耐腐蚀性能更佳的材料，这样才可以满足车体使用寿命达到3 0 年的要求。那么对于与7 0 t 级铁路货车配套的转k 6 型转向架来说，要做到使用寿命与 车体相同，即保证整车的使用寿命能够真正达到3 0 年，就要求转向架的主要零部件如 摇枕、侧架、交叉杆等的使用寿命也必须能够达到3 0 年。 国内铁路货车的检修制度一直是采取按车辆的运行时间来确定是否要进行检修。车 辆的检修主要分为辅修、段修和厂修。辅修的间隔时间基本都是半年。而厂、段修的周 期根据车型的不同有所区别。一般铁路货车的段修期为1 年或1 年半，厂修期为4 年、 5 年、6 年、8 年、9 年不等1 1 , 2 1 。按车辆运行时间来确定检修的方法有它的不足之处， 大连交通大学工程硕十学位论文 就是不管车辆在一个检修周期内的使用情况如何，运行里程有多远，到了时间就必须进 行检修。这就造成了许多运行里程少，各零部件状态良好的车辆也要按固定的检修规程 进行分解检修，造成了资源的浪费和车辆运用维护成本的增加。特别是近年来车辆技术 的飞速发展和我国下交叉支撑转向架的成功运用，使得在车辆厂、段修时，转向架的各 部磨耗轻微，零部件运用状态良好，真正需要更换的零件很少。因此，铁道部有关部门 正在考虑对车辆检修制度进行改革。但是由于多年来的习惯做法和各项必要技术的普及 还需要一定的时间，同时对现有车辆的实际运行里程的统计有较大的难度，所以还不能 完全按照运行里程来控制检修时间。但是，鉴于近年来车辆技术特别是转向架技术的发 展，使转向架的运用情况大大好转，因此，完全有必要，也有可能来适当延长车辆的检 修周期，达到节约车辆维修维护成本，提高车辆整个寿命期内的综合经济效益。铁道部 提出的一个初步目标是取消7 0 t 级铁路货车的辅修，同时将其段修和厂修周期分别延长 到2 年和1 2 年。这也就同时要求与7 0 t 级货车配套的转k 6 型转向架的检修周期要能够 满足整车的要求。 根据多年来为国外用户生产制造铁路货车的过程当中了解到，国外货车的使用寿命 因国家或车辆所有者的不同而不同，一般都在2 5 年至3 0 年之间。而国外铁路货车的检 修制度也都各有不同。前苏联的货车检修制度和我国类似，也是以时间来划定检修周期， 周期的长短与我国也基本一致。他们现在也在对检修制度进行改革，因为他们车辆的利 用率并不是很高，在一个检修周期内车辆的运行里程较少，如果再按原来的制度检修， 会造成很大的浪费。而北美以及澳洲等国家铁路货车的检修都是以状态修为主，并在车 辆的运行里程来达到一定限度时进行一次集中检修。但各个国家对货车进行集中检修的 里程标准也都各不相同。例如在澳大利亚，铁路运用安全部门规定货车运行里程达到1 2 0 万至1 4 0 万公里时进行一次集中检修。那么对于某一车辆所有者来说，由于其各种车型 的年运行里程各有不同，因此，其集中检修的年限也都不同。 1 3 转k 6 型转向架的产生和应用 1 3 1 设计任务来源 为提高大秦线运输装备的技术水平、方便检修维护工作，推动我国铁路货运重载运 输事业的发展，2 0 0 2 年1 2 月2 4 日，铁道部运输局装备部在齐齐哈尔组织召开了大秦线 c 7 6 型全钢浴盆运煤敞车统图工作会议，会议确定了c 7 6 型敞车及配装重载转向架的主 要技术要求，明确在侧架交叉支撑技术基础上研制2 5 t 轴重重载转向架。2 0 0 3 年1 月9 日，铁道部运输局装备部在北京组织召开了c 7 6 型敞车及配装转向架设计任务建议书及 设计方案部级审查会，并以运装货车r 2 0 0 3 2 0 号文下发了c 7 6 型敞车及配装2 5 t 轴重 侧架下交叉支撑转向架设计任务书。 在充分借鉴和吸收1 9 9 8 年联合设计的2 5 t 轴重下交叉支撑转向架成功的技术和结 构、对在运用考验中暴露出的问题及不足进行了系统分析研究的基础上，同时鉴于转向 架最高运用速度由1 0 0 k m h 提高到1 2 0 k m h ，按照设计任务书的要求，齐车公司于2 0 0 3 年2 月完成了新型2 5 t 轴重下交叉支撑提速、重载货车转向架的工作图设计工作。 132 技术特点 转k 6 型转向架属于2 5 t 轴重带变摩擦减振装置的新型铸钢三大件式转向架，见图 1 1 。一系悬挂加装了创新研发的内八字形轴箱橡胶弹性剪切垫，实现了轮对的弹性定位， 保证车辆高速动力学性能的稳定、可靠，同时减小簧下质量，隔离了高频振动，降低了车 轮与钢轨间冲击和磨耗并改善曲线通过性能，实现了重载货车低动力作用目标，而且解决 了侧架导框磨耗问题，提高了转向架侧架等零部件的疲劳寿命；加装了自主研发的j c 型双作用常接触弹性旁承，实现空、重车合理的回转阻力矩匹配，消除了对车辆高速运 行稳定性产生影响的纵向间隙，该旁承结构采用侧面无磨耗设计，保证了转向架与车体之 间回转阻尼及车体的抗侧滚稳定性：优化设计了两级刚度弹簧中央悬挂系统，既提高了 空车时车辆对线路及振动的适应性，改善了空车的运行品质，又满足重车时承载量大的 要求】。 图1 1 转k 6 型转向架 f i g l l z k 6b o 画。 转k 6 型转向架主要技术参数如下： 轨距1 4 3 5 m m 大连交通大学工程硕十学位论文 轴重一2 5 t 固定轴距1 8 3 0 m m 轴颈中心距1 9 8 1 m m 旁承中心距1 5 2 0 m m 空车心盘面距轨面高6 8 0 m m 下心盘直径3 7 5 m m 车轮直径8 4 0 m m 基础制动装置制动倍率4 自重4 8 t 商业运营速度1 2 0 k m h 限速通过最小曲线半径1 4 5 m 1 - 3 3 转k 6 型转向架的应用 从2 0 0 3 年下半年转k 6 型转向架开始批量投入生产以来，已向国内1 9 家货车制造 厂进行了技术转让，分别在c 7 6 型敞车、c 8 0 型敞车、x 2 k 型平车上批量装车运用。从 2 0 0 5 年下半年开始，在7 0 t 级敞、棚、罐、平通用货车上批量装车使用，整个转向架的 研制工作已达到了预期的目标，到2 0 0 5 年末，累计装车数量已达7 0 4 3 辆。 转k 6 型转向架自2 0 0 3 年4 月装于c 7 6 b 型运煤专用敞车投入运用以来，截止2 0 0 6 年5 月最长运用时间已达3 年，最长运用里程已达7 5 万公里；2 0 0 3 年1 1 月装用于c 7 6 型运煤专用敞车的转k 6 型转向架运用时间也已达2 5 年，运用里程已达6 0 万公里。装 用于c 8 0 型运煤专用敞车的转k 6 型转向架运用时间也已达2 年，运用里程已达5 0 万 公里。其总的运用状态良好，各部磨耗轻微，故障率低。 转k 6 型转向架在大秦线c 7 6 和c 8 0 车上的应用为大秦运煤专用线开行万吨、两万 吨重载列车目标的实现作出了贡献，同时多运输煤炭对快速发展的国民经济提供了能源 保证，为大秦运煤专用线创造了可观的经济效益，同时为国家在大秦运煤专用线扩能改 造节约了大量的资金。 转k 6 型转向架现已成为我国铁路新一代提速、重载货车通用、主型转向架，按照 铁道部的总体安排，从2 0 0 6 年起，铁路货车全面升级换代，停止新造6 0 t 级货车，全部 新造装用转k 6 型转向架的7 0 t 级货车。在2 0 0 6 年铁道部招议标采购的2 5 0 0 0 辆7 0 t 级 货车中，就有2 2 2 9 0 辆各型货车采用转k 6 型转向架。 从转k 6 型转向架在大秦运煤专用线上运用所带来的显著经济及社会效益来看，随 着转k 6 型转向架的进一步推广应用，其必将创造更大的经济及社会效益。 4 第一章绪论 本章小结 本章主要介绍了课题的来源及意义，以及国内外的现状和发展趋势。同时对转k 6 型转向架的产生和应用进行了简要阐述。 5 大连交通大学工程硕士学位论文 第二章基本原理 2 1 交叉支撑技术原理 转k 6 型转向架是采用交叉支撑技术的三大件式转向架。 与传统h 型构架转向架不同，普通三大件式货车转向架，是由一个摇枕两个侧架组 成转向架的“构架，用来传递载荷并约束两个轮对的运动。作为三大件转向架的摇枕 可以相对左右侧架作浮沉、滚摆运动，但摇枕与侧架间不宜有相对摇头运动，因为这种 运动会削弱转向架对轮对蛇行的约束。可是像转8 a 型转向架那样的传统三大件式转向 架，侧架相对摇枕的水平( 摇头) 转动是通过摇枕两端的弹簧和斜楔减振装置来约束的， 这种约束方式并不十分牢靠，它所提供的阻止摇枕与侧架之间发生菱形变形的约束与弹 簧减振装置承受的载荷大小、斜楔的磨耗状态和几何形状有关。处在空车状态或斜楔严 重磨损和变形时，这种约束比较松散。转向架运行时，由于前后轮对会产生同相摇头及 反相横摆蛇行运动，将使左右侧架相对摇枕发生水平平面内的同相角位移，即转向架“构 架 发生菱形变形，因而轮对蛇行将与菱形变形相关，如图2 1 所示。摇枕与侧架间约 束菱形变形的能力通常用抗菱刚度k ，来表示。 图2 1 传统三大件式转向架的菱形变形 f i g 2 1t h ew a r po ft h r e e - p i e c eb o g i e 抗菱刚度的定义是使两侧架前后错动而施加的剪切力矩与两侧架中心连线相对于原侧 架中心线的转角( 侧架的菱形变位角) 之比。按图示的符号，一侧侧架的抗菱刚度为： k ，：丝k l ：丝 ( 2 1 ) 00 式中，f b 一作用于一侧侧架处的剪切力矩； 秒侧架的菱形变位角。 第二章基本原理 由上式可见，k ，口即为摇枕侧架间菱形变位的外加约束力矩m ，。 理论研究指出，三大件式转向架的抗菱刚度对转向架的蛇行运动稳定性有控制性作 用，抗菱刚度小，两轮对容易产生同相摇头和反相横移运动，转向架直线运行的稳定性 就差，容易发生蛇行失稳，并降低车辆平稳性。因此，提高三大件式转向架的抗菱刚度 是非常重要的。 交叉支撑转向架的原理就是在三大件式转向架的基础上，采用一种相互交叉的杆件 结构把转向架的左右侧架弹性地连接起来，如图2 2 ( a ) 所示【5 川】。 ，、 f k k y 一j 力 ， 6 ， 、 m l k l oo ( a )( b ) 图2 2 交叉支撑转向架原理图 f i g 2 2t h ep r i n c i p l eo ff r a m e - b r a c eb o g i e 图中原三大件转向架摇枕与侧架之间在水平平面内相互菱形运动的约束刚度用 k ，表示，即一侧侧架对摇枕的抗菱刚度。每个交叉杆端与侧架在水平面内的连结刚度 用k 表示，而且定义为沿交叉杆轴线的刚度。为了分析加装交叉支撑后的转向架抗菱刚 度，在左右侧架上加一方向相反的力f ，如图2 2 ( b ) 所示，假设左右侧架在外力矩2 f b 的 作用下分别反向移动了一个很微小的纵向位移a x ，( 图中的表示是放大的) ，那么在侧 架与摇枕的连接处则产生平衡反力矩m ，在侧架与两交叉杆连接处则产生压缩及拉伸 反力e 与e 。由于结构、位移和轴向橡胶垫刚度的对称性，可以认为e = 只。对一个 侧架而言，由e 与只对侧架与摇枕的交接点产生的回转力矩m r 、m r 与原三大件抗菱 力矩m 将一起平衡乃。即： m 五+ 蚝+ m l = f b ( 2 2 ) 为了进一步说明交叉杆的作用，把侧架小位移引起的相对于摇枕和交叉杆的变位 局部放大如图2 3 所示。图中，0 为左右侧架纵向位移缸后相对于原中心连线的角位移。 为交叉杆产生的角位移。血为交叉杆端头弹性元件产生的轴向位移。口为交叉杆与 侧架的交角，s 为交叉杆的长度。根据图示的几何关系，可以得到如下的近似关系： 7 大连交通大学工程硕十学位论文 缸：抬生 c o s 口 厶b o c o s 口 由力矩平衡关系可得： 2 f b = 2 k q o + 4 k a s s i n o t x s x c o s a t = 2 k ，口+ 4 k b 2 0 c o s 2 口 f b = o ( x 4 + 2 k b 2 c o s 2o r ) 由一侧侧架抗菱刚度定义可知，此时交叉支撑转向架的抗菱刚度为： g l = 一f b ：心+ 2 k b 2 c 。s 2 口0 却 图2 3 侧架小位移放大示意图 f i g 2 3e n l a r g eo fs i d ef r a m e sd i s p l a c e m e n t ( 2 3 ) ( 2 4 ) 由此可见，交叉支撑转向架的抗菱刚度由两部分组成，一是摇枕侧架间的抗菱刚度 k ，二是与两交叉杆端头刚度k 及口角有关而形成的交叉支撑装置的抗菱刚度。因此， 1 ， 交叉支撑装置引入原三大件式转向架之后，其抗菱刚度显著增大。根据实测结果，交叉 支撑转向架的空、重车抗菱刚度可比原三大件式转向架提高3 , - - 6 倍，从而提高了车辆 蛇行失稳临界速度，防止在最高运行速度范围内发生蛇行运动，不仅使车辆具有更好的 运行平稳性和脱轨安全性，而且使车辆在直线与曲线运行时的轮轨冲角减小，可有效减 少车轮与钢轨的磨耗。交叉支撑装置克服了传统三大件转向架的正位对斜楔状态的依 第二章基本原理 赖，同时，还可有效改善斜楔的受力状态，延长减振装置摩擦副的使用寿命，提高转向 架减振性能的稳定性。 从交叉支撑装置的结构来说，连接侧架的两根交叉支撑杆有两种组成方式。一种 是中部相互交叉固接结构，如图2 4 ( a ) 所示。这种交叉支撑装置使两侧架具有更强的正 位能力，两个侧架之间只有交叉杆端头橡胶垫允许的微小弹性变形，不能产生较大的相 对运动。另一种是两根交叉杆相互不连接，如图2 4 ( b ) 所示是两根独立的连杆，这种 组成方式也可阻止两侧发生菱形变形，但两侧架可以相互产生微小的正、反向梯形变形， 如图2 5 所示。由于侧架、承载鞍与( 轮对) 轴承的水平摩擦阻力较大，通常侧架很难 相对( 轮对) 轴承水平移动，可有效约束两侧架的梯形变形，如果侧架与承载鞍采用弹 性定位，则效果更佳。理论研究指出，两侧架的微小梯形变形对车辆的动力学性能没有 影响。这两种交叉支撑装置都可使转向架具有良好的抗菱刚度和抗剪刚度。两根交叉支 撑中部固接结构，即转k 2 型转向架所采用的交叉支撑装置；而中部不固接的两根连杆 式结构，即转k 1 型转向架所采用的交叉支撑装置。 ，1 2 30 1 占检钡0 车辆总数的比例 1 4 8 磨耗 段修厚度1 2 6 限度 l 2 , 1 7 】 厂修厚度2 3 0 在大秦线上运行的c 8 0 ( c 8 0 h ) 和c 7 6 型敞车，自2 0 0 5 年6 月以来，出现了r e 2 a 型轮对踏面圆周垂直磨耗严重的问题。在现场对1 2 2 辆c 8 0 ( c 8 0 h ) 的车轮进行的检 测表明，其中有5 7 辆车的运行里程晟长，已达到3 3 万多公里。这5 7 辆车的车轮踏面 垂直磨耗量最大达到1 1 m m ，但只有1 个，磨耗量在6 1 0 r m a 的占l 雠，4 6 m m 的占 6 77 6 。平均垂直磨耗量为5 m m 。 测量中发现，凡是磨耗较重的车轮踏面七都存在严重的圆周划痕现象，从闸瓦的磨 耗表面形态看，存在严重的凸起硬点和金属镶嵌现象，见图3 3 、图3 4 。 另外，还有部分车轮踏面发生辗堆现象，见图35 。 3 32 轮缘磨耗情况 p 6 5 检修时，一个段修期内车轮轮缘磨耗很小，磨耗量在2 r a m 以下的占总数的9 2 。 详见表3 2 所示。 c 8 0 ( c 8 0 h ) 型敞车在运用过程中还反应出有少量轮对的一侧轮缘磨耗问题，在第 删3 31 轮踊血形态 f i g33 t h es u r f a c ec o n d i t i o no f w h e e l s 1 4 第三章关键配件运用调研 i 矧3 4 一瓦成面形态 f i g34r h cs u r f a c cc o n d i t i o no f b r a k cb l o c k s 图3 5 车轮踏面辗堆 f i g35 t h e f l o m i n g o f t h e w h e e l ss u r f a c , e 一次检测的1 2 2 辆车中，轮缘磨耗量超过3 m m 的占车轮总数的55 ，最大磨耗量达到 9 m m ；占车轮总数的01 。 后来对这一现象又做了进一步的专项调查。调查中，对湖东车辆段即将进行段修的 3 3 辆c 8 0 ( c 8 0 h ) 型敞车( 共计1 3 2 个轮对，2 6 4 个车轮) 进行了检测，发现其中有 l3 个轮对的单侧轮缘磨耗比较严重，占被测轮对总数的98 ，其中轮缘剩余厚度不大 于2 5 m m ( 段修限度) 的车轮9 个，厚度为2 7 m m 的车轮4 个，详见表3 3 。从表33 和 现场调查中可以看出如下情况： 大连交通大学工程硕十学位论文 ( 1 ) 同一轮对上只有一个车轮的轮缘发生磨耗； ( 2 ) 同一转向架的两条轮对不同时发生轮缘磨耗现象； ( 3 ) 发生轮缘磨耗的轮对，其同侧的制动梁均有横向偏移的现象，使一侧闸瓦贴 靠轮缘，并且该轮缘发生磨耗，见图3 6 、图3 7 ； ( 4 ) 发生磨耗的轮缘，其磨耗表面并不是完全光亮的状态，且外形仍是圆滑过渡， 不同于轮缘与钢轨磨耗的情况。与其接触的闸瓦的外形也磨耗得与轮缘形状吻合。 ( 5 ) 观察运行大约一年的c 8 0 型敞车，车轮轮缘的磨耗轻微。 表3 3c 8 0 ( c 8 0 h ) 型敞车轮缘磨耗调查情况 t a b l e 3 3t h ew g a ro f t h ef l a n g eo f c 8 0 ( c 8 0 h ) 序 车型车号 制造日轮缘磨耗轮缘厚度 号期 制造厂 制动梁状态 车轮位数 ( m m ) 1c 8 04 3 7 0 0 5 70 4 0 2 齐厂 82 6 向7 位车轮偏移 c 8 0 h 20 3 1 0株厂32 5 向4 位车轮偏移 4 3 9 0 0 0 0 3c 8 04 3 7 0 0 5 60 4 0 2 齐厂 32 7 向4 位车轮偏移 4c 8 04 3 7 0 0 5 90 4 0 2 齐厂 82 5 向7 位车轮偏移 5c 8 04 3 7 0 1 3 00 4 0 2蒙厂22 6 向1 位车轮偏移 6 c 8 04 3 7 0 0 9 5 0 4 0 3齐厂 82 5 向7 位车轮偏移 7c 8 04 3 7 0 0 4 70 4 0 2 齐厂 32 7 向4 位车轮偏移 8c 8 04 3 7 0 0 9 l0 4 0 3 齐厂 52 6 向6 位车轮偏移 c 8 0 h 90 3 1 0株厂32 5向4 位车轮偏移 4 3 9 0 0 0 1 1 032 5 向4 位车轮偏移 c 8 04 3 7 0 0 2 90 4 0 2 齐厂 1 l82 6 向7 位车轮偏移 1 2c 8 04 3 7 0 0 6 60 4 0 2 齐厂 82 7 向7 位车轮偏移 1 3c 8 04 3 7 0 0 2 20 4 0 2 齐厂 82 7 向7 位车轮偏移 1 6 兰三兰垄堡! 丝兰里! 竺 酗3 6c 8 04 3 7 0 0 9 5 ，8 竹1 一轮 f i x36n o8w h e e lo f c 8 04 3 7 0 0 9 5 图37c 8 0 4 3 7 0 0 9 5 ，7 位车轮 f i g37 n 0 7 w h e e lo f c 8 0 4 3 7 0 0 9 5 3 4l b 型组合式制动梁 l b 型组合式制动梁是齐车公司2 0 0 1 年研制的，2 0 0 2 年生产了1 3 0 0 辆份装车投 入运用考验。2 0 0 3 年末开始批量生产。截止到2 0 0 6 年5 月，齐车公司己生产l - b 型组 合式制动梁约3 4 8 0 0 辆份，装车运用已近4 年。检修过程中组合式制动梁情况较好，支 柱磨耗小，瓦托松动、梁架和滑块根部裂纹等情况极少。 2 0 0 5 年3 月以来，在制动梁检修过程中曾有少量梁架出现安全链吊座焊缝冷裂纹 查垒兰堡尘兰三堡璺圭兰堡堡兰 的现象，见图38 。统计到2 0 0 6 年8 月，由齐车公司生产的组合式制动梁有2 3 根出现 了这种裂纹，占生产制动粱总数的01 6 。 3 5 橡胶件 圈3 8 制动粱裂纹 f i g38 t h ec r a c ko f t h eb r a k eb e a m 3 5 l 轴箱橡胶垫 对c 7 6 和c 8 0 型敞车进行的多次现场考察时发现，轴箱橡胶垫自2 0 0 3 年投入运用 以来一直作用良好，没有发生过失效的现象，表面龟裂情况也很少，并且不超过检修限 度。至于橡胶的抗老化性能能否满足一个质量保证期( 6 年) 的要求，还须作进一步观 察。但是由于该件可以在段修时方便地更换，因此，不会影响检修周期的延长。 352 弹性旁承体 转k 2 型转向架用老型弹性旁承体在运用一个厂修期后基本无裂损，永久变形量在 15 m m 左右，说明弹性体的作用良好，抗老化性能较好。j c 型双作用弹性旁承体运用 至今未发现裂损，基本没有永久变形。因其制造质量保证期为6 年，参考老型弹性旁承 在转k 2 型转向架上的运用情况，该件基本可以保证在一个质量保证期内不失效。 第三章关键配件运用调研 3 5 3 交叉杆轴向橡胶垫 p 6 5 型棚车的厂修期为6 年，实际上是按照运行里程掌握的，即运行里程超过8 0 万公里即开始厂修。而厂修时车辆运行里程都已超过1 0 0 万公里，最长的已接近1 6 0 万 公里。此时转向架轴向橡胶垫状态仍较好，未发生失效现象，裂损情况很少，永久变形 量平均在2 毫米左右。 本章小结 本章首先介绍了各车辆段和工厂对转k 6 和转k 2 型转向架进行检修的总体情况； 然后分别介绍了交叉杆、摇枕和侧架、制动梁以及车轮等关键件在实际运用中出现的故 障现象、类型、数量和比例进行了详细的总结整理：最后对转向架上应用的几种起关键 作用的橡胶件的使用情况进行了介绍。 1 9 大连交通大学工程硕士学位论文 第四章延长检修周期和使用寿命可行性评估 在对转k 6 和转k 2 型转向架进行的多次现场调研基础上，并结合对某些大部件进 行的疲劳寿命分析，本文对7 0 t 级货车1 2 0 k m h 提速运行后转k 6 型转向架各关键零部 件能否满足“两延长、一取消 的要求进行了以下分析评估。评估中车辆年运行里程按 1 5 万公里计算。 4 1 交叉杆 根据第二章中介绍的交叉支撑转向架的技术原理可知，交叉杆是提高转向架抗菱刚 度的关键部件，是决定转k 6 型转向架能否达到1 2 0 k m h 运行要求，满足铁道部铁路货 车重载提速要求的决定性因素。因此，必须保证交叉杆在运用中安全可靠。对于现场调 研中发现的交叉杆运用中的一些问题，大多已经进行了改进。针对少量交叉杆在中部与 扣板间的焊缝处断裂的现象，再次对交叉杆的结构进行了优化。 4 1 1 交叉杆的运用情况和主要故障类型 从转k 2 型转向架多年的运用情况看，交叉杆的故障率非常低，只占运用总数的 0 5 3 9 0 。广 少h h l 车辆段p 6 5 型棚车第一次厂修时平均运行里程在1 2 0 万公里以上，最 长的已达到1 6 0 万公里，其上装用的交叉杆绝大多数状态良好，可以继续装车使用。从 2 0 0 6 年7 月开始，广州北车辆段已经对p 6 5 型棚车进行第二次厂修。至8 月底，已修 理了5 0 多辆。其平均运行里程在2 0 0 万公里以上。从这5 0 多辆车的交叉杆检修情况看， 除了少量美国件的环焊缝出现裂纹外，没有发现其它故障。因此，从实际运用情况看， 交叉杆可以满足厂修期延长到1 2 年的要求。 交叉杆在运用过程中发生的故障类型主要有安全链链蹄环磨耗杆体、端头环焊缝开 裂、杆体裂纹以及杆体弯曲。链蹄环磨杆体是由于链蹄环组装后自由倒下并与杆体接触， 在运行过程中由于振动导致杆体磨耗，见图3 1 。对此，改进了链蹄环的组装方式，更 改后如图4 1 所示，已更改的交叉杆不再出现磨耗现象；端头环焊缝裂纹均发生在美国 进口的交叉杆上，是由于其接头形式不合理造成的。国产化时对环焊缝的接头形式进行 了优化，优化后的交叉杆至今没有发现开裂的现象；杆体弯曲均为刮碰所致，刮碰的痕 迹和现象比较明显，。不属交叉杆自身缺陷造成；杆体裂纹多出现在与中央扣板的u 型焊 缝端头，见图3 2 ，是焊缝质量不良引起的。为此，应对交叉杆的结构进行了改进，考 虑取消中央扣板与杆体之间的焊缝。 第四章延长检修周期和使片 寿命可行性评估 图41 改进后的链蹄环组装方式 f i g 4 1t h e i n n o v a t e da s s e m b l i n g m o f t h e l i n k 4 12 改进结构交叉杆 在对原结构交叉杆进行了疲劳寿命计算后，发现原结构交叉杆的使用寿命仅在7 0 万公里左右，其疲劳寿命最低的部位就是中央扣板与杆体的连接焊缝端部。为进一步提 高交叉支撑转向架交叉杆的疲劳寿命和使用可靠性，实现寿命达3 0 年或5 0 0 万公里的 目标，本文完成了中部无焊接改进结构交叉杆的设计、试制、试验验证等工作。同时对 改进结构交叉杆进行了疲劳寿命评估。 ( i ) 交叉杆结构改进的主要原园 原结构交叉杆在疲劳试验过程中，失效的交叉杆虽然疲劳试验次数不同，但疲劳失 效部位均为交叉杆钢管与交叉杆扣板连接的纵向焊缝端部( 外侧) 或u 型焊缝端部焊趾 处。由此可见：交叉杆最薄弱部位为交叉杆钢管与交叉杆扣板连接的四条纵焊缝和背部 u 型焊缝处。虽然通过对焊缝进行焊后热处理、修磨、喷丸处理等可提高焊缝部位的疲 劳强度，但提高幅度有限。其根本原因是：交叉杆杆体与扣板采用焊接连接方式后，其 疲劳强度将远低于交叉秆钢管母材的疲劳强度。因此，有必要研究取消交叉杆中部扣板 与杆体间的纵向焊缝及背部u 型焊缝，以实现大幅度提高交叉杆疲劳寿命的目标。 ( 2 ) 改进结构与原结构的主要区别 改进结构交叉杆的主要改进内容是： 取消了交叉杆扣板与交叉杆杆体闯的纵向连接焊缝及背部u 型焊缝： 增加了2 个u 型高分子弹性垫及1 个x 型高分子弹性垫，阻避免扣板与杆体问、 轩体与杆体间产生微动磨损( 详见图4 2 、图4 3 ) 。 配套调整了扣板u 型槽尺寸及塞焊孔位置。 垒堡苎望查兰三塞堡三兰堡丝塞 爹 罔4 2u 州弹性毕、x 删忡悱垫一维罔 f i 9 42t h e 。u p a da n d x p a d 围4 , 3 改进结构交叉杆两扣扳连接示意图 f 1 9 43 t h ec o n n e c t i n g m a n n e ro f c o v e r s 改进结构交叉杆杆体结构及尺寸、交叉杆端部弹性结点及上下扣板连接方式等均没 有改变。 ( 3 ) 改进结构交叉杆动应力测试和疲劳寿命评估 2 0 0 6 年3 月，在装用改进结构交叉杆的c 6 4 k 和c 7 0 型敞车进行线路动力学性能 测试过程中，对改进结构交叉杆的动应力进行了测试，并对改进结构交叉杆进行了疲劳 寿命评估。本次动应力测试的试验线路与原结构交叉杆动应力测试的试验线路相同。 动应力测试结果 动应力测点共计3 0 个，见图44 和图4 5 。 在重车状态下： a ) 改进结构交叉杆中部压窝边各测点的动应力最大，且该部位b 杆的动应力均大 于a 杆。如b 杆的最大应力点的应力幅达到1 4 27 m p a ：a 杆的最大应力点的应力幅为 1 2 89 m p a 。 b ) 改进结构交叉杆端部环焊缝处各测点的动应力较大，a 、b 两杆该部位的动应力 也相差不大。如a 杆上最大应力点的应力幅为5 68 m p a ；b 杆上最大应力点的应力幅为 5 57 m p a 。 第四章延长检修周期和使用寿命可行性评估 c ) 改进结构交叉杆扣板处各测点的动应力不大。其中，a 杆扣板处最大应力点的 应力幅为3 4 0 m p a ；b 杆扣板处最大应力点的应力幅为2 1 2 m p a ；扣板处其他测点的应 力较小，有的只有几m p a 。 对空、重车动应力测试结果进行了比较： a ) 改进结构交叉杆中部压窝边，空车的动应力均比重车时小。其中，a 杆的最大应 力点在空车时的应力幅比重车时降低2 6 - - 5 0 ，b 杆的最大应力点空车比重车时降低 3 4 - 4 6 。 b ) 端部环焊缝处，空车时的最大应力幅比重车时降低4 3 - - 6 8 。 c ) a 、b 杆扣板处空车与重车的最大应力幅比较接近，且都不大。 由此可见，转k 6 改进结构交叉杆大部分测点的空车动应力均比重车时明显减小。 图4 4 交叉杆动应力测点位置 f i g 4 4m e a s u r ep o i n t so f b r a c e r o d 图4 5 交叉杆扣板测点位置 f i g 4 5m e a s u r ep o i n t so f c o v e r s 改进结构交叉杆疲劳寿命评估 为了计算新交叉杆在运用中的疲劳损伤，并预测其寿命，将动力学试验区间( 齐齐 哈尔一龙江) 重车和空车状态下实测的应力一时间历程，分别编制了各部位大应力测点 的应力谱。根据应力谱的情况，选取应力较大的点进行疲劳损伤计算和疲劳寿命预测。 大连交通大学工程硕士学位论文 a ) 改进结构交叉杆中部压窝边各测点实测应力谱的损伤计算 由应力谱得知，无论是重车状态还是空车状态，转k 6 改进结构交叉杆中部压窝边 的动应力最大。在该部位取三个大应力测点的应力谱进行损伤计算。 通过对改进结构交叉杆进行疲劳性能试验，得到中部压窝边不同可靠度下的疲劳性 能： 5 0 - 1 靠度下，正1 如= 1 3 6 m p a , m = 6 9 ， n = 2 x1 06 次； 9 9 可靠度下，o r _ 1 舶= 9 1 m p a , m = 6 5 ， n = 2 x1 06 次 采用工程中广泛应用的线性累积损伤法则( m i n e r 法则) 计算各测点实测应力谱的 损伤值d ： 。= 爱 c 4 1 ) 式中，和惕为各测点应力谱各级应力水平的幅值和出现的次数； 以和m 为交叉杆中部压窝边的疲劳极限及其s - n 曲线方程的幂指数； n = 2 1 06 次。 将上述各参数和空、重车各测点的实测应力谱代入损伤计算公式，可得出它们的损 伤值d ，列于表4 1 中。 表4 1 转k 6 新交叉杆中部压窝边空重车实测应力谱的损伤计算结果 t a b l e 4 1t h ed a m a g ec a l c u l a t i o no ft h em i d d l ep r e s s e dp a r to fr o d 5 0 可靠度9