既有鐵路列車轉向架關鍵部件故障研究

◇南京鐵道職業技術學院 吳詩雨 周 培 丁潤琪 李子晨 陳 凱

本文通過搜集現有資料，對25G型客車中的209P型轉向架關鍵部件進行了分析研究，發現了如軸箱彈簧斷裂、安全吊裝結構斷裂及丟失、車輪故障諸如此類會影響行車安全的關鍵部位故障，并且找出故障發生的主要原因，針對各故障原因提出了實際可行的檢修方法及改善措施。

在如今快速的經濟發展下，鐵路客運運輸經歷了無數次調圖調速，旅客列車提速后對客車的質量要求愈加嚴格，在提速區段運行的25G型客車的平均運行速度也有了一定的提高。以往轉向架的設計結構和檢修標準已經很難適應長時間120km/h速度運行的要求，車輛運行中出現的故障越來越多，針對這種情況，在車輛的日常運用維護及檢修作業過程中采取相應的措施，減少故障發生，為旅客列車運行安全提供了保障。為此，對209P型轉向架的軸箱彈簧、搖枕安全吊裝結構、車輪等易發生故障的關鍵部位進行了原因分析并且得出相應的改善措施。

1 轉向架的常見故障與分析

我國客運使用的主型轉向架為209P型，主要服務于國內140km/h的鐵路干線，適用于25B、25G型客車以及其他部分特殊車型，其具有運營成本低、結構簡單、運行性能優良穩定、易于維護等優點。轉向架的常見故障主要存在車架和轉向架連接裝置、構架、軸箱彈簧、安全吊及座和車輪處。

1.1 車架和轉向架連接裝置

由于中心銷承載過量的牽引力和垂直載荷，會導致出現裂紋、磨耗等問題，若應力集中處經常產生裂紋，則會嚴重影響行車安全；轉向架能夠相對于車架進行轉動是靠著中心銷的關節軸承，關節軸承受長期摩擦是其磨動面磨耗的主要原因。旁承存在兩種迥然有別的結構形式。一種是橡膠減震平面摩擦式，這種旁承存在摩擦板磨耗和橡膠減震彈簧彈性衰弱等一些損耗問題；另一種是09-32圓簧彈簧式，這種旁承會有摩擦板磨耗、圓形彈簧出現裂紋、液壓減振器失效等一系列現象。

1.2 轉向架構架

轉向架構架常采用焊接構架，但由于焊接技術、結構設計、運用等方面存在一定不足，致使彎角處、吊座耳孔處以及焊縫等位置出現集中應力情況，導致往復動載荷的長時間作用下出現裂紋。構架上的制動梁吊座耳孔和側梁導槽的接觸面會存在程度不同的磨耗；而構架產生裂紋的原因主要有應力集中、焊接缺陷、以及焊接處理工藝不當等。

1.3 軸箱彈簧

209P型轉向架軸箱彈簧為圓柱螺旋彈簧式，材質為60Si2Mn。如圖1所示，分析軸箱彈簧斷裂的位置，得知此處斷裂是從彈簧與支撐圈的接觸部位開始的，彈簧的第一有效圈會出現疲勞裂紋，如果在交變載荷的繼續作用下會愈加嚴重。

圖1 軸箱彈簧斷裂位置及斷裂源點

1.4 搖枕安全吊裝

在詳細分析了該轉向架安全吊座斷裂情況后，發現安全吊及座的裂紋根源在于吊座表面、螺栓孔邊緣部位，裂紋嚴重時則會發生斷裂，在吊座上部螺栓孔處出現斷裂，且位置較為聚集；而安全吊的裂紋根源在于其表面、螺栓孔邊緣處，裂紋擴大會導致下部螺栓孔斷裂。

主要原因有以下兩點：①配件質量問題。剖開出現初始裂紋的安全吊，其內部結構存在安全缺陷，如凹坑、裂紋等，對螺栓孔探查后，發現其內壁表面有裂紋。②組裝質量問題。針對安全吊座折斷的情況，某車輛廠曾對廠修的客車安全吊座的尺寸測量情況進行相關檢查，發現安全吊穩固后與座有摩擦別勁的情況，存在較為嚴重的安全隱患，甚至同一安全吊上的兩個吊座橫向錯位尺寸超過10mm。

1.5 車輪

車輪裂損包括翻皮、非金屬夾雜等制造缺陷，這些是造成車輪裂損的原因所在，嚴重破壞車輪內部材質的各項性能，導致車輪產生疲勞裂紋，甚至出現早期的脆性斷裂。

除了上述原因外，車輪故障還有軋制尺寸誤差、輻板表面凹陷、輪轂及輻板厚度不均勻等，這些缺陷或因尺寸超限報廢車輪，或未超限但在運用中使車輪產生過大附加作用力，或在輪轂及輻板過薄處過早產生疲勞損壞。

2 改善措施

2.1 軸箱彈簧

（1）增強地面檢測能力。在列車進入庫檢咽喉處增設地面檢測系統，對位移、振動等參數進行采集、分析與監測。將同一車輪滾動圓直徑之差大于0.3mm，不同車輪兩輪對直徑之差≤1mm的車輪信息收集完成后反饋給庫檢人員，由工作人員進行重點檢查，來確認軸箱彈簧是否有裂紋。

（2）優化彈簧材料及工藝。制造軸箱彈簧，可選用優質碳素結構鋼或耐候鋼；優化鋼材的冶煉工藝、彈簧熱處理工藝及卷制工藝，避免出現表面脫碳層、非金屬夾雜物等現象。

（3）施行彈簧壽命管理。軸箱彈簧出廠配裝時錄入客車履歷管理系統并建冊登記。檢修時除了進行常規探傷確認彈簧無裂紋，還要對使用年限達到 一次廠修期或公里數達到60萬km的客車軸箱彈簧進行強制報廢，更換新彈簧，以確保壽命未到限。

2.2 搖枕安全吊裝

（1）改善材質，加裝墊片。將安全吊座結構的材質更換為Q345D，在確保安全吊整體結構不變的情況下，在安全吊及吊座、螺栓與螺母配合處各增加1塊5mm厚墊片。

（2）完善安全吊裝結構焊裝工藝。在焊接前應保證安全吊座、安全吊的零件尺寸符合圖紙要求，并根據組裝圖紙上的尺寸對安全吊座的安裝位置作準確標記，以保證安裝誤差在允許公差范圍內，使安裝搖枕安全吊后，焊縫所受的附加力矩較小。焊接完成后，對焊縫進行磁粉探傷，確認有無裂紋及超標缺陷。

3 結論

對209P型轉向架的客車軸箱彈簧斷裂、安全吊裝結構斷裂及丟失、車輪故障的嚴格把控等相關問題的改進，是防止事故發生的重要措施，通過對各種故障的研究得到相應的檢修流程和改進方法，并加以不斷完善，進而降低25G型客車轉向架各關鍵部件在運用過程中故障的發生頻率，對提高旅客列車安全出行效率有重大意義。