北京地铁1号线用车钩缓冲装置的故障分析与改进

1、北京地铁1号线用车钩缓冲装置的故障分析与改良设计制造铁道车辆第48卷第3期2021年3月文章编号:10027602(2OLOO3001803北京地铁1号线用车钩缓冲装置的.故障分析与改良宿方京(青岛四方车辆研究所钩缓事业部,山东青岛266031)摘要:分析了北京地铁1号线用车钩缓冲装置的故障原因,并介绍了改良措施.关键词:车钩缓冲装置;故障分析;改良中圈分类号:U270.34文献标识码:B车钩缓冲装置是地铁列车最根本也是最重要的部件之一,用来连接列车中各车辆,使车辆彼此保持一定的距离,同时传递和缓和列车在运行或调车时所产生地铁列车平安运营的前提条件.1原车钩缓冲装置存在的问题北京地铁1号线是我

2、国最早建设的地铁线路,是的是密接式车钩缓冲装置,有半自动车钩缓冲装置(图1)和半永久车钩缓冲装置(图2)2种,均采用橡胶缓冲器.这些车钩缓冲装置在运用初期的效果良好,发挥了应有的作用.但随着运用时间的增加,车钩缓冲装置出现了较多问题,主要问题有:(1)橡胶缓冲器中的橡胶片因老化产生永久变形,导致橡胶缓冲器的缓冲图1半自动车钩缓冲装置图2半永久车钩缓冲装置收稿日期:20210927;修订日期:20211216作者简介:宿方宗(1975一),男,工程师.?j8?性能降低;(2)车钩缓冲装置中钩体,缓冲器箱体及牵引杆大批出现裂纹;(3)缓冲器止铁,开口销断裂及螺母松动(图3).图3缓冲器止铁,开口销

3、断裂和螺母松动示意图2原因分析2.1橡胶缓冲器的橡胶片因老化产生永久变形,导致橡胶缓冲器的缓冲性能降低车钩缓冲装置采用的是橡胶缓冲器,缓冲器的橡胶片因运用时间较长而发生老化,产生了不可恢复的永久变形,每个橡胶片被压缩后,其高度降低,导致缓冲器内橡胶片总高度降低,致使缓冲器内部橡胶片之间或橡胶片与前后从板间产生纵向贯穿间隙(见图3),使列车的纵向冲动加剧,车钩力大幅增加.在局部缓冲性能降低严重的车钩缓冲装置中,伴随出现了螺母松动,止铁和牵引杆开口销断裂等故障,存在造成列车别离的重大平安隐患.一般情况下,地铁列车上使用的橡胶片运用2年3年,局部橡胶片就会开始产生明显的永久变形,运用3年4年后将会有

4、大批橡胶片出现永久变形的问题.为此,地铁公司必须更换缓冲器的橡胶片,而3年4年达不到地铁列车的架修期(6年)要求,这大大增加了地铁列车的维修工作量.北京地铁1号线用车钩缓冲装置的故障分析与改良宿方宗应力大是橡胶缓冲器中橡胶片产生老化,变形的最主要原因.在应力的反复作用下,会使橡胶分子链断裂,生成游离荃,引发氧化链反响,形成力化学过程.中橡胶片的老化变形问题不可能从根本上得以解决,要彻底解决此类问题,需使用其他类型的缓冲器替换橡胶缓冲器.2.2钩体,缓冲器箱体及牵引杆大批出现裂纹北京地铁1号线列车主要使用了半自动车钩及半永久车钩2种结构形式的车钩缓冲装置,半自动车钩主要由橡胶缓冲器和钩体组成,半

5、永久车钩主要由橡中,钩体裂纹和缓冲器箱体裂纹较为普遍,约占车钩裂纹总数的759/6,半永久车钩中牵引杆裂纹约占25.无论是钩体裂纹,缓冲器箱体裂纹还是牵引杆裂纹,一旦裂纹扩展造成断裂,就会导致列车别离,其后果非常严重.车钩裂纹产生的主要原因有:(1)钩体,缓冲器箱体及牵引杆使用的材料强度低.钩体,缓冲器箱体及牵引杆使用的材料是低碳铸钢(ZG23O-450).低碳钢强度余量小,在正常情况下能够满足运用要求,但由于橡胶缓冲器的橡胶片老化变形导致缓冲性能降低,造成列车间的冲击加剧,致使果说明:在车钩力接近500kN时车钩钩体就有明显的永久变形产生,在长期接近永久变形的高载荷情况见,材料的强度余量缺乏

6、是钩体,缓冲器箱体及牵引杆大批出现裂纹的内在原因.(2)橡胶缓冲器的缓冲性能降低或失效,导致钩体,缓冲器箱体及牵引杆的裂纹加剧,是产生裂纹的外在原因.2.3缓冲器止铁,开口销断裂和螺母松动橡胶片因老化产生永久变形,造成缓冲器的缓冲性能降低或失效,导致列车纵向冲动加大,车钩力母的松动力超过了开口销和止铁的防松能力时,造成开口销和止铁断裂,开口销及止铁断裂位置见图3.开口销和止铁断裂后,螺母开始松动,松动的螺母加剧了列车的纵向冲动,纵向冲动反过来又加速了螺母的松动,形成恶性循环,致使螺母迅速脱开.如果检修人员不能及时发现,将会造成列车别离的严重后果.因此,缓冲器止铁,开口销断裂和螺栓松动的主要原因

7、应归为橡胶缓冲器的缓冲性能降低或失效.北京地铁最早的列车编组内全部是动车,是完全动力分散型,后来改为3动3拖,动力较以前相对集中.与动力分散相比,动力集中所产生的车钩力更大,列车启开工况下动力集中所产生的车钩力是动力分散地铁列车出现车钩和缓冲器失效的概率要远远低于动力集中的地铁车辆.因此,列车由动力分散改为动力集中后较大的车钩力也是车钩缓冲装置出现以上问题的外部因素.动拖比的改变使列车启开工况的车钩力增大,缓冲器橡胶片承受不了较大的车钩力而发生早期变形,刚度变大.随着运用时间的延长,橡胶片的组装高度降低,从而使橡胶缓冲器内部产生了纵向贯穿间隙,加剧了列车的纵向冲动,车钩力进一步增加,接近钩体,

8、缓冲器箱体及牵引杆所用材料的屈服极限,导致钩体,缓冲器箱体及牵引杆产生疲劳裂纹.总之,北京地铁1号线用车钩缓冲装置的主要问题是橡胶缓冲器的缓冲性能下降或失效,其次是钩体,缓冲器箱体及牵引杆所用材料的强度余量缺乏.3车钩缓冲装置的改良针对北京地铁1号线半自动车钩缓冲装置出现的问题,对半自动车钩缓冲装置进行了改良,改良后的结冲装置的改良是在北京八通线的根底上,采用了经过运用考验的成熟功能模块开发设计的,车钩缓冲装置的根本结构,主要配合尺寸及车体连接的接口与原地铁1号线所用车钩缓冲装置完全一致.针对钩体裂纹问题,将钩体材料由ZG23O-450改为c级铸钢,使钩体材料的屈服强度由2'30MPa

9、提高到415MPa,大大提高了钩体的疲劳强度,有效降低了缓冲器钩体的裂纹倾向.钩体弹性胶泥缓冲器图4改良后的半自动车钩缓冲装置?9?设计制造铁道车辆第48卷第3期2021年3月文章编号:10027602(2021)03002004轴向组合式小径向/轴向刚度比橡胶球铰结构介绍张春良,袁贵根,张亚新.,郭红锋(1.西南交通大学机械工程学院,四川成都610031;2.株洲时代新材料科技股份,湖南株洲412007)摘要:以一种地铁车辆用转臂定位节点为例,介绍了一种轴向组合式橡胶一金属球铰结构,此种结构的特点是径向/轴向刚度比小,橡胶预压缩简单可靠,刚度调节范围广,疲劳可靠性好.关键词:橡胶球铰;径向/

10、轴向刚度比;疲劳中图分类号:U270.331.6文献标识码:B橡胶一金属球铰产品(简称橡胶球铰)因结构简单,质量轻,且能有效地起到柔性连接和减振降噪的作用而广泛应用于机车车辆的牵引和悬挂系统,但常规的橡胶球铰产品受结构限制,其径向/轴向刚度比(简称径/轴刚度比)一般限于7:1以上,而在一些特定的场合,尤其是在机车车辆转臂轴箱定位结构中,往往需要具有更小径/轴刚度比的橡胶球铰产品1,此时就需要收稿日期:20210710作者简介:张春良(1974一),男,工程师.改良后的半自动车钩缓冲装置使用了新型弹性胶世纪末欧洲开发的一种新型缓冲器,它具有容量大,阻抗小,结构简单,性能稳定,检修周期长等显着优点

11、.我国自2004年第5次大提速时批量装用于25T型提地铁八通线所用缓冲器也为弹性胶泥缓冲器,目前仍在八通线上运用,所装缓冲器尚未进行过厂修,运用状态良好.同时,由于缓冲器采用了弹性胶泥结构,原橡胶缓冲器出现的止铁断裂,开口销断裂及螺母松动等相关问题也一并得到了彻底解决.北京地铁半永久车钩缓冲装置改良后的结构示意时,中间牵引杆的材料也由原先的ZG23O-45O更改为强度级别更高的20Cr合金结构钢,材料的屈服强度由原先的230MPa提高到了500MPa.两端使用了与半自动车钩缓冲装置同样结构的弹性胶泥缓冲器.缓冲器的缓冲性能得到了大幅提升,?2r)?定位节点,介绍了一种轴向组合式的并具有小径/轴刚度比的橡胶球铰结构.1轴向组合式结构的提出2005年,国内研制某型地铁车辆时,对该车的轴箱转臂定位提出了纵向刚度11kN/mm,横向刚度4kN/mm的要求,即要求橡胶球铰的径/轴刚度比为2.75:1不仅消除了橡胶缓冲器可能产生的不利影响,而且更好地缓解了列车问的纵向冲动,