动车组转向架故障原因及改进方法Word格式文档下载.doc
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3.1转向架的历史 6
3.1.1准高速客车型 6
3.1.2高速型 7
3.2转向架的主要作用 7
第4章转向架的故障分析 9
4.1动车转向架故障类型分析 9
4.2动车组转向架故障原因分析 12
4.2.1部件设备漏油分析 12
4.3制动装置故障分析 12
4.4其他零部件的故障分析 12
4.5动车组转向架的故障模式、致命性分析（FMECA） 13
第5章.动车组转向架轴承的检测技术与处理 14
5.1动车组转向架轴承故障诊断的基本内容 14
5.2动车组转向架轴承故障监测常用技术 14
5.3机车车辆轴承故障机理分析 16
5.3.1轴承故障的振动原因 16
5.3.2动车组转向架轴承缺陷产生的特征频率 16
结束语 18
参考文献：
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第1章.绪论
1.1转向架的总体概括
转向架是轨道车辆结构中最为重要的部件之一，其主要作用如下：
1）转向架是车辆的一个独立部件，在转向架于车体之间尽可能减少联接件。
2）支撑车体，承受并传递从车体至车轮之间或从轮轨至车体之间的各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。
3）转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行平稳性和安全性。
4）充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。
5）车辆上采用转向架是为增加车辆的载重、长度与容积、提高列车运行速度，以满足铁路运输发展的需要；
1.2故障案例分析
动车组在检修时发现有部分构架组成制动吊座表面有损伤现象，损伤状态主要呈现麻点状损伤（片状麻点，深度小于1mm）、线性损伤1（长度贯穿吊座安装面，宽度小于0.5mm，深度约0.1mm）、线性损伤2（长度小于10mm，宽度约2mm，深度小于0．5mm）、面状损伤（长度约10mm，宽度约5mm，深度小于0.5mm）四种现象，具体如图1～4所示。
图1麻点状损伤图2线性损伤1
图3线性损伤2图4面状损伤
2012年6月2日D6242次CRH1092A运行途中随车机械师发现05车A架异响，出动热备车组替换CRH1092A回动车所后对05车A端转向架进行落轮检查，落轮后手动旋转05车2轴4位轴箱轴承时，可以听到轴承内部有异音。
随后对轴承进行分解，内圈和滚子组件油脂状况：
后挡侧（A）保持架上有金属。
图5后挡侧（A）保持架
外圈滚道状况:
A侧外圈滚道面承载区有约90°
范围的剥离区（见图5）。
外圈滚道状态：
A侧外圈滚道承载区下方约90°
范围剥离剥离区内可见与滚子接触形状和间距对应的原始剥离区域，非剥离有其它点状异物压痕，且非承载区较轻。
由此可见该转向架异响是由轴承外圈滚道剥离造成的。
1.3故障原因分析
通过汇总动车组转向架在运行中出现的异响故障，分析主要原因如下：
（1）轴承内部故障引发的异响中巡视发现（故障表现为动车组运行达到一定速度后发出固定频率的异响，通过随车机械师途因福州动车段发现的轴承故障造成的异响均在故障初发阶段，轴温升高尚未达到报警界限，所以在监控动车组状态的IDU上未能发现该（故障），此故障较难发现，要在一定速度才会发出异响，需随车机械师认真甄别。
其产生的主要原因为：
[1]轴承材质问题；
[2]热处理不良；
[3]局部外伤、锈蚀、偏载或过载；
[4]材质正常疲劳破坏。
（2）轮对踏面擦伤、剥离或局部凹入引发的异响故障表现为运行过程中走行部发出固定频率的响声，并引起车辆振动。
运行速度越快，响声频率越高；
擦伤、剥离长度越长，响声越大。
这类故障较易发现。
踏面擦伤是动车运行中制动力过大、抱闸过紧，车轮在钢轨上滑行，踏面局部被磨成平面。
第2章转向架的结构
2.1转向架由那些组成
转向架的附属装置，轮对电机组装，构架，一系弹簧悬挂装置，二系弹簧悬挂置牵引装置，电机悬挂装置基础制动装置，手制动装置和砂箱等组成。
2.2转向架的结构图
图2
2.3轮对踏面压到异物后的异响
故障表现为某一转向架轮对踏面压到钢上的异物后发出一声巨响，因坚硬异物造成轮对踏面局部凹入而发出固定频率的异响。
2.4管路泄露故障引发的异响
故障表现为车辆下部发出尖啸声，漏泄量大可通过IDU所报故障信息进行判断，漏量小可通过随车机械师途中巡视或地勤机械师入库检查作业发现。
其主要原因为车组经长时间运行震动或运行途中管路遭异物击打，使管路连接处出现松动、变形，导致管路中的压力空气漏泄发出异响。
2.5油压减振器引发的异响
其主要原因为车组在转弯时车体两边出现高度差情况下（特别是左右空气弹簧压力差超过20kpa以上时），造成油压减振器的偏磨（主要为二系横向）而发出异响，此为正常现象。
如油压减振器发生严重偏磨或漏油则属于故障。
2.6自动车钩偏移引发的异响
在动车组运行中，通过曲线时自动车钩支架左右弹簧位置发生偏移，导致晃动产生共所发出间断的敲击声，此为正常现象。
（1）车钩的结构特点
车钩的连挂间隙小；
车钩具有联锁和防脱功能；
钩舌销不受力；
耐磨性；
良好的防跳性能；
结构强度高；
自动对中功能。
（2）车钩的结构图见图3
图3
（3）原送料皮带存在的问题
在用户使用过程中，发现送料机构问题不少。
由于每边采用（根3带，两边共有6根，换带时间长6虽然皮带的型号是一样的，但张紧后，还是有紧有松，影响正常送料。
如果下面或中间的一根带断了，更换起来特别费劲6而且换了一根新的，松紧程度又不同了；
特别是由于采用A型带,6带露在带轮外面的高度最多只能有5mm（如露在外面的部分多，带轮的轴线是在竖直方向，即带是在垂直方向工作，这样带很容易从带轮上滑落），皮带用不了10天就得更换6造成生产线停顿，经济损失大，用户的意见非常大。
（4）新型送料皮带的优点
为了改变这种状况，对送料机构进行了改造。
去掉原来的3带，重新设计了一种新式带。
因为这种带的内面带有凸起的糟形，使得带在垂直位置工作时，靠凸起的槽形定位，不会改变位置，而向下掉，相应的带轮也改成中间有一槽。
配合情况这种带实际上是由平带和3带组合而成。
采用这种皮带后，调整带的张紧力非常方便，也不会出现松紧的现象。
送料过程中也不会出现停顿，更换也非常方便。
更为重要的是，这种带的厚度增加（相对平皮带来说），带的寿命大大增加。
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第3章.转向架的作用
3.1转向架的历史
20世纪50年这个时期，我国首次自行设计了转向架，主要型号有101、102、103型，是21型客车使用的导框式转向架，构造速度是100km/h，其结构复杂，笨重，运行性能差，现已淘汰!
70年代，四方厂研制了U型结构的206型转向架，浦镇厂研制了H型构架的209转向架。
206型转向架采用侧部中梁下凹的U型构架，干摩擦导柱式轴箱定位装置，带横向拉杆的小摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，双片吊环式单节长摇枕吊杆外侧悬挂以及吊挂式闸瓦基础制动装置等，结构可靠，运行平稳，磨损少，检修方便，1993年开始在中央悬挂部分加装横向油压减振器，加装两端具有弹性节点的纵向牵引拉杆，形成206G型转向架，后加装盘型制动装置，形成206P型转向架。
209转向架是浦镇厂在205转向架的基础上研制的，于1975年开始批量生产。
它采用H型构架，导柱式轴箱定位装置，摇动台式摇枕弹簧悬挂装置，长吊杆，构架外侧悬挂，两高圆弹簧，摇枕弹簧带油压减振器，吊挂式闸瓦基础制动装置等。
1980年后，又生产了具有弹性定位套的轴箱定位结构和牵引拉杆装置的209T转向架。
在此基础上，还生产了采用盘型制动的209P转向架。
在209T转向架的基础上，浦镇厂又开发了供双层客车使用的209PK转向架，其构造速度为160km/h。
主要有以下方面的改进：
采用盘型制动和单元制动缸，取消踏面制动；
设空重调整阀；
采用空气弹簧和高度调整阀；
安装抗侧滚扭杆；
保留了摇动台结构。
209PK转向架（P代表盘型制动，K代表空气弹簧）
在这段时期内，我国还制造了少量用于公务车的三轴转向架，在原德意志民主共和国进口的软座，软卧车上采用了211等型号的转向架。
3.1.1准高速客车型
1994年，四方厂、长客厂、浦镇厂相继研制出了206WP、206KP、CW-2、209HS转向架，在广深线动力学试验中最高时速达到了174km/h，这些转向架的研制成功，标志着我国客车转向架技术上了一个新台阶。
206KP、206WP转向架是四方厂为广深线准高速客车和发电车设计的转向架，二者除中央悬挂部分和构架侧梁全旁承支重；
中央悬挂为有摇动台结构；
设带橡胶套的中心销轴牵引拉杆横向挡，横向拉杆，横向油压减振器，抗侧滚扭杆；
轴箱悬挂系统设垂直油压减振器；
基础制动装置为单元盘型制动，设电子防滑器；
广泛采用橡胶元件，改善隔振、隔音性能，减小磨耗。
3.1.2高速型
1998年起，各工厂相继推出了自己的高速转向架，例如浦镇厂的PW-200转向架，长客厂的CW-200转向架，四方厂的SW-200、SW-220K转向架等。
PW-200转向架（PW代表PuzhenWork）是在209HS转向架的基础上重新研制的，它优化了一系和二系悬挂参数；
采用了无磨耗的橡胶堆轴箱弹性定位装置；
采用高速轻型轮对；
轴颈中心距改为2000mm；
更换轴箱减振器安装位置；
装用带可调阻尼和弹性支承的空气弹簧，采用两端为球铰的纵向拉杆；
装用新型盘轴式基础制动装置；
优化了结构设计。
SW-200转向架结构与SW-160转向架基本相同，其改进如下：
优化了一系、二系悬挂系数；
采用轴盘式基础制动装置，适用于200km/h的高速列车。
该转向架在1998年6月的郑武线动力学试验中最高时速达到了240km/h。
在这一阶段，长客厂生产了我国第一台CW-200型无摇枕转向架。
其构架采用4块钢板拼焊，横梁采用无缝钢管，与侧梁连通作为附加空气室，中央悬挂。
3.2转向架的主要作用
转向架是承载车体重量和传递走行动力的导向部件，是大型养路机械的重要组成部分，其主要作用如下：
1）承载车体重量转向架作为一个独立的走行装置，它直接支撑车体，承受和传递车架以上各部分（车体，车架，动力传递装置及作业装置等）的重量。
2）传递走行动力把轮轨接触处产生的轮轴牵引力，以及通过曲线时轮轨之间的横向作用力传至转向架构架，经过减震环节再传向车体，同时，转向架引导车辆在线路上运行。
3）曲线通过转向架可相对车体回转，其固定轴距也较小，故能使车辆顺利通过半径较小的曲线，并大大减少车辆的运行阻力。
4）提高车辆的运行平稳性转向架的结构要便于弹簧减振装置的安装，使之具有良好的减振特性，以缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，使车体在各振动方向上的位移量减小，提高车辆运行平稳性和安全性。
5）保证必要的粘着力和制动力，充分利用轮轨之间的粘着，传递牵引力和制动力，放大制动缸所产生的制动力，使车辆具有良好的制动效果，以保证在规定的距离之内停车。
6）便于检修，转向架是车辆的一个独立部件，在转向架于车体之间尽可能减少联接件。
易于从车辆底架下推进，推出，便于检修，有利于劳动条件的改善和检修质量的提高。
7）转向架的主要技术要求，转向架是大型养路机械的主要组成部分之一，它用来传递车辆的各种载荷，并利用轮轨间的粘着作用保证牵引力的产生。
转向架结构性能的好坏，直接影响大型路养机械的牵引能力、运行品质、轮轨磨耗和运行安全。
第4章转向架的故障分析
4.1动车转向架故障类型分析
在分析产品故障时，一般是从产品故障的现象入手，通过故障现象（故障模式）找出原因和故障机理。
对机械产品而言，故障模式的识别是进行故障分析的基础之一。
由于故障分析的目的是采取措施、纠正故障，因此在进行故障分析时，需要在调查、了解产品发生故障现场所记录的系统或分系统故障模式的基础上，通过分析、试验逐步追查到组件、部件或零件级（如螺母）的故障模式，并找出故障产生的机理。
故障的表现形式，更确切地说，故障模式一般是对产品所发生的、能被观察或测量到的故障现象的规范描述。
故障模式一般按发生故障时的现象来描述。
由于受现场条件的限制，观察到或测量到的故障现象可能是系统的，如制动系统不能制动；
也可能是某一部件，如传动箱有异常响声；
也可能就是某一具体的零件，如油管破裂等。
因此，针对产品结构的不同层次，其故障模式有互为因果的关系。
故障模式不仅是故障原因分析的依据，也是产品研制过程中进行可靠性设计的基础。
如在产品设计中，要对组成系统的各部分、组件潜在的各种故障模式对系统功能的影响及产生后果的严重程度进行故障模式、影响及危害性分析，以确定各种故障模式的严酷度等级和危害度，提出可能采取的预防改进措施。
因此将故障的现象用规范的词句进行描述是故障分析工作中不可缺少的基础工作。
依据某检修部门几年内积累的故障数据；
故障数据中的列车号主要是从002A到190A；
车辆编号是从1车厢到8车厢；
二级系统包括车体系统、车外系统、电气系统、给水卫生系统、供风系统、内装系统、转向架系统7大系统；
各系统的故障百分比如表1所示。
由表1可知转向架系统在整个动车组系统中故障频率所占有效百分比达20％以上。
根据转向架系统的结构特点和功能，将转向架划分为悬挂装置、架构组成。
轮对轴箱定位装置、排障装置、驱动装置、制动装置、转向架配管及配线等。
表1二级系统频率分布的输出结果
制动夹钳安装槽底部的加工刀痕是新造时遗留的质量问题，在制动夹钳检修工艺文件中并未规定该部位细化的检修要求。
据此完善制动夹钳检修工艺文件，增加了安装槽底部检查及打磨工艺要求，在检修过程中须检查制动夹钳安装槽底部是否存在异物及是否有明显的接刀痕迹的施工工序。
对于安装槽底部有异物的，须打磨清除;
对于安装槽底部存在明显加工刀痕的，使用细砂纸打磨消除刀痕，保证安装槽底部的平面度。
同时要求将检修过程出现的问题在后续新造产品中须做好产品质量控制，即对于新造产品也增加了底部平面度检查工序，确保后续产品的质量，这样就可杜绝出现损伤现象。
在完善制动夹钳检修工艺的前提下增加了制动夹钳底部安装面的防护工艺。
要求制动夹钳在运输过程中需对底部安装槽进行合理防护，以防止安装槽底部受到磕碰或沾染异物而影响组装质量。
依据某机车车辆股份有限公司采集积累的大量使用维护数据，进行了分类处理，得到动车组转向架的故障部位和故障类型表，如表２所示。
表2转向架系统故障模式统计表
从表２中明显看出，转向架系统总共有42个故障模式，制动装置包括轮对等故障达到30条，占26.78％，应重点加强与制动装置相关部件的管理维修和保养工作，及时发现故障隐患，杜绝事故。
4.2动车组转向架故障原因分析
4.2.1部件设备漏油分析
通过表２分析可知零部件设备漏油在转向架故障中较为常见，可以占到总故障数的25％。
通过对设备运行的观察发现可能故障原因是
（１）动车在运转时，在相对封闭的机械箱里，机器在运转时会产生大量的热量。
动车组在全日制工作时，箱内温度逐渐升高，箱内压力也会逐渐增大．油液在箱内压力作用下从密封间隙处渗出。
（２）设计不合理；
制造质量不良；
使用维护不当，检查不及时。
设备上的某些静、动配合面缺少密封装置，或采用的密封方案不合适；
设备上的某些润滑系统只有给油路，而没有回油路，使油压越来越大，造成泄漏。
4.3制动装置故障分析
动车组制动装置故障在转向架系统故障中占到最大的比例，达到了26％以上。
动车组转向架制动装置采用空液转换液压制动方式。
制动装置故障不仅会造成动车组途中晚点，而且如处理不当会导致动车组发生事故，严重影响运输秩序，威胁乘客的生命财产安全。
制动系统的常见故障包括了制动控制装置传输不良、制动控制装置故障、制动控制装置速度发电机断线、制动力不足、制动不缓解、监控显示器显示抱死、列车紧急制动不能复位、监控器等控制设备无电等。
制动控制装置传输不良时，制动时会检测制动力不足。
传输不良主要是光连接器的连接插头松动、接触不良，终端装置接口卡板故障。
当制动控制装置速度发电机断线时，车辆将无法进行滑行控制。
制动力不足时，可能是UB－TRTD继电器故障、电路故障、制动管系泄漏、EP阀故障、检测传感器故障、BCU故障等。
但出现制动抱死故障显示时，可能是由速度传感器断线、PCIS防滑阀故障、CI与BCU信息传输故障导致再生制动与空气制动同时发生、BCU内部滑行、抱死检测控制错误显示制动系统故障等造成的。
4.4其他零部件的故障分析
轮对组成故障损伤，因其裸露车体外，且直接与地面钢轨接触，运行状况复杂，且轮对组成乃转向架的重要部件，如有故障易造成严重的事故。
其次空气弹簧故障因其材质特殊为橡胶所制，较易被划伤，若运行时间长易造成空气弹簧的故障。
其次还有横向减振器和抗蛇行减振器，这两者均为油压减振器，易造成漏油故障，从而降低减振效果。
制动夹钳的长时间使用及检修维护不当，使制动装置易出现故障。
4.5动车组转向架的故障模式、致命性分析（FMECA）
经过前面的分析，基本了解了动车组转向架的故障模式和发生原因，但是仍不清楚每种失效模式对转向架功能所造成的致命度的大小，所以需要对转向架进行FMECA分析[5-7]，以便掌握其可靠性薄弱环节，为可靠性评估与提高可靠度提供科学依据
部件ｉ以失效模式ｊ发生失效时，该零部件的致命度为：
CRij＝αijβijλi
式中aij是部件i以失效模式ｊ而引起部件的失效模式概率；
βij是部件i以失效模式j发生失效造成部件损伤的概率。
国标草案中将此称为丧失功能的条件概率。
其值为１，表示肯定发生损伤；
0.5表示可能发生损伤；
0.1表示很少可能发生损伤；
０表示无影响。
λi是部件i成为基本失效件的故障率采用平均故障率。
通过上面的分析，可以看到在转向架的各个主要部件中轮对部件的部位致命度最大，主要是因为轮对承受了车辆与线路间相互作用的全部载荷及冲击，且直接与地面钢轨接触。
其次是制动卡钳（动车）、空气弹簧和轴箱体，它们将是影响转向架可靠性的关键部件。
另外，横向减振器部件的致命度也不小，虽然抗蛇行减振器的故障致命度并不很大，但它是使动车组在行驶时具有良好的平稳性、舒适度和安全性的保证，列车在高速行驶中易发生转向架蛇行运动，所以也应该加以重视。
具体到故障模式致命度来看轮缘擦伤、横向减振器漏油、制动夹钳漏油、空气弹簧破损、橡胶垫破损等，是重点针对的对象，对此可以采取以下措施：
（１）对于轮缘擦伤、横向减振器漏油、制动夹钳漏油、空气弹簧破损、橡胶垫破损、磨损、弹簧断裂、弹力不足等故障，要加强车辆行驶前、行驶后检查，必要时采取无损检测或磁力探伤，如发现部件有微小裂纹，应及时更换防止裂纹进一步扩展，磨损加剧等。
同时建议使用抗拉压、抗剪切、抗扭转、耐磨损的材料来制造，合理改进制造工艺过程，提高部件的质量和使用寿命。
（2）动车组维修部门维护转向架时应严格按照维修手册规定进行，并对致命度大的部件和模式加以重视。
第5章.动车组转向架轴承的检测技术与处理
5.1动车组转向架轴承故障诊断的基本内容
动车组转向架轴承故障诊断与监测是通过轴承的劣化损伤以及性能状态参数,来判断和预测其可靠性和使用性,对异常情况的部位!
原因和危险程度进行识别和诊断,及时的可靠的反映故障,防止事故的发生,保证整个动车组运行正常"
总的来说,动车组转向架故障诊断的内容是:
状态的监测,故障诊断和正确指导轴承的管理与维修三部分。
1.状态监测状态监测就是要采用各种方法掌握设备的运行状态,如检测!
测量!
分析和判别等"
还需要结合系统的现状以及经验,考虑环境和突发因素,准确判断轴承状态,当其出现异常时,发出警报,提醒相关人员采取及时的措施"
系统要具有显示和记录其状态的功能,为设备的故障分析和可靠性分析提供信息和基础数据"
2.故障诊断故障诊断技术的实质是:
根据状态监测所获得的信息与数据,结合滚动轴承的运行历史!
结构特性和参数条件,对滚动轴承的各种不同类型的故障进行预报和分析,并确定其性质!
类型!
原因!
部位!
严重程度!
性能趋势和后果"
3.指导轴承的管理维修根据诊断结果,决定设备的维修方式和维修周期"
避免/过剩维修0,防止因不必要的拆卸使设备精度降低,延长设备寿命;
减少维修时间,提高生产效率和经济效益;
减少和避免重大事故发生,故不仅能获得巨大经济效益,而且能获得很好的社会效益"
5.2动车组转向架轴承故障监测常用技术
机械故障诊断技术发展几十年来,产生了巨大的经济效益,成为各国研究的热点，从诊断技术的各分支技术来看,美国占领先地位"
美国的一些公司,如Bently,HP等,他们的监测产品基本上代表了当今诊断技术的最高水平"
发展至今,动车组转向架轴承故障监测的常用技术主要有:
振动诊断技术,温度诊断技术,油样分析技术,油膜电阻诊断技术,声发射诊断技术等"
下面简要介绍这些方法"
1.振动诊断技术振动诊断技术是应用最早的!
使用范围最广的故障监测诊断技术"
运行的机械设备产生振动的原因是:
表面的接触摩擦和旋转部件的不平衡等"
进一步的研究表明:
振动的强弱及其包含的主要频率成份和故障类型!
部位和原因等有着密切的联系。
本论文就是采用振动诊断技术是通过安装在轴承座和箱体上的压电式传感器采集轴承的振动信号,并采用有效的方法对其进行分析和处理，振动分析法具有:
1.对各种类型工况的轴承适用;
对早期轻微故障诊断有效;
信号采集方便，分析简单，直观;
诊断结果可信度高,在实际中得到了极为广泛的应用，在实际诊断中,传感器采集振动信号中不仅反映轴承本身的工作情况,还包含了动车组中其他运动部件和结构的干扰噪声
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