北京地鐵1號線用車鉤緩沖裝置的故障分析與改進

1、北京地鐵1號線用車鉤緩沖裝置的故障分析與改良設計制造鐵道車輛第48卷第3期2021年3月文章編號:10027602(2OLOO3001803北京地鐵1號線用車鉤緩沖裝置的.故障分析與改良宿方京(青島四方車輛研究所鉤緩事業(yè)部,山東青島266031)摘要:分析了北京地鐵1號線用車鉤緩沖裝置的故障原因,并介紹了改良措施.關鍵詞:車鉤緩沖裝置;故障分析;改良中圈分類號:U270.34文獻標識碼:B車鉤緩沖裝置是地鐵列車最根本也是最重要的部件之一,用來連接列車中各車輛,使車輛彼此保持一定的距離,同時傳遞和緩和列車在運行或調車時所產生地鐵列車平安運營的前提條件.1原車鉤緩沖裝置存在的問題北京地鐵1號線是我

2、國最早建設的地鐵線路,是的是密接式車鉤緩沖裝置,有半自動車鉤緩沖裝置(圖1)和半永久車鉤緩沖裝置(圖2)2種,均采用橡膠緩沖器.這些車鉤緩沖裝置在運用初期的效果良好,發(fā)揮了應有的作用.但隨著運用時間的增加,車鉤緩沖裝置出現(xiàn)了較多問題,主要問題有:(1)橡膠緩沖器中的橡膠片因老化產生永久變形,導致橡膠緩沖器的緩沖圖1半自動車鉤緩沖裝置圖2半永久車鉤緩沖裝置收稿日期:20210927;修訂日期:20211216作者簡介:宿方宗(1975一),男,工程師.?j8?性能降低;(2)車鉤緩沖裝置中鉤體,緩沖器箱體及牽引桿大批出現(xiàn)裂紋;(3)緩沖器止鐵,開口銷斷裂及螺母松動(圖3).圖3緩沖器止鐵,開口銷

3、斷裂和螺母松動示意圖2原因分析2.1橡膠緩沖器的橡膠片因老化產生永久變形,導致橡膠緩沖器的緩沖性能降低車鉤緩沖裝置采用的是橡膠緩沖器,緩沖器的橡膠片因運用時間較長而發(fā)生老化,產生了不可恢復的永久變形,每個橡膠片被壓縮后,其高度降低,導致緩沖器內橡膠片總高度降低,致使緩沖器內部橡膠片之間或橡膠片與前后從板間產生縱向貫穿間隙(見圖3),使列車的縱向沖動加劇,車鉤力大幅增加.在局部緩沖性能降低嚴重的車鉤緩沖裝置中,伴隨出現(xiàn)了螺母松動,止鐵和牽引桿開口銷斷裂等故障,存在造成列車別離的重大平安隱患.一般情況下,地鐵列車上使用的橡膠片運用2年3年,局部橡膠片就會開始產生明顯的永久變形,運用3年4年后將會有

4、大批橡膠片出現(xiàn)永久變形的問題.為此,地鐵公司必須更換緩沖器的橡膠片,而3年4年達不到地鐵列車的架修期(6年)要求,這大大增加了地鐵列車的維修工作量.北京地鐵1號線用車鉤緩沖裝置的故障分析與改良宿方宗應力大是橡膠緩沖器中橡膠片產生老化,變形的最主要原因.在應力的反復作用下,會使橡膠分子鏈斷裂,生成游離荃,引發(fā)氧化鏈反響,形成力化學過程.中橡膠片的老化變形問題不可能從根本上得以解決,要徹底解決此類問題,需使用其他類型的緩沖器替換橡膠緩沖器.2.2鉤體,緩沖器箱體及牽引桿大批出現(xiàn)裂紋北京地鐵1號線列車主要使用了半自動車鉤及半永久車鉤2種結構形式的車鉤緩沖裝置,半自動車鉤主要由橡膠緩沖器和鉤體組成,半

5、永久車鉤主要由橡中,鉤體裂紋和緩沖器箱體裂紋較為普遍,約占車鉤裂紋總數(shù)的759/6,半永久車鉤中牽引桿裂紋約占25.無論是鉤體裂紋,緩沖器箱體裂紋還是牽引桿裂紋,一旦裂紋擴展造成斷裂,就會導致列車別離,其后果非常嚴重.車鉤裂紋產生的主要原因有:(1)鉤體,緩沖器箱體及牽引桿使用的材料強度低.鉤體,緩沖器箱體及牽引桿使用的材料是低碳鑄鋼(ZG23O-450).低碳鋼強度余量小,在正常情況下能夠滿足運用要求,但由于橡膠緩沖器的橡膠片老化變形導致緩沖性能降低,造成列車間的沖擊加劇,致使果說明:在車鉤力接近500kN時車鉤鉤體就有明顯的永久變形產生,在長期接近永久變形的高載荷情況見,材料的強度余量缺乏

6、是鉤體,緩沖器箱體及牽引桿大批出現(xiàn)裂紋的內在原因.(2)橡膠緩沖器的緩沖性能降低或失效,導致鉤體,緩沖器箱體及牽引桿的裂紋加劇,是產生裂紋的外在原因.2.3緩沖器止鐵,開口銷斷裂和螺母松動橡膠片因老化產生永久變形,造成緩沖器的緩沖性能降低或失效,導致列車縱向沖動加大,車鉤力母的松動力超過了開口銷和止鐵的防松能力時,造成開口銷和止鐵斷裂,開口銷及止鐵斷裂位置見圖3.開口銷和止鐵斷裂后,螺母開始松動,松動的螺母加劇了列車的縱向沖動,縱向沖動反過來又加速了螺母的松動,形成惡性循環(huán),致使螺母迅速脫開.如果檢修人員不能及時發(fā)現(xiàn),將會造成列車別離的嚴重后果.因此,緩沖器止鐵,開口銷斷裂和螺栓松動的主要原因

7、應歸為橡膠緩沖器的緩沖性能降低或失效.北京地鐵最早的列車編組內全部是動車,是完全動力分散型,后來改為3動3拖,動力較以前相對集中.與動力分散相比,動力集中所產生的車鉤力更大,列車啟開工況下動力集中所產生的車鉤力是動力分散地鐵列車出現(xiàn)車鉤和緩沖器失效的概率要遠遠低于動力集中的地鐵車輛.因此,列車由動力分散改為動力集中后較大的車鉤力也是車鉤緩沖裝置出現(xiàn)以上問題的外部因素.動拖比的改變使列車啟開工況的車鉤力增大,緩沖器橡膠片承受不了較大的車鉤力而發(fā)生早期變形,剛度變大.隨著運用時間的延長,橡膠片的組裝高度降低,從而使橡膠緩沖器內部產生了縱向貫穿間隙,加劇了列車的縱向沖動,車鉤力進一步增加,接近鉤體,

8、緩沖器箱體及牽引桿所用材料的屈服極限,導致鉤體,緩沖器箱體及牽引桿產生疲勞裂紋.總之,北京地鐵1號線用車鉤緩沖裝置的主要問題是橡膠緩沖器的緩沖性能下降或失效,其次是鉤體,緩沖器箱體及牽引桿所用材料的強度余量缺乏.3車鉤緩沖裝置的改良針對北京地鐵1號線半自動車鉤緩沖裝置出現(xiàn)的問題,對半自動車鉤緩沖裝置進行了改良,改良后的結沖裝置的改良是在北京八通線的根底上,采用了經過運用考驗的成熟功能模塊開發(fā)設計的,車鉤緩沖裝置的根本結構,主要配合尺寸及車體連接的接口與原地鐵1號線所用車鉤緩沖裝置完全一致.針對鉤體裂紋問題,將鉤體材料由ZG23O-450改為c級鑄鋼,使鉤體材料的屈服強度由2'30MPa

9、提高到415MPa,大大提高了鉤體的疲勞強度,有效降低了緩沖器鉤體的裂紋傾向.鉤體彈性膠泥緩沖器圖4改良后的半自動車鉤緩沖裝置?9?設計制造鐵道車輛第48卷第3期2021年3月文章編號:10027602(2021)03002004軸向組合式小徑向/軸向剛度比橡膠球鉸結構介紹張春良,袁貴根,張亞新.,郭紅鋒(1.西南交通大學機械工程學院,四川成都610031;2.株洲時代新材料科技股份,湖南株洲412007)摘要:以一種地鐵車輛用轉臂定位節(jié)點為例,介紹了一種軸向組合式橡膠一金屬球鉸結構,此種結構的特點是徑向/軸向剛度比小,橡膠預壓縮簡單可靠,剛度調節(jié)范圍廣,疲勞可靠性好.關鍵詞:橡膠球鉸;徑向/

10、軸向剛度比;疲勞中圖分類號:U270.331.6文獻標識碼:B橡膠一金屬球鉸產品(簡稱橡膠球鉸)因結構簡單,質量輕,且能有效地起到柔性連接和減振降噪的作用而廣泛應用于機車車輛的牽引和懸掛系統(tǒng),但常規(guī)的橡膠球鉸產品受結構限制,其徑向/軸向剛度比(簡稱徑/軸剛度比)一般限于7:1以上,而在一些特定的場合,尤其是在機車車輛轉臂軸箱定位結構中,往往需要具有更小徑/軸剛度比的橡膠球鉸產品1,此時就需要收稿日期:20210710作者簡介:張春良(1974一),男,工程師.改良后的半自動車鉤緩沖裝置使用了新型彈性膠世紀末歐洲開發(fā)的一種新型緩沖器,它具有容量大,阻抗小,結構簡單,性能穩(wěn)定,檢修周期長等顯著優(yōu)點

11、.我國自2004年第5次大提速時批量裝用于25T型提地鐵八通線所用緩沖器也為彈性膠泥緩沖器,目前仍在八通線上運用,所裝緩沖器尚未進行過廠修,運用狀態(tài)良好.同時,由于緩沖器采用了彈性膠泥結構,原橡膠緩沖器出現(xiàn)的止鐵斷裂,開口銷斷裂及螺母松動等相關問題也一并得到了徹底解決.北京地鐵半永久車鉤緩沖裝置改良后的結構示意時,中間牽引桿的材料也由原先的ZG23O-45O更改為強度級別更高的20Cr合金結構鋼,材料的屈服強度由原先的230MPa提高到了500MPa.兩端使用了與半自動車鉤緩沖裝置同樣結構的彈性膠泥緩沖器.緩沖器的緩沖性能得到了大幅提升,?2r)?定位節(jié)點,介紹了一種軸向組合式的并具有小徑/軸剛度比的橡膠球鉸結構.1軸向組合式結構的提出2005年,國內研制某型地鐵車輛時,對該車的軸箱轉臂定位提出了縱向剛度11kN/mm,橫向剛度4kN/mm的要求,即要求橡膠球鉸的徑/軸剛度比為2.75:1不僅消除了橡膠緩沖器可能產生的不利影響,而且更好地緩解了列車問的縱向沖動,