鐵路貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件失效分析與對策研究

喬飛

（呼和浩特鐵路局集寧車輛段，內(nèi)蒙古烏蘭察布012000）

鐵路貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件失效分析與對策研究

喬飛

（呼和浩特鐵路局集寧車輛段，內(nèi)蒙古烏蘭察布012000）

車輪、車軸、搖枕、側(cè)架等轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，在使用過程中承受著高強(qiáng)度的推、拉、壓、折疊等交替負(fù)荷，其工作載荷壓力非常大。通過對鐵路貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件失效的實(shí)例進(jìn)行細(xì)致地分析,從設(shè)計、制造工藝、運(yùn)用方面提出解決方案。

貨車轉(zhuǎn)向架；失效分析；失效模式

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.065

1 失效與失效分析

1.1 失效分析

失效分析具有重要的意義，只有通過對失效零部件的分析尋找到失效的根本原因，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能避免同樣的事故再發(fā)生。通過失效分析，將事故造成的損失和傷害轉(zhuǎn)化為技術(shù)進(jìn)步的動力，盡力解決在此過程中出現(xiàn)的問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以此促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步。

1.2 車輛零部件的失效分析

車輛零部件是車輛的根本，對其進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)的失效分析，與鐵路運(yùn)輸能否安全運(yùn)行直接掛鉤。相關(guān)部門統(tǒng)計了近幾年的車輛事故，這些事故不但直接影響到人們的人身安全和財產(chǎn)安全。同時會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失并造成非常惡劣的社會影響。因而對車輛零部件進(jìn)行必要的失效分析可以提高車輛零部件的質(zhì)量，同時，也可以延長零部件的使用時間，甚至可以減少維修次數(shù)，具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。與此同時，失效分析能夠有效地提高鐵路運(yùn)輸?shù)乃俣取⑤d重以及安全運(yùn)輸能力。

1.3 失效模式和失效機(jī)理

失效機(jī)理往往通過車輛失效模式表現(xiàn)出來。它主要是通過研究各種物理或者化學(xué)的性質(zhì)及其反應(yīng)來得到結(jié)論的。與此同時，它也可以通過對各種材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能等的考察從而找出導(dǎo)致失效的原因。另外，機(jī)理被模式所包含，但是，只有當(dāng)兩者結(jié)合在一起才能真正的由里到外地揭示零部件失效的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而提出更為科學(xué)并且行之有效的解決措施或者預(yù)防方案（見表1）[1]。

2 失效分析的一般思路以及相關(guān)步驟

2.1 失效分析的重要性

失效分析工作往往是解決問題的重中之重，有時候可能會因?yàn)橐粋€整體結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致列車脫軌，并且這通常不只是一個零部件損壞就能達(dá)到，一般情況下，是大量零部件或多或少出現(xiàn)損壞才會導(dǎo)致的。更復(fù)雜的是導(dǎo)致事故出現(xiàn)的因素是多種多樣的。通常情況下也只允許一次取樣，若分析過程中出現(xiàn)失誤，哪怕只是一點(diǎn)，都極有可能導(dǎo)致整個失效分析無法正常進(jìn)行。因而，縝密而科學(xué)的思考和分析才能確保失效分析正常進(jìn)行。可以說，科學(xué)而合理的分析思路是整個失效分析得以順利進(jìn)行的必

表1 失效模式和失效機(jī)理

要條件。

2.2 常用的失效分析思路

破損零部件分析方法是失效分析思路經(jīng)常用到的，它主要是對零部件的工作條件、斷口特征、力學(xué)性能等方面進(jìn)行分析。它通常以破損零部件為研究對象，然后對失效的零部件進(jìn)行理化性能及設(shè)計、工藝等方面的分析。實(shí)際上，在同一工作條件下會產(chǎn)生多種失效模式，并且存在的方式也會有所不同。另外，哪怕是相同的模式也可能導(dǎo)致在不同的工作條件下出現(xiàn)失效的情況。又或者說，以進(jìn)行的條件為入口線索并進(jìn)行相對應(yīng)的失效分析一般也只是起到縮小分析范圍的作用。以失效零部件的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行性能失效分析，其關(guān)鍵就在于清楚地知道零部件的工作范圍和條件，然后通過斷口分析以及對它進(jìn)行理化分析找到導(dǎo)致部件失效最主要的原因，從深層次來說，也需要作出它與材料和組織之間是否存在關(guān)系的推斷[2]。斷口是斷裂失效分析最為重要的依據(jù)，它是分析斷裂端倪的重要渠道。

2.3 失效分析的一般步驟

對破損零部件的分析思路通常采取以下幾個步驟。(1)通過細(xì)致的勘察和研究收集原始破損零部件的數(shù)據(jù)和材料。(2)進(jìn)行量化解剖分析。先從裂紋和斷口處的情況進(jìn)行分析；再根據(jù)各零部件相互間的摩擦、撞擊和損壞的程度，判斷是哪一部分的零件或部位最先破損。以此為依據(jù)，確定思考分析的先后與主次并做最后的總結(jié)。(3)細(xì)致分析斷口和裂紋。(4)根據(jù)零部件受力的分析計算出失效部位的應(yīng)力大小。(5)進(jìn)行進(jìn)一步的報告總結(jié)，通過實(shí)驗(yàn)技術(shù)查找出相關(guān)的失效分析所必需的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息。比如，通過對零部件材料的常規(guī)性能和韌性的檢測，對斷口進(jìn)行詳細(xì)地分析，即通過對零部件材料的材質(zhì)、夾渣、氣泡以及裂紋的起因等來進(jìn)行判斷；對受力類型、可能出現(xiàn)斷裂的原因作出分析。(6)做最后的總結(jié)報告，并進(jìn)一步提出預(yù)防和改造的方案。

3 鐵路貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件失效問題的改進(jìn)對策

3.1 設(shè)計方面

設(shè)計上取消車輪輻板孔；選材方面需要注意，車輪不被允許出現(xiàn)存在嚴(yán)重成分偏析缺陷的情況發(fā)生，延展性和抗擊打能力都必須符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。不然的話，車輪輪輞的中間部分、輻板等部位會因?yàn)閺?qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性太差而受到嚴(yán)重?fù)p壞。如果這些帶有缺陷的車輪上路，產(chǎn)生的應(yīng)力以及對車輪的錯誤分析就會導(dǎo)致破碎崩輪，進(jìn)而在運(yùn)用中造成嚴(yán)重事故。搖枕選材應(yīng)首先考慮到在較低的運(yùn)用溫度環(huán)境下材料是否能夠適應(yīng)環(huán)境，然后提高其對低溫的抗沖擊性能，并對搖枕漏水孔部位的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化。

3.2 制造工藝方面

在制造工藝方面應(yīng)提高對技術(shù)的要求，另外，應(yīng)注意外部環(huán)境變遷對調(diào)整和改進(jìn)熱處理技術(shù)的作用，并將成品車輪的剩余應(yīng)力控制在合理并且不失效的范圍之內(nèi)。除此之外還要注意，淬火不能過度，不然可能會發(fā)生輪輞出現(xiàn)殘余應(yīng)力過大的情況。與此同時，在輻板位置產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力也應(yīng)控制在合理的范圍之內(nèi)；淬火時，輻板表面應(yīng)保持干燥，否則的話會出現(xiàn)輻板的抗沖擊能力過低的情況。除此之外，回火的溫度不能太低，一旦過低就有可能出現(xiàn)淬火后殘余應(yīng)力無法得到釋放的情況，也會使輻板的抗沖擊性能降低。因此在此建議，對車輪剩余應(yīng)力的形成、范圍以及可能造成影響的因素進(jìn)行細(xì)致地分析。并且，重新修改車輪制作標(biāo)準(zhǔn)中對殘余應(yīng)力的相關(guān)規(guī)定，繼而作出合理而有效的殘余應(yīng)力分布范圍指標(biāo)[3]。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)向架主要部件的失效情況要詳細(xì)地分析，要找出設(shè)計出現(xiàn)問題的根源，進(jìn)而完善對新型貨車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計；然后制定預(yù)防對策以及解決措施，提高車輛運(yùn)行的安全性，使現(xiàn)今的“提速、重載”的貨車運(yùn)用更具現(xiàn)實(shí)意義。我國貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵部件可靠性研究一直是一項(xiàng)龐大的工程，這些研究工作還有很大的發(fā)展空間。

【1】鄭志宏.鐵路貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件失效分析與對策研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2015.

【2】張強(qiáng).貨車轉(zhuǎn)向架零部件的故障規(guī)律分析及預(yù)測[D].北京：北京交通大學(xué)，2009.

【3】朱明.貨車轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵零部件壽命管理決策支持系統(tǒng)的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2008.

Analysis and Countermeasure Research on Failure of Key Components in Railway Freight Car Bogie

QIAO Fei
(Jining Car Depot of Hohhot Railway Bureau,Ulanqab 012000,China)

The key components of the bogie such as the wheel,axle,bolster and side frame,are under alternating load of intensive push,pull,pressure and folding in the running process,so the working load pressure is very huge.Through detailed analysis of the failure cases of key components in the railway freight car bogie,it puts forward solutions from the aspects of design,manufacturing process,and application.

freight car bogie;failure analysis;failure mode

U270.33

A

1007-9467（2016）08-0119-02

2016-07-11

喬飛（1989～），男，山西代縣人，從事鐵路車輛運(yùn)用研究。