地铁列车转向架断裂原因分析与处理

地铁列车转向架断裂原因分析与处理

郭雨

北京中车长客二七轨道装备有限公司北京102433

摘要：转向架是地铁列车结构中最为重要的部件之一，对于轨道交通车辆的运行有着不可替代的意义，其不仅关系着地铁列车的转向功能，同时还会对列车运行的稳定性、舒适性、运行速度以及运行安全造成直接的影响，一旦地铁转向架出现断裂故障，那么地铁列车的运行就会产生各种各样的问题。为此，本文对地铁列车转向架进行了简单介绍，并对转向架断裂故障的原因与处理措施分别展开了分析。

关键词：地铁；转向架；断裂

引言：随着我国城市轨道交通的不断发展，近年来我国在地铁列车核心部件生产方面已经取得了巨大的突破，其中地铁列车转向架制造更是在2010年取得了自主知识产权，但从实际使用上来看，地铁列车转向架的断裂故障问题却仍然未能得到有效的解决，而这也给地铁列车运行安全带来了很大的威胁。因此，对于地铁列车转向架断裂架断裂原因分析与处理措施的研究是非常必要的。

一、地铁列车转向架概述

地铁转向架是地铁列车上的一种机械性连接部件，通常位于列车下方，主要功能是为列车转向提供支持，当车辆以一定速度开始进入曲线时，转向架的前轮对的外轮轮缘会与外轨的内侧面接触，并在接触、挤压的过程中产生一股导向力，而这一导向力则会引起导向力矩，使转向架相对线路产生转动[1]。另外，地铁轨距是固定的，在曲线上具有着外轨长、内轨短的特点，因此当转向架轮对通过曲线时，由于轮对与轨道接触的界面具有锥度，外轨和车轮接触点以及内轨和车轮接触点完全不同的，这样就可以顺利通过曲线。从结构的角度来看，地铁转向架可分为构架式焊接转向架、三大件式转向架和准构架式转向架等几种，不同类型转向架在具体结构上存在一定的差异，但基本都是由构架、轮对组成、一系悬挂、二系悬挂、制动系统、牵引系统、润滑系统等部分组成，而不同部件还可以细分为多种零件，例如转向架构架就包括安装座、横向减震器座、电机吊座、齿轮箱吊座和牵引拉杆座、抗侧滚扭杆座等。构架在运行过程中需要承载来自地铁列车的巨大负荷，因此具有着一定使用寿命，一般情况下，其疲劳寿命都会在30-35年，但如果实际载荷超过了额定载荷，或是在焊接、养护等工作中出现问题，那么构架就很容易出现断裂故障，从而给列车运行安全带来巨大威胁。

二、地铁列车转向架的断裂原因分析

（一）断口宏观检验分析

地铁转向架的零部件众多，断裂原因也比较复杂，因此在发现转向架断裂故障后，应先对故障部件进行更换，并对更换下来的故障件断裂处展开宏观检查与分析，以确定具体的断裂原因。一般来说，由于转向架在地铁列车运行过程中所受到的力不同，因此故障件的断裂既有可能是由一种力造成，同时也可能是由多重力造成，而其断口处同样会在受力不同的情况下出现多种裂缝。对于这一情况，应首先观察转向架故障件断口处的裂缝，并根据裂缝始端将其分为多个区域，同时还要将侧板区域与横板区域区分开来，这样才能够对故障原因进行具体分析。其次，转向架在断裂时虽然会产生多个裂缝，但其实际疲劳源通常却只有一个，因此对于故障件断口上不同的裂缝，还要具体观察其扩展情况、宽度、裂纹间距等情况，以判断出真正的疲劳源以及断裂原因[2]。例如当裂缝断口较为光滑，在扩展后会出现大量细密裂纹，且裂纹的间距差异不大时，该裂缝就很可能为故障件的疲劳源，而裂缝断口处存在撕裂棱，且撕裂棱具有两端粗大密集、中间短小稀疏的特点时，该裂缝则通常并非疲劳源，而是在疲劳源处出现断裂后产生的裂缝。另外在断裂原因的判断上，同样需要注意断口裂缝的细节特点，例如当裂缝是从焊接区开始延伸的，则通常为焊接不到位所导致。

（二）断口微观检验分析

肉眼观察虽然能够初步确定疲劳源与断裂原因，但由于观察所能够得到的信息较少，因此为进一步确定具体原因，并保证初步判断的准确性，还需将转向架故障件的断裂面切割下来作为试样，之后利用显微镜等专业仪器对断口进行微观检验。检验时需要重点观察断口形貌、断裂源位置、裂纹分布情况与形状、断裂源区域是否存在焊接异常以及扩展区的裂纹情况等。而根据这些情况，则能够准确判断出故障件断裂的具体原因。例如断裂源区域出现气孔或空洞，说明断裂原因为焊接质量问题；而如果在裂缝扩展区域发现轮胎纹，则说明该处发生而二次断裂。

（三）故障件性能分析

在地铁列车的运行过程中，转向架本身的材料质量问题同样会导致断裂故障，因此，为确定断裂故障是否存在这一方面原因，还要通过化学成分测试、硬度测试等方式对故障件的性能展开分析，并根据测试结果来对故障原因进行判断。例如当焊接处热影响区域试样的硬度明显高于其他区域时，就说明该区域材料塑性与韧性在焊接时有所下降，从而在长期荷载下出现了断裂。

三、地铁列车转向架断裂的有效处理措施

（一）超声振动冲击

超声振动冲击主要用于焊接应力的消除，能够有效消除零件表面或焊缝区域的有害拉应力，并引进有益压应力，从而使焊接处的疲劳强度提高50%-120%，疲劳寿命延长5-100倍，焊接处金属的抗腐蚀能力也能够大大提高。因此在列车转向架焊接完毕后，利用超声振动冲击来消除转向架中存在的有害焊接应力，就能够实现对转向架断裂故障的有效预防[3]。从具体处理上来看，利用超声振动冲击的方式来消除焊接应力通常需要借助专业的超声冲击设备来实现，在设备发出超声波的同时，还要由超声换能器对超声波的谐振进行转换，使其能够成为超声频冲击脉冲，这种脉冲在进入到转向架焊接处后，会对焊件内的残余应力场进行调整，应力场中的拉应力转换为压应力，这样一来，焊件的集中应力情况就会得到改变，最终使焊接处的疲劳强度得到提升。这种转向架断裂故障的预防方法比较简单，操作难度也不大，但由于焊接处疲劳强度的提升与超声波设备性能直接相关，因此在准备工作中，还需根据实际情况对超声波进行合理选择。

（二）TIG熔修理

TIG熔简单来说就是将通过不加焊丝的方式，对已经焊好的焊接头进行加热，使焊趾与焊缝能够重新熔化，最终达到改善焊缝表面与焊趾形状的效果。实现焊缝与母材的平滑过度。对于转向架裂缝故障，同样可以通过TIG熔的方法进行焊接后的预防性处理，以降低裂缝故障的发生几率。在进行TIG熔修理之前，通常需要对焊接处的残余应力进行测试，并根据测试结果来确定焊接电流、焊接电压、焊接速度、气体流量等具体的焊接规范，以保证TIG熔的效果。另外在处理过程中，还要将重熔部位清理干净，并进行适当的打磨，在保证该处平整、光滑、清洁后，再进行焊接，同时焊接过程中还要把握好焊枪距焊趾部位的距离，以免因距离过近而使焊趾出现过度熔化的情况，并对焊接处疲劳强度造成影响。

（三）转向架结构补强

转向架转臂安装座、焊接处承受的荷载力较大，但疲劳强度却相对较低，因此一直都是裂缝故障的多发区域，而要想解决这一问题，则需要在故障发生后对转向架的结构进行针对性的补强。从而避免故障的再次发生。对于不同位置、不同情况下的裂缝故障，必须要采取不同的结构补强方案，因此在进行转向架结构补强时具体工艺流程需要根据实际情况而定。例如在电机吊座因集中应力而出现裂纹时，就需要在吊座上方补焊加强筋，并将加强筋与构架横梁以及安装座焊接起来，加强筋数量通常为四个，且均匀分布于电机座上方的四个方位，这样就可以大大降低电机座的疲劳应力，从而避免电机座断裂故障的再次发生。

结束语：总而言之，地铁列车转向架的断裂故障虽然对行车安全有着非常大的影响，但只要能够对故障原因进行合理分析，并根据具体原因采取合适的预防、修理措施，就必然能够将转向架断裂故障的发生几率降到最低，从而为行车安全提供有力保障。

参考文献：

[1]王龙，鲁海舰，张程.地铁转向架检修模式分析[J].山东工业技术，2019（05）：9.

[2]张相宁，李建锋，刘东亮，等.转向架安全吊装结构的断裂原因及改进对策[J].中国铁道科学，2018，39（02）：137-143.

[3]谭莹，陈明，曹标，等.地铁列车转向架断裂原因分析[J].理化检验（物理分册），2012（08）：349-351.