地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障與處理技術(shù)

王斌 于洪橋

(鄭州中車四方軌道車輛有限公司 河南鄭州 450100)

轉(zhuǎn)向架是地鐵車輛的一個(gè)重要組成部分，一旦轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)故障，地鐵車輛的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行安全將會(huì)受到嚴(yán)重影響。為避免地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障所導(dǎo)致的不必要事故發(fā)生，檢修工作人員一定要對(duì)地鐵轉(zhuǎn)向架的組成及其作用做到充分了解，明確其主要故障類型，然后以此為依據(jù)，對(duì)相應(yīng)的故障處理技術(shù)加以合理應(yīng)用，同時(shí)也應(yīng)該加強(qiáng)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障檢修。通過這樣的方式，使地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，從而為其運(yùn)行效果和安全性奠定良好基礎(chǔ)。

1 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的組成及其作用分析

1.1 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架組成

通常情況下，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的主要組成部分包括對(duì)稱分布在兩端的側(cè)梁與中間的橫梁，通過全焊接技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)元件之間的連接。其中，側(cè)梁是將上蓋板、下蓋板以及雙腹板組焊到一起。按照是否存在端梁結(jié)構(gòu)，可以將轉(zhuǎn)向架分成兩組，一是有端梁的“日”字形結(jié)構(gòu)，其主要功能是承載驅(qū)動(dòng)裝置；二是無端梁的“H”形結(jié)構(gòu)，其主要功能是承載驅(qū)動(dòng)裝置和制動(dòng)力以及牽引力等作用。通常情況下，干線地鐵車輛轉(zhuǎn)向架應(yīng)用的都是有端梁結(jié)構(gòu)，并通過橫梁來承載牽引或制動(dòng)裝置。

雖然地鐵轉(zhuǎn)向架的構(gòu)造形式有很多種，但是所有的地鐵轉(zhuǎn)向架卻都具備大致相同的基本結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)架、輪對(duì)組成、一系和二系懸掛、基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)、抗側(cè)滾扭桿、輪緣潤滑系統(tǒng)、中央牽引單元和輔助零部件等。而在實(shí)際應(yīng)用中，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的技術(shù)參數(shù)還需要根據(jù)地鐵車輛的實(shí)際運(yùn)行需求來確定。表1為某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)情況。

表1 某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架主要技術(shù)參數(shù)情況

1.2 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架作用

轉(zhuǎn)向架主要安裝在地鐵車輛下方，在地鐵車輛運(yùn)行過程中，隨著車輪的變化，轉(zhuǎn)向架也發(fā)生變化，以此來確保地鐵行駛方向與既定方向一致。當(dāng)?shù)罔F車輛行駛到轉(zhuǎn)彎處時(shí)，轉(zhuǎn)向架中的軸承裝置會(huì)隨著軌道變動(dòng)，以此來實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的順利轉(zhuǎn)彎。當(dāng)?shù)罔F車輛行駛到特殊路段時(shí)，駕駛員也可以通過轉(zhuǎn)向架的操控來達(dá)到緊急停車效果，以此來實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的安全控制。就整體而言，轉(zhuǎn)向架的應(yīng)用不僅可實(shí)現(xiàn)地鐵車輛環(huán)境適應(yīng)能力的提升，同時(shí)也可以讓地鐵車輛更加靈活。

2 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架主要故障分析

2.1 軸承故障

在地鐵轉(zhuǎn)向架的實(shí)際應(yīng)用中，軸承故障是最為主要的一個(gè)故障情況。軸承是地鐵車輛轉(zhuǎn)向架中的一個(gè)重要組成部分，一旦軸承發(fā)生故障，整體轉(zhuǎn)向架的運(yùn)行都將受到不良影響，從而很容易影響地鐵車輛的運(yùn)行安全，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)l(fā)安全事故。由此可見，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障和地鐵車輛的安全性之間具有非常緊密的聯(lián)系。

通常情況下，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架中的軸承故障主要原因是軸承油污過多或軸承受到了嚴(yán)重磨損。這些問題不僅會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向架軸承的應(yīng)用產(chǎn)生不良影響，甚至?xí)蛊涫褂脡勖s短，最終影響地鐵車輛的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是軸承的嚴(yán)重磨損情況，更是會(huì)直接引發(fā)軸承故障，甚至導(dǎo)致軸承壞死。出現(xiàn)這樣的情況，是因?yàn)樵谲囕v運(yùn)行的過程中，其轉(zhuǎn)向架軸承不可避免地會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，當(dāng)磨損到了一定程度之后，便會(huì)導(dǎo)致地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承壞死，從而影響地鐵車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 裂紋故障

在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障中，裂紋故障也是最為常見的一種。如果地鐵車輛轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)了裂紋，便很容易引發(fā)地鐵車輛的安全事故，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡。通常情況下，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的使用壽命可達(dá)30 年或更久，但是在實(shí)際運(yùn)行中，由于受到自身質(zhì)量、操作以及惡劣環(huán)境等的不良影響，轉(zhuǎn)向架自身的抗疲勞強(qiáng)度將會(huì)不斷降低，從而導(dǎo)致很多裂紋的產(chǎn)生[1]。而地鐵轉(zhuǎn)向架裂紋故障的主要原因也有很多，包括轉(zhuǎn)向架長期連續(xù)運(yùn)行、轉(zhuǎn)向架自身材料質(zhì)量存在問題、多層焊接層之間的融合效果不佳等。這些情況都很容易導(dǎo)致地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的裂紋故障產(chǎn)生，從而對(duì)地鐵車輛的安全運(yùn)行造成不利影響。

3 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架主要故障處理技術(shù)分析

3.1 軸承故障處理技術(shù)

對(duì)于地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障，具體檢修中，技術(shù)人員可通過小波包-包絡(luò)分析法來進(jìn)行檢修。該方法的主要原理是借助于濾波器來實(shí)現(xiàn)特定頻率振動(dòng)信號(hào)的獲取，讓轉(zhuǎn)向架軸承故障檢修中固定頻率無法確定的難題得以有效解決，然后再通過故障識(shí)別搜索技術(shù)來進(jìn)行軸承故障搜索，并將反饋的變量值作為依據(jù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架軸承故障位置的準(zhǔn)確確定。具體分析中，可將每一層原頻帶都一分為二，以此來達(dá)到良好的頻帶細(xì)分效果，這樣便可實(shí)現(xiàn)時(shí)域分辨率的顯著提升。通常情況下，三層小波包分解法在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障檢修中最為常用。分解中，將其原始信號(hào)設(shè)為S0，將信號(hào)中的低頻部分設(shè)為A，將信號(hào)中的高頻部分設(shè)為D，從而按照8 個(gè)頻帶對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行劃分，以此來實(shí)現(xiàn)任一頻帶的信號(hào)分析。地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障檢修中的三層小波包分解示意圖如圖1所示。

圖1 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸承故障檢修中的三層小波包分解示意圖

例如：某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架中的故障頻率約為90 Hz，計(jì)算機(jī)所能搜索到的最大頻率便是其故障的特征峰值。為防止故障診斷失誤，在進(jìn)行故障搜索的過程中，一定要保障其譜峰超出頻帶中的其他全部頻率數(shù)值。在對(duì)譜峰信息收集之后，再進(jìn)行故障特征頻率的搜索頻帶設(shè)定。通過這樣的方式，便可實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)向架軸承故障診斷效率的顯著提升，從而讓轉(zhuǎn)向架軸承故障得到及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測。

在確定了軸承故障位置之后，檢修人員需要對(duì)其故障原因展開科學(xué)分析，如果是因?yàn)橛臀圻^多而導(dǎo)致的軸承故障，則需要將附著在轉(zhuǎn)向架軸承上的油污清除，這樣軸承可及時(shí)恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果是因?yàn)槟p所導(dǎo)致的軸承故障，則需要確定磨損程度，對(duì)于輕度磨損情況，可通過潤滑油等方式做好防磨損保護(hù)工作；對(duì)于中度磨損情況，可通過高溫補(bǔ)焊或納米聚合材料修補(bǔ)的方式進(jìn)行修復(fù)；對(duì)于無法修復(fù)的重度磨損，則需要更換軸承。通過這樣的方式，才可以及時(shí)遏制軸承磨損問題對(duì)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的不利影響，以此來確保地鐵車輛的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 裂紋故障處理技術(shù)

針對(duì)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架中的裂紋故障，檢修技術(shù)人員可通過以下幾個(gè)方面的措施來進(jìn)行處理：第一，在進(jìn)行轉(zhuǎn)向架焊接的過程中，一定要對(duì)母材做好預(yù)熱處理，在結(jié)束了焊接工作之后，需要及時(shí)將焊渣等雜質(zhì)去除，以免轉(zhuǎn)向架焊接層處理不當(dāng)所導(dǎo)致的裂紋故障；第二，檢修技術(shù)人員需要根據(jù)轉(zhuǎn)向架裂紋故障的主要原因來對(duì)其焊接層進(jìn)行全面分析，看焊接層中是否有殘?jiān)嬖冢源藖泶_保焊接層焊接的均勻性；第三，在日常檢修中，檢修技術(shù)人員應(yīng)充分注重轉(zhuǎn)向架的裂紋檢測工作，具體檢測中，可通過滲透法、磁粉法等進(jìn)行檢測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架裂紋故障；第四，如果檢測發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向架中的裂紋故障，檢修技術(shù)人員需要對(duì)裂紋存在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行全面打磨，一直打磨到裂紋根部，然后再重新進(jìn)行轉(zhuǎn)向架焊接。焊接中，Ar 氣體與CO2氣體的配制比例需要控制在8∶2，焊接方式應(yīng)選擇分層焊接，每完成一層焊接，都需要通過磁粉法進(jìn)行一次探傷，在確保焊接效果的情況下才可以進(jìn)行下一層焊接，直到補(bǔ)焊工作逐層完成為止。通過這樣的方式，才可以讓地鐵車輛轉(zhuǎn)向架裂紋故障得以有效防治，在確保轉(zhuǎn)向架使用壽命的同時(shí)提升地鐵車輛運(yùn)行的安全性[2]。

4 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障檢修技術(shù)分析

為有效防止地鐵車輛轉(zhuǎn)向架故障所引發(fā)的地鐵運(yùn)行問題和安全事故，在地鐵車輛運(yùn)行期間，檢修技術(shù)人員一定要對(duì)其轉(zhuǎn)向架故障進(jìn)行定期檢修。具體檢修中，其主要的技術(shù)措施包括轉(zhuǎn)向架分解、轉(zhuǎn)向架清洗和防護(hù)、構(gòu)架檢修、轉(zhuǎn)向架落成組裝以及轉(zhuǎn)向架試驗(yàn)。地鐵車輛轉(zhuǎn)向架檢修流程如圖2所示。

圖2 地鐵車輛轉(zhuǎn)向架檢修流程示意圖

主要的檢修技術(shù)措施如下。

4.1 轉(zhuǎn)向架分解

在對(duì)地鐵轉(zhuǎn)向架進(jìn)行檢修的過程中，其分解過程主要包括轉(zhuǎn)向架、牽引電機(jī)、車輪、垂直減震器等的分解。具體分解中，檢修技術(shù)人員需要采取以下幾項(xiàng)技術(shù)措施來進(jìn)行處理：第一，不可讓空氣彈簧接觸到油、酸、堿以及其他溶劑，以此來防止人為損傷和熱損傷的情況發(fā)生；第二，螺栓拆卸中，不可以使用沖擊扳手，以免將SURFA 上的防銹涂層與緊固件損壞；第三，在拆除了需要修理的部件之后，需要做好搬運(yùn)工作，并用白油筆做好轉(zhuǎn)向架形式及其待檢修零部件的序號(hào)標(biāo)識(shí)；第四，如果需要將轉(zhuǎn)向架中的軸箱體、軸箱彈簧、牽引電機(jī)以及空氣彈簧等零部件拆下，則需要用白油筆對(duì)其敲擊位置做好標(biāo)記；第五，對(duì)不需要在檢修現(xiàn)場進(jìn)行組裝的轉(zhuǎn)向架零部件，拆卸后一定要記錄好其厚度，以此來確保轉(zhuǎn)向架后續(xù)組裝厚度與原裝厚度相符。

4.2 轉(zhuǎn)向架清洗和防護(hù)

在地鐵車輛轉(zhuǎn)向架檢修中，清洗和防護(hù)也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。首先需要對(duì)分解之后的轉(zhuǎn)向架零部件做好完整性檢查，然后再對(duì)輪對(duì)和車架進(jìn)行清洗，最后再通過高壓空氣將零部件吹干[3]。在輪對(duì)清洗時(shí)，一定要通過人工和高壓水相結(jié)合的方式進(jìn)行清洗，通過汽車布、鋼球、圓頭刷、方頭刷等做好零部件清潔工作。在此過程中，為防止水進(jìn)入軸承內(nèi)，不可直接通過高壓水槍進(jìn)行軸承清洗，而是需要采用人工清洗模式。在完成了輪對(duì)清洗之后，需要檢查其是否清潔干凈，并對(duì)其進(jìn)水情況進(jìn)行檢查和處理。最后需要對(duì)電線接頭和空氣管道接口等位置做好保護(hù)，以免電線積水和氣室積水等問題發(fā)生，這樣才可以讓地鐵車輛轉(zhuǎn)向架達(dá)到良好的清洗與防護(hù)效果。

4.3 構(gòu)架檢修

在進(jìn)行地鐵車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的具體檢修中，首先，需要吹凈其構(gòu)架螺紋孔，并做好轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的整體外觀檢查，尤其應(yīng)注重其電機(jī)吊耳與定位臂等的檢查，以此來及時(shí)發(fā)現(xiàn)其毛刺、螺釘、卡扣等位置的缺陷。其次，再依次進(jìn)行轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的管路、未解決件以及制動(dòng)單元的檢修，在確認(rèn)了轉(zhuǎn)向架的具體組成之后，需要將其螺栓扭矩與修補(bǔ)油漆找出[4]。在此過程中，需要讓所有的空隙都保持清潔干燥，以免異物進(jìn)入其中，造成其他故障。最后，需要對(duì)整體的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，看其表面是否存在可見的裂縫、氣孔等缺陷，如果存在，則需要及時(shí)做好焊接和修補(bǔ)處理。在各個(gè)管道的安裝與修復(fù)過程中，應(yīng)避免松動(dòng)和脫落情況，且需要做好各個(gè)管道的表面探傷，在確保無損的情況下才可以繼續(xù)使用，對(duì)于損壞的管道，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換處理。通過這樣的方式，才可以讓地鐵車輛轉(zhuǎn)向架架構(gòu)得到科學(xué)檢修，以免架構(gòu)問題所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向架故障。

4.4 轉(zhuǎn)向架落成組裝

在完成了地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障檢修之后，需要對(duì)轉(zhuǎn)向架重新進(jìn)行裝配。具體裝配中，檢修技術(shù)人員可采取以下幾個(gè)方面的技術(shù)措施：第一，對(duì)輪對(duì)油箱、車架和附件進(jìn)行裝配，并在完成裝配后對(duì)輪對(duì)進(jìn)行吊裝；第二，對(duì)溫度傳感器、齒輪箱吊桿、齒輪箱限位螺栓進(jìn)行裝配，在此過程中，需做好轉(zhuǎn)向架實(shí)際尺寸測量，并根據(jù)其測量尺寸來做出適當(dāng)調(diào)整；第三，將垂直油壓降低，進(jìn)行振動(dòng)器、牽引電機(jī)、聯(lián)軸器以及齒輪箱懸掛器安全支架的安裝。

具體檢修過程中，為確保地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的落成組裝效果，檢修技術(shù)人員還需要對(duì)以下幾項(xiàng)內(nèi)容做到足夠重視：第一，螺栓應(yīng)通過防松鋼絲繩做好固定，并通過白漆做好緊固標(biāo)記，尤其是對(duì)已經(jīng)完成修理并符合規(guī)定的螺母和螺絲，一定要做好防松標(biāo)記[5]；第二，裝配過程中，對(duì)帶有標(biāo)簽的螺栓，一定要重新使用，并在使用之前對(duì)其表面上的污垢、油脂等雜質(zhì)做好清理；第三，對(duì)拆卸下來的防松螺絲、止動(dòng)墊圈、開口口哨以及彈簧墊圈等，一定要做到及時(shí)更新，并嚴(yán)格按照規(guī)定做好其他所有緊固螺母的標(biāo)記；第四，在組裝之前，檢修技術(shù)人員一定要做好各項(xiàng)零部件的檢查和歸檔工作，在經(jīng)檢查合格之后才可以進(jìn)行轉(zhuǎn)向架的組裝。組裝中，應(yīng)確保所有零部件都與之前拆卸下來的零部件一致；第五，組裝過程中，一定要嚴(yán)格按照地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的安裝圖紙進(jìn)行組裝，不可出現(xiàn)錯(cuò)裝、漏裝和倒裝等情況。通過這樣的方式，使地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的檢修質(zhì)量得以良好保障，從而為地鐵車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)[6]。

4.5 轉(zhuǎn)向架試驗(yàn)

在完成了轉(zhuǎn)向架的檢修工作并將其重新安裝好之后，需要通過試驗(yàn)的方式來確定其運(yùn)行效果[7]。具體試驗(yàn)中，其主要的技術(shù)措施包括以下幾個(gè)方面。第一，將轉(zhuǎn)向架安置到綜合試驗(yàn)臺(tái)上，使其踏面清掃器以及制動(dòng)片開始動(dòng)作，做好保壓試驗(yàn)。第二，將試驗(yàn)臺(tái)從靜載轉(zhuǎn)為重載，對(duì)轉(zhuǎn)向架中的油箱體、軸距、車架等基準(zhǔn)面尺寸進(jìn)行檢查，并檢查好油箱接頭位置的擰緊力矩。然后，對(duì)車鉤高度及其尺寸進(jìn)行調(diào)整，再對(duì)其空氣彈簧中的管路進(jìn)行氣密性、轉(zhuǎn)向架壓差閥壓力以及油箱橡膠蓋安裝等試驗(yàn)。試驗(yàn)中，對(duì)于出現(xiàn)的問題，應(yīng)及時(shí)查明原因并做出針對(duì)性的調(diào)整。在完成試驗(yàn)并確定轉(zhuǎn)向架運(yùn)行良好、完全符合地鐵車輛實(shí)際應(yīng)用需求的情況下，轉(zhuǎn)向架的檢修工作才得以順利完成。

5 結(jié)語

綜上所述，地鐵車輛轉(zhuǎn)向架對(duì)整體地鐵車輛的運(yùn)行質(zhì)量及其安全性都具有至關(guān)重要的影響作用。基于此，在地鐵車輛的運(yùn)行過程中，檢修技術(shù)人員一定要做好其轉(zhuǎn)向架的檢修工作。通過對(duì)轉(zhuǎn)向架主要構(gòu)成、作用及其主要故障類型的科學(xué)分析，來制訂合理的檢修計(jì)劃，然后運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備等進(jìn)行轉(zhuǎn)向架故障檢修。同時(shí)，檢修技術(shù)人員也應(yīng)該定期對(duì)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架進(jìn)行科學(xué)、全面的維修保養(yǎng)工作。通過這樣的方式，才可以讓地鐵車輛轉(zhuǎn)向架的故障問題得以有效防治，在保障其運(yùn)行質(zhì)量、提升其使用壽命的同時(shí)促進(jìn)地鐵交通運(yùn)輸?shù)陌踩⒎€(wěn)定運(yùn)行。