数学之机车问题.pdf

S S8型机车车晃原因的分析及处理 马金城 刘俊武 崔光玮 杨立刚 石家庄机务段 河北 石家庄0 5 0 0 0 0 摘要 分析了油压减振器 二系弹簧装置和轮对踏面等部件对S S8型机车车晃的影响 并通过机车车晃 处理实例说明了这些部件对机车运行品质的影响 关键词 电力机车 走行部 部件 车晃 中图分类号 U 2 6 4 8文献标识码 B文章编号 1 6 7 2 1 1 8 7 2 0 0 5 0 2 0 0 5 0 0 3 电力机车与城轨车辆 0 1 02 3 4 第2 8卷第2期 2 0 0 5年3月2 0日 V o l 2 8N o 2 M a r 2 0 t h 2 0 0 5 收稿日期 2 0 0 4 0 9 0 9 1 车晃故障现象及判定 S S8型机车自1 9 9 8年在我段投入运用 近年来出 现的比较突出的问题就是在速度为1 0 0 1 2 0 k m h的 情况下反映车晃 即横向稳定性差 该状况的产生和持 续 不仅容易造成乘务员疲劳 而且车体与转向架发生 急剧碰撞会造成轴箱吊环开裂 使机车的中心限位销 在根部出现裂纹 甚至对轴箱轴承的可靠性产生影响 对机车的安全运行是个隐患 车晃的确定目前只是根据乘务员的个人感觉 还 没有专门的测量仪器 即使是使用日本产U H 3型机 车振动测试仪 其检测结果也无法和 铁道机车动力 学性能试验鉴定方法及评定标准 相对应 缺少令人 信服的证据 而且影响车晃的原因到底涉及到哪些因 素及影响机理 又如何控制或者改善 这是我们一直探 讨的问题 2 车晃原因分析 根据我们对相关资料的查阅和在实际处理车晃过 程中积累的经验 认为影响机车横向稳定性的因素除 去轮轨间隙 线路缺陷和机车本身设计因素外 还涉及 到机车走行部的油压减振器 二系弹簧装置和轮对踏 面等 2 1 油压减振器的影响 油压减振器主要是利用液体油粘滞阻力作负功来 吸收振动能量 能够对机车横向稳定性造成较大影响 的油压减振器有两种 横向减振器和抗蛇行减振器 当 车体与转向架之间发生相对运动时 减振器就会将这 部分动能吸收 转化为减振器的热能 以降低失稳下的 车体振动加速度 从而使车体振动幅度减小 起到衰减 振动的作用 横向油压减振器横向连接在转向架和车体之间 用来衰减两者之间相对横向振动加速度和振幅 横向 油压减振器的阻尼力与振动速度有关 在振动速度为 0 1 m s时产生的阻尼力就能达到1 0 k N 见图1 对 振动能够起到明显的衰减作用 当横向油压减振器发 生漏油 内部阀门失效等故障时 在减振器的拉伸或压 缩的初始阶段就不会有阻尼力或阻尼力很小 导致机 车振动加大 蛇形运动加剧 车晃严重等不良现象 但 是如果是由于减振器阀门调节不好而造成阻尼力过 大 那么车体和转向架间就象是刚性连接一样 车体会 随着转向架的横动频率和振幅一起振动 晃动大 抗蛇行减振器纵向布置在转向架中部两侧 用来 控制转向架的蛇行运动 抗蛇行减振器的特性是对振 动速度非常敏感 即使振动速度不大 其阻尼力也会很 快上升 在振动速度为0 0 4m s时产生的阻尼力为 8 k N 见图1 在轮对失稳带动转向架一起蛇行运动 时 通过抗蛇行减振器产生的阻尼力 抑制和衰减转向 架蛇行的频率和振幅 从而使转向架趋于稳定 如果抗 蛇行减振器在工作环境下产生的阻尼力过小 就不能 有效的抑制 衰减转向架蛇行 但是阻尼力太大又不利 于机车通过曲线 因此必须按照工艺要求对减振器进 行性能试验 禁止不合格减振器装车 正常的情况下 机车在运行中偶尔也会因为地基 图1 S S8型机车减振器性能曲线 5 0 马金城等 S S8型机车车晃原因的分析及处理 2 0 0 5年第2期 松软 线路缺陷 过道岔等原因出现晃动 不过机车晃 动两三下就能自动调整到平稳状态 表明减振器在此 过程中起作用 如果机车在平直的线路上运行达到某 一速度后就一直处于不停的晃动中 并且在运行很长 一段时间后 横向减振器和抗蛇行减振器没有温度变 化 不发热 表明减振器没有做功 没有起到衰减和抑 制振动的作用 由此可断定车晃与减振器的性能不良 有关 我段大部分机车的车晃是由这种原因造成的 所 以一般情况下只要对这些性能不合格的减振器进行及 时更换 车晃情况就能够得到控制 2 2 二系弹簧装置的影响 为了改善机车高速运行时的横向平稳性 减弱转 向架与车体之间的相互影响 S S8型机车在车体与转 向架之间设置了柔软的横向弹性连接装置 即横动装 置 它是由高圆簧加中间带孔的橡胶垫组成二系悬 挂 一方面满足车体横动及通过曲线的要求 另一方面 在横向上分隔了车体与转向架的质量 使车体不直接 参与转向架的横向振动 这样使机车的稳定性问题主 要成为转向架的稳定问题 可通过改变二系悬挂参数 来改善转向架的蛇行稳定性 达到使车体稳定的目的 韶山8型电力机车检修工艺 对二系弹簧的自由 高度和压缩高度差都有明确规定 要求二系弹簧在工 作状态下的高度差 即压缩高度差 为 同一台转向架 不超过2 m m 同一台机车不超过4 m m 如果同一台机 车上的二系弹簧工作高度相差较大 车体与转向架间 的支撑点就不能保证基本处于一个平面 使车体处于 了不平稳状态 同时还会造成车体在转向架上配重的 不均匀 再加上运行中列车纵向冲动对机车的作用力 使车体在转向架上的配重呈现没有规律的瞬间变化 破坏了转向架在运行中的稳定性 致使轮对始终不能 够在滚动中找到平衡 直接造成转向架的不稳定 2 3 轮对踏面的影响 轮对踏面等效斜率对转向架横向稳定性来说是影 响最显著的因素之一 临界速度约与踏面等效斜率的 平方根成反比 S S8型机车原来采用的是锥形踏面 在 运用过程中随着轮对走行里程的增加 踏面磨耗增加 曲率增大 使等效斜率增大 临界速度 使构架运动失 稳的速度 随着等效斜率增大而降低 当机车运行速 度接近或达到临界速度时转向架就会失稳 车晃加剧 S S8型机车从1 9 9 8年投入运用至大修期间采用的 是锥形踏面 厂修机车的轮对踏面全部改为磨耗形踏 面 J M 3型 锥形踏面与磨耗形踏面各有优缺点 锥 形踏面的优点是等效斜率小 机车临界速度较高 有利 于保证机车高速度下的横向稳定性 缺点是踏面磨耗 较快 需要及时镟轮 磨耗形踏面优点是磨耗少 延长 了镟轮里程 减小了镟轮时的车削量 缺点是等效斜率 较大 对高速机车蛇行稳定性不利 必须采取相应的措 施来保证机车具有足够的蛇行稳定性 从改用磨耗形 踏面的厂修机车在我段的运用情况来看还是存在蛇行 稳定性不好现象 乘务员反映车晃的频率较高 S S80 0 8 2机车厂修回段后 在运用中乘务员一直反映 车晃 在2 0 0 4年4月2 6日定修时发现左1轮对踏面 有两处剥离缺陷 需要镟轮 从试验的角度出发 在镟 轮时我们将轮对踏面镟成锥形踏面 机车投入运用后 乘务员再也没有反映过车晃 如果厂修机车单是改用磨耗形踏面 而其它走行 部参数如悬挂装置 减振器的阻尼系数 轮对弹性定位 装置等还是以前采用锥形踏面时的参数 是否还能够 保证机车高速下的横向稳定性 回段的1 0台厂修车全 部存在车晃现象是否是因为轮对踏面的因素 这个问 题还需要长时间和大范围的试验以及专家的鉴定 法国的T G V高速列车采用斜率为1 4 0的锥形踏 面 德国的I C E高速列车采用磨耗形踏面 新踏面等 效斜率高达0 2 他们的运用经验及试验表明 采用 两种不同踏面都能在速度高达3 0 0 k m h时保证机车 的蛇行稳定性 满足高速机车的要求 所以如果能够根 据轮对踏面的改变而科学地改变走行部其它参数 吸 取国外先进的经验和技术 我国的S S8型机车完全可 以实现新的突破 3 S S8型机车车晃处理实例 为了验证以上这些因素对机车横向稳定性的影响 程度 我们结合机车运用情况选定了乘务员反映车晃 频率相对较高的几台车进行整治 首先对车晃的机车 进行添乘 检查各减振器 弹簧装置和轮对的状态 对 于车晃较为严重的机车进行扣车整修 一般情况下 具 体工作步骤是 1 对横向减振器和抗蛇行减振器进行性能试 验 不合格的进行更换 2 测量二系弹簧自由高度和压缩高度 并根据 实际数据进行重新选配 3 检查踏面磨耗 如果踏面磨耗超限 及时对轮 对进行镟削 3 1 S S80 1 0 7 机车整治过程 S S80 1 0 7机车是在第二次中修后投入运用大约走 行1 0万k m的时候才开始出现严重车晃的 我们先将 预先试验性能合格的横向减振器和抗蛇行减振器替换 上车 经过试运 发现效果不明显 于是考虑二系弹簧 5 1 电力机车与城轨车辆 2 0 0 5年第2期 装置的影响 中修时由于缺乏试验机 二系弹簧的压缩 高度无法测量 只能按照原来的位置和次序重新装上 车使用 这样的做法忽略了二系悬挂对机车横向稳定 性的影响 由于材质 热处理 加工精度等原因 二系弹 簧经过一个甚至两三个中修期的使用后很容易产生永 久性变形 这一组中的8个二系弹簧变形程度也不一 样 对二系弹簧装置工作高度的变化不能进行及时调 整 在工艺上是不允许的 于是我们又将新购入的一组 二系簧连同橡胶垫按工艺进行选配 替换上车 试运时 发现机车横向晃动大的问题得到了解决 对换下的二 系簧进行压力试验 发现其压缩高度分别为4 3 5 4 4 1 4 4 2 4 4 0 4 3 9 4 4 0 4 4 0 4 4 2m m 都发生了变化 按照 原来的搭配很显然是不符合工艺要求的 通过对S S80 1 0 7机车的整治 使我们更加清楚地认 识到二系弹簧装置对机车横向稳定性的影响程度 也 为我们今后的中修工作提出了新的要求 3 2 S S80 1 1 3 机车整治过程 将车上的4个横向减振器和4个抗蛇行减振器拆 下直接送试验台做性能试验 结果证明1个横向减振 器 3个抗蛇行减振器性能不合格 其原因是在长期使 用中由于油的挥发导致缺油 更换减振器后投入正常 运用 该机车平稳运行状态维持了大约3个月 又恢复 到原来的状态 首先 检查减振器一切正常 没有发现 有漏油 端部连接件活动等不良现象 其次 更换二系 弹簧 过程如S S80 1 0 7机车一样 但效果仍不理想 最 后 进行镟轮 使轮对踏面恢复锥形踏面 经过镟轮处 理后机车运行平稳 反应良好 从整治车晃的实例中看出 走行部各参数彼此之 间相互影响 单是改变某一个走行部参数有时非常见 效 有时效果就不明显 所以很难准确地阐明每个参数 的具体影响程度 但如果这些参数配合不合理 就会直 接影响到机车的运行品质 4 结束语 经过一年多的努力 S S8型机车高速晃动大的问题 得到了有效控制 乘务员反映车晃的机车台数和频率 明显减少 取得了很好的效果 为铁路的提速和运输安 全提供了质量保证 参考文献 1 赵叔东 韶山8型电力机车 M 北京 中国铁道出版社 1 9 9 8 2 孙竹生 内燃机车总体及机车走行部 M 北京 中国铁道出版社 1 9 9 7 庞巴迪运输集团在瑞典获得追加 8 列电动车组订单 2 0 0 5年3月2日 庞巴迪运输集团正式宣布收到瑞典斯科纳省追加8列三节式电动车组的订单 此次订 单价额大约7 7 0 0万美元 此前 斯科纳省已经购买了3 2列该电动车组 从厄勒海峡大桥于2 0 0 0年7月正式 通车以来 该列车已投入日常运营 该电动车组的最高速度可达1 8 0 k m h 可在跨越丹麦和瑞典的厄勒海峡大桥上行驶 为适应两国不同的 铁路基础设施 该车辆中安装了两套先进的适合不同线路要求的集成系统 当列车跨过两国边界时 能自动 转换信号和供电系统 该列车的另外一个特点是中间拖车采用低地板和无梯级车门 方便了残疾人和携带沉 重行李的旅客乘座列车 列车的主要参数见表1 表 1 动车组的主要参数 车钩连接器间的长度 m m7 8 9 0 0 车体长 m m2 6 1 5 0 端车 2 6 6 0 0 拖车 最大宽度 m m2 9 5 8 车体高度 m m3 8 0 0 车门净宽 m