時速160動集動車組撒砂彎管磨損分析及優化

王晟晟 陳誠

摘 要：時速160動集動車組在運行過程中出現撒砂彎管磨損，對磨損情況進行分析并優化。

關鍵詞：時速160動集動車組;彎管;磨損

當時速160動集動車組（以下簡稱動車組）車輪空轉時，通過撒砂器給車輪踏面和輪軌之間撒布砂子，來提高車輪與鋼軌間的粘著系數，進而提高車輛的牽引力和制動力。前期動車組在運行過程中，連續出現撒砂器與膠管相銜接的彎管出現磨損情況，影響撒砂器的正常撒砂。如圖1所示。

1 彎管磨損分析

1.1 彎管實物檢查

對返回的故障件檢查及現場調研，發現彎管磨損的位置均在其45°折彎處，通過X光檢查，彎管頂部至缺口處的內壁為逐漸變薄狀態，且厚度明顯低于其他部位，缺口處且呈鋸齒狀，如圖2所示。說明彎管折彎處受到來自內部的沖擊力，即受到了高壓風帶動砂粒的沖擊，在撒砂過程中，砂粒不斷的沖擊磨損彎管內壁最終被磨穿。

1.2 彎管磨損機理分析

根據以上實物檢查分析，彎管磨損符合沖蝕磨損，是指流體攜帶顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖擊所造成的表面材料流失的現象。其主要有三種理論：（1）微觀切削，當顆粒模型和沖擊方向適當時，顆粒就像刀具一樣對表面進行刮削和犁皺。（2）擠壓剝落，顆粒在壓力作用下進入摩擦表面并產生凹痕，表面材料擠壓出分層或鱗片狀剝落碎片。（3）疲勞失效，在顆粒形成的循環接觸力作用下，致使外表材料因疲勞而剝落。由于在管道彎曲磨損過程中，不只存在一種機制，并且往往一起存在幾種機制，同時，隨著內、外部狀態變動，磨損機制也會發生相應的變化，往往會從一種機制轉變為另一種機制。因此彎管的磨損可同時以上述三種理論解釋，砂粒不斷的對彎管內表面切削、剝離及疲勞破壞，導致彎管表面材料逐漸流失最終磨損。

參照相關資料[3]，在 45°沖蝕角度時對材料沖蝕磨損量最大，并且砂粒為石英砂呈不規則棱角狀，更加加劇了對彎管的磨損。因此，這就解釋了彎管磨損位置相似性的原因。

2 改進措施

為了解決彎管磨破現象，通常加設耐磨填充物和增加管道厚度兩種方法，因考慮到產品已運行在動車組上，在不改變彎管外形及結構，兼顧成本、組裝的條件下，通過改變彎管材質、厚度及合適的熱處理工藝，增加彎管的強度以提高其耐磨性，以下為新、舊彎管模擬動車組彎管安裝環境，在撒砂使用條件一致情況下同時進行耐磨對比試驗。

通過以上模擬耐磨試驗驗證，理論上新設計的彎管耐磨性為舊彎管的數倍以上，完全能夠在動車組一個檢修周期內的正常運用。新彎管現已在上海動車所試裝5臺車進行驗證，驗證的一年期間運行良好，后續已在廈門、廣州、成都、西安、上海、長春等動車所全面進行彎管改造。

3 結束語

通過對彎管的磨損分析，結合現場額實際運用情況，證明通過彎管的設計改進，可以有效的降低彎管的磨損速率，延長彎管的使用壽命，也對以后關于撒砂磨損方面的研究提供了比較重要的參考價值。

參考文獻：

[1]TB/T 3254-2011，機車、動車用撒砂裝置[S].

[2]劉鋒，張娟，毛金虎，等.HXD1C型機車砂箱撐管破損原因分析及改進措施[J].電力機車與城軌車輛，2012（4）：62-64.

[3]李建莊，孫德順，余暢，等.幾種材料的固體粒子沖蝕磨損性能[J].金屬熱處理，2013（11）：37-39.

[4]高萬夫，鄭雁軍，崔立山，等.管道彎頭磨損特性的研究[J].石油化工高等學校學報，2003（4）：56-60.