鐵路貨車轉向架關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，內蒙古烏蘭察布012000）

鐵路貨車轉向架關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，內蒙古烏蘭察布012000）

車輪、車軸、搖枕、側架等轉向架的關鍵部件，在使用過程中承受著高強度的推、拉、壓、折疊等交替負荷，其工作載荷壓力非常大。通過對鐵路貨車轉向架關鍵部件失效的實例進行細致地分析,從設計、制造工藝、運用方面提出解決方案。

貨車轉向架；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化為技術進步的動力，盡力解決在此過程中出現(xiàn)的問題，提高產(chǎn)品質量，以此促進技術的進步。

1.2 車輛零部件的失效分析

車輛零部件是車輛的根本，對其進行詳細科學的失效分析，與鐵路運輸能否安全運行直接掛鉤。相關部門統(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)濟損失并造成非常惡劣的社會影響。因而對車輛零部件進行必要的失效分析可以提高車輛零部件的質量，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)濟效益。與此同時，失效分析能夠有效地提高鐵路運輸?shù)乃俣?、載重以及安全運輸能力。

1.3 失效模式和失效機理

失效機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的性質及其反應來得到結論的。與此同時，它也可以通過對各種材料的成分、結構、性能等的考察從而找出導致失效的原因。另外，機理被模式所包含，但是，只有當兩者結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性質，從而提出更為科學并且行之有效的解決措施或者預防方案（見表1）[1]。

2 失效分析的一般思路以及相關步驟

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，有時候可能會因為一個整體結構的破壞，導致列車脫軌，并且這通常不只是一個零部件損壞就能達到，一般情況下，是大量零部件或多或少出現(xiàn)損壞才會導致的。更復雜的是導致事故出現(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，都極有可能導致整個失效分析無法正常進行。因而，縝密而科學的思考和分析才能確保失效分析正常進行?？梢哉f，科學而合理的分析思路是整個失效分析得以順利進行的必

表1 失效模式和失效機理

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、力學性能等方面進行分析。它通常以破損零部件為研究對象，然后對失效的零部件進行理化性能及設計、工藝等方面的分析。實際上，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致在不同的工作條件下出現(xiàn)失效的情況。又或者說，以進行的條件為入口線索并進行相對應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指標進行性能失效分析，其關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行理化分析找到導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)進行量化解剖分析。先從裂紋和斷口處的情況進行分析；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。(3)細致分析斷口和裂紋。(4)根據(jù)零部件受力的分析計算出失效部位的應力大小。(5)進行進一步的報告總結，通過實驗技術查找出相關的失效分析所必需的數(shù)據(jù)和相關信息。比如，通過對零部件材料的常規(guī)性能和韌性的檢測，對斷口進行詳細地分析，即通過對零部件材料的材質、夾渣、氣泡以及裂紋的起因等來進行判斷；對受力類型、可能出現(xiàn)斷裂的原因作出分析。(6)做最后的總結報告，并進一步提出預防和改造的方案。

3 鐵路貨車轉向架關鍵零部件失效問題的改進對策

3.1 設計方面

設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)定的標準。不然的話，車輪輪輞的中間部分、輻板等部位會因為強度、剛度和穩(wěn)定性太差而受到嚴重損壞。如果這些帶有缺陷的車輪上路，產(chǎn)生的應力以及對車輪的錯誤分析就會導致破碎崩輪，進而在運用中造成嚴重事故。搖枕選材應首先考慮到在較低的運用溫度環(huán)境下材料是否能夠適應環(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構進行合理優(yōu)化。

3.2 制造工藝方面

在制造工藝方面應提高對技術的要求，另外，應注意外部環(huán)境變遷對調整和改進熱處理技術的作用，并將成品車輪的剩余應力控制在合理并且不失效的范圍之內。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)殘余應力過大的情況。與此同時，在輻板位置產(chǎn)生的殘余拉應力也應控制在合理的范圍之內；淬火時，輻板表面應保持干燥，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，對車輪剩余應力的形成、范圍以及可能造成影響的因素進行細致地分析。并且，重新修改車輪制作標準中對殘余應力的相關規(guī)定，繼而作出合理而有效的殘余應力分布范圍指標[3]。

4 結論

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

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

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

【3】朱明.貨車轉向架關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，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，從事鐵路車輛運用研究。