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1、CRH5型动车组车轴损伤修复性浅析1 问题的提出 CRH5型动车组车轴是动车组转向架组成中重要部件,也是影响行车安全的重要管控零部件。在动车组进行高等级检修时,对车轴的检修和状态维护是极重要的工作之一。作为技术引进的高速动车组,生产制造、运营使用、基础维护等经验正逐步累积中,但在高等级检修技术领域尚存在空白。承载运用后的动车组车轴,根据CRH5型动车组高等级检修修程要求,需进行退卸车轮及制动盘。在轮对退卸过程中,可预见的将出现不同程度的拉痕、戗轴等损坏。为避免非必要性(低损伤度)的报废造成检修成本增高,需要一套完整的判定依据作为车轴损伤修复性的判定,及可靠的修复技术。针对上述问题,本文通过理论
2、计算及实际检修的经验累积和实物验证,对CRH5型动车组车轴损伤进行修复性分析,提出动车组车轴加工工艺改进意见。 2 问题分析 2.1 车轴选型 CRH5型动车组轮对是车轴与车轮过盈配合,采用冷压方式组装,它在实际运营中承载整车的质量及动态载荷。在保证动能经济性及能效性,兼顾速度要求下,动车组车轴大多使用空心车轴。 2.2 车轴运行工况 动车组车轴压力配合部位为轴颈、轮座、盘座,均是载荷受力区,同样也是疲劳累积易发生危险的部位。在检修退卸过程中,上述部位均出现过拉伤、划伤等损伤。其中,又以轮座受压装力最大,运行状态也相对恶劣,通过实际检修的车轴发现,最为严重的损伤均出现在车轮退卸中。 2.3 车
3、轴压装力 压装力是判断轮对装配合格的重要因素,它抑制轮对承载时,车轴扭曲形成的轮座与轮毂孔间相对运动。相关试验研究证明, 在其以过盈方式组装中, 当扭转力超过压装力的0.6% 时, 即会产生微动, 两接触界面间会出现波浪形不规则起伏, 从而有摩擦力产生,导致车轴与车轮之间的配合面出现微损伤趋势。 3 可修复性分析 动车组车轴维修的基本原理是防止轴身轮廓面毁伤的发展。即在轮对现实运用过程中,其所承受的有效载荷小于许用载荷。轮座与车轮过盈配合,在压装接触外轮廓表面,除承载弯曲应力外,还有两种基材的表面应力,在配合表面的力学模型中,配合表面损伤受多种复合应力影响。车轴毁损修复后,必须满足毁损部位不得
4、进一步发展的要求。 3.1 车轴载荷分析 CRH5型动车组轮对在运用过程中,车轴承受的载荷主要包括以下几种: 垂向静载列车本身质量及作用在车轴轴颈上承载的重量引起的垂向静载荷,kN。 垂向动载荷因轨道线路高低起伏等原因,引起列车高速通过时,垂直方向上振动产生的动载荷,kN。 垂向外载荷水平方向载荷的力在车轴端部的分力,作用车轴处的垂向额外附加载荷,kN。 3.2 轮座强度计算 车轴使用寿命,需要载荷分布、S-N曲线及疲劳损伤法则。恒幅交变载荷作为计较载荷来测算车轴的运用寿命,是利用期内车轴变幅载荷的等效强化载荷。车轴载荷原由与车辆活动或制动有关。 对CRH5型动车组列车,运动引起的力由下式确定
5、: P1=(0.625+0.0875h1/b)m1g P2=(0.625-0.0875h1/b)m1g Y=0.35m1g Y=0.175m1g Q1=P1(b+s)-P2(b-s)+(Y1-Y2)R-Fi(2S-yi)/2s Q2=P2(b+s)-P1(b-s)-(Y1-Y2)R-Fiyi/2s 式中,m1约为轴箱弹簧上质量,Fi约为轴上齿轮箱载荷。见表1。 由行驶引发的弯矩由下式判定: MxP1y = ,车轮外侧; M=Py-Q1(y-b+s)+Y1R-Fi (y-b+s-yi),车轮内侧; 式中,y为轴颈到弯矩点截面的垂直距离。 由制动引发的弯矩由下式判定: Mx=Ffy,制动盘外侧;
6、Mx=Ff(b-s),制动盘内侧; Mz=0 My=0,车轮外侧; My= 0.3PR,车轮内侧。 合成弯矩: 在车轴各截面,应力经由合成弯矩MR 计较而得,合成弯矩为: MR= MX=Mx+Mx MZ=Mz MY=My 应力计算: 空心车轴的内径是d,外径是d,应力计算公式是: 外表面:S= 内表面:b= CRH5型动车组的车轴材料是30NiCrMoV12,为空心车轴,根据UIC515-3,动车车轴取安全系数1.5,所以车轴轮座部位的应力疲劳极限是:116 MPa。见表2。 Mx,Mx,Mz,My和MR的单位是kN?mm; s和b的单位是MP; s是车轴外轮廓表面的力; b是车轴内轮廓面的力
7、。 3.3 可修复性判定 在以往大线铁路列车轮对车轴检修中,车轴基本采用磨削法去除表面划伤,并对磨削表面进行滚压硬化处理,以满足设计部门对划伤深度要求。但该方式须建立在磨削后轮座直径符合许用应力的基础上的。 通过上述计算,已经得出CRH5型动车组车轴轮座的需用应力为116 MPa。则通过反向计算得出,在满足UIC515-3标准下,CRH5型动车组车轴轮座最小直径为189.40 mm,与与图纸比力得出修复余量为2.8 mm,并考虑去除实际精磨、选配加工的一般直径范围,则轮座实际(车轴半径方向)可修复余量约为1.2 m。 故CRH5型动车组车轴轮座具有可修复性。并根据CRH5A型动车组轮对技术规范、标准UIC 813及EN 13260,对损坏的车轴按1.2 mm进行修复,然后进行反压试验测试,压力曲线结果符合轮对反压条件要求。 4 结 语 CRH5型动车组车轴轮座具有可修复性。 在后续车轴加工过程中,为尽量增大修复余量,在满足图纸要求直径及压装过盈量要求的前提下,进量选取尺寸上差进行加工,以便增大其可重复使用性,降低CRH5型动车组高级修检修成本。
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