定稿-浅析CRH-380B型动车组转向架常见故障的分析与处理.doc
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毕业设计(论文)
浅析CRH-380B型动车组转向架常见故障的分析与处理
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北京交通大学远程与继续教育学院
2024年2月
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北京交通大学
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北京交通大学毕业设计(论文)ABSTRACT
中文摘要
摘要:
CRH高速动车组是由我国命名的高速铁路系统的品牌名称,CRH高速动车组立车由于车厢自带动力,运营速度更快,同时舒适性、安全性和可靠性更高。
高速动车组是我国铁路建设史上的一项重大技术成就。
随着我国国民经济的快速发展,自1990年代中期以来,我国大力推进铁路装备的现代化建设,在高速铁路运输组织、经营管理、运行控制、线路规划设计方面取得了重大突破。
如今,乘坐高速动车组出行已成为人民群众的首选交通工具,高速动车组列车的飞速发展与转向架技术的发展息息相关,高速动车组转向架技术是高速动车组列车生存与发展的核心技术之一。
本文查阅了大量的国内外文献资料,详细分析了我国CRH-380B型动车组转向架组件的工作原理、结构特点和性能,动车组转向架是高速动车组的行走装置,在动车组运行过程中起着承载、导向、减振、牵引和制动等多种功能,直接影响着动车组列车的运营速度和品质。
转向架若在动车组运行过程中发生故障,会对动车组的运行安全造成威胁,因此,深入研究动车组转向架的常见故障与维修处理方法,提高转向架维修效率,降低转向架发生故障的概率,确保高速动车组的运营安全,延长其使用寿命具有重要意义。
本文根据CRH-380B型动车组转向架在数年内出现的故障统计数据,对所有故障模式进行了分类,并分析了这些故障模式产生的原因、影响,并提出了一些具有针对性的维修措施,以供我国动车组转向架检修技术人员在检修过程中作为参考。
关键词:
动车组;转向架;故障;
iii
ABSTRACT
Title:
AnalysisandtreatmentofcommonfaultsofCRH-380BtypeEMUbogie
ABSTRACT:
CRHhighspeedEMUhigh-speedrailsystemnamedbytheChinesebrandname,CRHhigh-speedEMUcarbecausecarwithpower,runfaster,andcomfort,highsafetyandreliability.EMUisamajortechnicalachievementinthehistoryofrailwayconstruction.Withtherapiddevelopmentofournationaleconomy,sincethemid-1990s,Chinavigorouslypromotethemodernizationofrailwayequipment,inhigh-speedrailwaytransportationorganization,management,operationcontrol,routeplanninganddesignmadeamajorbreakthrough.Now,takethehigh-speedEMUtravelhasbecomethepreferredmeansoftransportofthepeople,high-speedEMUtrainofrapiddevelopmentandtothedevelopmentofthetechnologyofcloselyrelated,high-speedEMUsteeringframetechnologyisoneofthecoretechnologyofthehighspeedEMUtrainsurvivalanddevelopment.
Thisarticlereviewedthealargenumberofdomesticandforeignliterature,detailedanalysisoftheEMUinChinaCRH-380Btypesteeringframeassemblyprincipleofwork,structurefeaturesandpropertiesofEMUbogieishigh-speedEMUwalkingdevice,inEMUoperationprocessplaysasupporting,guide,vibrationreduction,tractionandbrakingfunctions,directlyaffectstheEMUtrainoperatingspeedandquality.BogieiftheoffailureintheoperationofEMUwillposeathreattothesafeoperationofEMU,therefore,in-depthstudyoftheEMUsteeringframeofthecommonfaultsandmaintenanceofprocessingmethods,improvethesteeringrackmaintenanceefficiency,reducethebogiefailureprobability,ensurehighspeedEMUOperationSafety,extendingtheservicelifeoftheimportantsignificance.
ThisaccordingtotheEMUCRH-380Bsteeringframewithinafewyearsoffaultstatistics,ofallthefailuremodesareclassified,andanalyzesthecausesofthesefailuremodes,influence,andputsforwardthesomemeasuresforthemaintenancefortheEMUturntoframemaintenanceandtechnicalpersonnelinthemaintenanceprocessasareference.
KEYWORDS:
EMU;bogie;fault;
北京交通大学毕业设计(论文)目录
目录
中文摘要 I
ABSTRACT II
1绪论 1
2转向架概述 3
3我国动车组转向架常见故障及分类 3
4CRH-380B型动车组转向架故障影响 6
5CRH-380B型动车组转向架故障原因分析 6
4.1部件漏油故障的原因 6
4.2制动装置故障的原因 7
4.3其他零部件的故障分析 8
5CRH-380B型动车组转向架故障处理措施 8
6总结 9
参考文献 11
北京交通大学毕业设计(论文)绪论
1绪论
高速铁路技术的应用与发展代表了一个国家的科技和工业水平,也体现了一个国家的综合国力。
其中转向架是高速动车组列车上最重要的部件之一,具有承载、减振、牵引、制动等作用,转向架结构是否合理月动车组车辆的运行品质、性能和行车安全息息相关。
目前,世界各主要工业发达国家均十分重视转向架对提高高速列车速度方面的重要作用,大力推进针对动车组转向架设计标准的研究与分析工作。
早期的欧洲高速动车组转向架均采用动力集中模式,而拖车转向架则由常规立车转向架演变而来。
近年来,欧洲国家开发的动力分散型动车组已广泛应用,其动力转向架结构一般采用无摇枕结构。
转向架构架为轻量化焊接构架;轴箱定位采用转臂定位或橡胶弹簧定位;中央悬挂装置由空气弹簧、横向减振器、抗蛇行减振器和抗侧滚扭杆等部件组成;驱动单元采用牵引电机架悬或体悬、齿轮箱抱轴悬挂的形式;采用轴装或轮装盘形制动;牵引机构则采用单拉杆或Z形拉杆牵引。
此外,阿尔斯通公司研发的AGV-V150高速列车和法国的TGV列车通过采用摆式列车技术实现了在既有铁路线上的高速运行。
TGV高速列车的头端和尾端采用动力编组,而中部仍然是拖车编组,拖车之间采用铰接式结构连接,由于动力编组只在TGV高速列车的头端和尾断,因而整个列车组无法进行分解独立运行。
德国研发的ICE系列城间高速列车代表了德国现代铁路技术的最高水平,ICE系列高速列车目前共研制了ICE1、ICE2和ICD3共三代产品,其拖车分别采用了MD550型、SGP400型和SF500型转向架。
1960年代,日本开发的DT200型动车组动力转向架,采用了由空气弹簧、液压减震器组成的中央悬挂系统,以及由IS拉板双圆簧模式组成的一系悬挂系统结构,并广泛应用于日本的第一带新干线动车组列车中,取得了良好的应用效果。
在此基础上,日本又相继开发了DT201型、WDT205型、TDT204型和TTR7002型等20余种转向架,并逐渐简化转向架的设计结构,使转向架的总质量大大降低,分别应用于200系、500系和700系动车组列车上。
这些转向架的驱动单元仍采用了常规的牵引电机悬挂、通过齿式联轴节补偿相对位移的模式,还在试验转向架上对牵引电机半体悬挂、平行万向轴驱动和牵引电机体悬挂、纵向万向轴-锥齿轮传动等模式进行了试验;随后,日本开发的E1、E2、E3和E4系列动车组转向架采用了主动控制空气弹簧、半主动控制横向减振器等新技术,更能够适应日本北方地区寒冷的气候条件以及地形条件,力学性能更佳,列车运行速度也一步提高。
我国发展高速铁路和动车组一直坚持“引进先进技术,联合设计生产”的方式,国内各主要客车公司先后从日本川崎重工、加拿大庞巴迪、法国阿尔斯通等公司引进技术,联合设计生产了AM—96型、KTB-200型、SF-00型、X-0513型等多种非动力和动力转向架,分别应用于CRH1~CRH5等动力分散型动车组车型。
近年来,我国加大了对高速列车转向架技术的科研开发力度,并结合实际条件,在武广线、京津线进行了很多科学试验畸形验证,积累了大量的实验数据。
在此基础上,由我国自行设计研发具有自主知识产权的CRH-380B高速列车转向架,最高运营时速可达487.3km/h。
动力分散型动车组具有快捷、安全、舒适、高效的特点,已成为现代轨道车辆的发展趋势。
动车组自身都带有动力,因此转向架结构比拖车转向架更为复杂。
作为主要承载部件的动车转向架构架,其结构的安全可靠性是动车组研发中的关键项点。
自1990年以来,我国大力投入研发高速动车组列车,我国的高速列车技术从无到有,经过几十年的发展,取得了巨大的成就。
如今,我国已完全掌握了高速列车的核心技术,开发出时速350km/h至380km/h的“和谐号”动车组,高速列车运营里程和运营时速已位居世界前列。
然而,与世界发达国家相比,我国的高速铁路在设计规范、制造工艺和运营环境等方面仍有不小的差距。
因此,大力推进我国高速列车的国产化,进一步完善动车组转向架有关试验数据和规范,提高动车组安全性能,降低高速列车的运营成本,是目前我国高速列车技术发展的重中之重。
CRH-380B型动车组列车为8辆编组,其中2~7车厢为动力转向架,而1车和8车为没有动力的拖车转向架。
CRH-380B型动车组列车的动力转向架的基本结构由轮对、轴箱、转向架构架、一系弹簧悬挂、二系弹簧悬挂、牵引拉杆、2台牵引电机、抗侧滚扭杆装置、抗蛇形减振器、联轴节、基础制动装置等组成,该型转向架一般建议动车组每行驶60万千米须进行一次检修,检修内容主要包括转向架清洗检修、转向架试验、转向架落成组装、转向架分解检修及转向架整备。
本文详细分析了CRH-380B型动车组转向架的工作原理、结构特点以及各主要零部件的功能,并总结了该型转向架在过去几年内的常见故障,对这些故障进行了分类分析,提出了相应的处理方法,以供同行检修人员在检修过程中作为参考。
10
北京交通大学毕业设计(论文)
2转向架概述
动车组是一类自身具有动力,固定编组,可以双向开行的大密度、高效率的旅客列车,相比普通列车,动车组由于自身具有动力,同时采用了轻量化设计,轴重低,加速度和运行速度极快,编组灵活,提高了列车的使用效率,动车组采用半永久式、密接式车钩,使动车组运行时的噪声、振动、纵向冲击大大降低,提高了乘客的乘坐舒适性,和安全可靠性。
此外,动车组启动和制动时的加速度极大,减少了列车空走和停站的时间,制动距离短,因此,可大大提高列车的运行密度和运输能力。
动车组列车根据牵引动力装置的不同可以分为电力动车组和内燃动车组,根据动车组动力配置方式的不同则分为动力分散型和动力集中型,根据转向架布置形式不同又可以分为独立转向架式动车组和铰接转向架式动车组。
动车组的结构可分为机械和电气两大部分,其中机械部分主要包括车体、车辆内部设备、车辆连接装置、转向架、制动装置等,电气部分包括牵引传动系统、列车网络控制系统、受流系统等。
转向架构架的形状为H形,由横梁、侧梁、连接梁、相关支座等零件构成,并具有一定的柔性,动力转向架轮对轴箱装置由空心车轴、锻钢轮盘、整体轧制车轮、齿轮装置及轴承构成。
拖车转向架轮对轴箱装置则由空心车轴、锻钢轮盘、整体轧制车轮、轴盘及轴承构成,由于采用了空心车轴,大大减轻了转向架整体结构的质量。
转向架一系悬挂主要包括垂向液压减振器、轴箱弹簧和转臂定位橡胶套等零件,二系悬挂由空气弹簧系统、牵引拉杆、中心牵引销、纵向液压减振器、横向液压减振器和高度调整装置等构成。
转向架驱动装置采用了挠性浮动齿式联轴节式牵引电动机架悬式驱动装置。
动车组车辆转向架一般分为非动力转向架和动力转向架两类,其基本结构包括转向架构架、牵引装置、牵引电机、轮对轴箱装置、基础制动装置、二系悬挂装置、驱动装置等部分。
无论是动力转向架还是非动力转向架,均为二轴无摇枕转向架,轮对为空心车轴,整体扎制车轮,磨耗性车轮踏面,全部车轮安装制动轮盘,采用空气弹簧,牵引装置主要采用拉杆方式,抗蛇行运动装置,在车体与框架之间安装抗蛇形减震器。
3我国动车组转向架常见故障及分类
描述故障发生时的现象称为故障模式,它是机械产品在研制过程中进行可靠性设计的依据,也是研究机械产品故障的基本方法.故障模式一般是指对产品所发生的、能被观察或测量的故障的表现形式。
在设计机械产品时,首先要分析组成机械产品的各个零部件的潜在故障模式加以判断,并对这些故障模式对产品功能的影响及危害严重度进行分析,为提出预防和改进措施奠定基础。
分析故障模式,首先需要调查、了解产品所发生故障现场所记录的系统或分系统故障模式,然后逐步追查到组件、部件或零件的故障模式,找出产生故障的机理,采取措施纠正故障。
由于现场观察或测量到的结果具有一定的局限性,因此,某一故障现象有可能是系统的,也有可能只针对具体的某一零件或部件,如制动系统不能制动,传动箱有异常响声,油管破裂等,这些故障现象分别针对了产品的不同层次,并具有互为因果的关系.
表1是根据某车辆段检修部近几年的积累的CRH-380B型动车组的故障数据,统计表明,转向架系统共发生41个故障,约占动车组总故障率的五分之一以上,而由转向架各组成零部件的结构和功能不同,可将转向架的故障模式分为悬挂装置、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几大部分。
进一步地,这些故障可划分为部件设备漏油故障、制动装置故障以及其它零部件故障三大类,表1所示。
表1转向架系统故障模式统计及分类表
序号
故障模式分类
故障模式
频次
所占百分比
频次小计
百分比
1
部件设备漏油故障
齿轮箱漏油
5
4.5%
32
28.8%
2
高度控制阀漏油
1
0.89%
3
横向减振器漏油
9
8.03%
4
抗蛇行减振器渗油
1
0.89
5
轮盘渗油
3
2.68
6
制动夹钳漏油
7
6.25
7
主变压器渗油
4
3.57
8
联轴器齿轮箱渗油
2
1.78
9
制动装置故障
安全阀漏风
1
0.89%
49
44.1%
10
车轮踏面损伤
1
0.89%
11
车轴端压盖无法拆卸
1
0.89%
12
齿轮箱磁栓沾满铁屑
1
0.89%
13
齿轮箱损伤
2
1.78%
14
齿轮箱小齿轮外筒偏移
1
0.89%
15
齿轮箱油脂过期
1
0.89%
16
辅助空压机连接器故障
1
0.89%
17
拍障板损坏
1
0.89%
18
换气装置振动大
1
0.89%
19
抗蛇行减振器故障
1
0.89%
20
空心轴有沉积物
2
1.78%
21
联轴器挡水板破损
1
0.89%
22
联轴器螺母开裂
1
0.89%
23
联轴器螺栓断裂
1
0.89%
24
车轮剥离
1
0.89%
25
轮盘损伤
4
3.57%
26
速度传感器故障
2
1.78%
27
踏面清扫装置故障
4
3.57%
28
压紧装置故障
1
0.89%
29
制动夹钳间隙过小
1
0.89%
30
轴盘及闸瓦温度过高
1
0.89%
31
轴盘损坏
4
3.57%
32
轴箱防振橡胶变形
1
0.89%
33
轴箱体前盖故障
3
2.68%
34
轴箱温度高
1
0.89%
35
轴箱体有油脂
4
3.57%
36
主变压器风机异响、振动
5
4.46%
37
其它零部件故障
轮对擦伤
9
8.09%
30
27%
38
空气弹簧破损
9
8.03%
39
抗蛇行减振器破损
6
5.35%
40
构架裂纹
1
0.89%
41
转向架节点破损
5
4.46%
北京交通大学毕业设计(论文)结论
4CRH-380B型动车组转向架故障影响
转向架是动车组列车上最重要的组成部件之一,转向架的结构是否合理关系着动车组列车的运行品质、动力性能和行车安全性。
在动车组列车中,一方面,转向架承载着车架以上的车体、车架、动力装置和辅助装置等各部分的重量,使轴重均匀分配,另一方面,转向架将轮轨接触处产生的轮周牵引力传递给车架、车钩,牵引列车沿着铁路轨道前进,同时,转向架还能缓和由于线路不平顺对车辆造成的冲击,维持车辆的平稳运行,当动车组列车需要制动时,产生足够的制动力迫使车辆减速或停车。
动车组列车在高速运行过程中若发生转向架故障,则会使列车制动率下降,列车必须限速运行,使列车运行时间晚点。
列车若发生制动不缓解故障,不仅会造成列车晚点,还会影响旅客的出行带来不便,造成不良的社会影响。
动车组列车的结构十分复杂,牵引、制动、控制等各主要系统之间是通过网络、硬件线缆连接形成的整体,各个子系统中的某一个系统产生故障,必然会影响列车的整体运行质量。
转向架系统发生故障若处理不当不仅会影响列车的正点运行,有的还会引发安全事故,严重影响运输秩序,威胁乘客的生命财产安全。
5CRH-380B型动车组转向架故障原因分析
5.1部件漏油故障的原因
根据上表可知,在所有转向架系统故障中,产生了8项32次零部件漏油故障,占比28.8%,致使设备零部件漏油故障的原因主要是:
1)由于油液一般均盛装在动车组上封闭的机械油箱内,当动车组全日制高速运行时,设备自身内部产生了大量的热量,使油箱内部的温度逐渐升高,从而增大了油箱内压力,使油液从油箱上密封间隙处渗出,造成了设备漏油故障。
2)动车组上封闭的机械油箱有些设计不合理,或者制造质量和工艺达不到密封要求,有些机械油箱的静、动配合面缺少了必要的密封装置,或者在日常检查、维护和保养过程中没有及时发现,设备上的某些润滑系统只有给油路,而没有回油路,也增大了油箱内的压力,造成设备漏油。
5.2制动装置故障的原因
如前所述,动车组转向架系统制动装置故障一共发生了28项49次,所占比例约为44.1%,CRH-380B型动车组制动控制系统结构较为复杂,涉及零部件很多,同时制动装置的故障对动车组的安全运营影响很大,因此,制动装置的故障应引起高度重视,加强对制动装置相关零部件的管理、维修和保养工作,避免发生事故。
CRH-380B型动车组制动系统采用了微机控制的直通电空制动和备用自动空气制动组合的控制系统,直通电空制动一般在常用制动和列车定速运行时使用,紧急制动时则同时采用直通电空制动和自动空气制动。
CRH-380B型动车组中每2辆动力车厢和2辆拖车车厢组成一个制动控制单元,各个制动控制单元通过列车总线连接形成贯穿全列车的电子制动控制网络。
实施常用制动时,由司机室内的制动手柄向列车总线发出制动或缓解指令,然后通过电子制动控制网络传递到列车的制动执行单元,实现了列车的常用制动、再生制动、停放制动、紧急制动等各种制动功能。
直通式电空制动由于采用电子控制,根据手柄位置或信号系统预先设定的制动模式曲线控制列车的减速或停车。
各组列车车厢均安装了由微机控制的制动电子控制装置,用以接收、解码以及执行从司机台上发出的制动控制信号。
具有响应速度快、操作方便、一致性好、可根据载荷变化自动调整制动力等优点。
但是,由于电空制动的高比例会在一定
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