铁路缺陷轴承（精选7篇）
铁路缺陷轴承 篇1
摘要：基于ANSYS/LS-DYNA显式动力学,研究轴承有点缺陷时对轴承振动特性的影响,建立了轴承主要元件如内、外圈及滚子的点缺陷模型并进行动力学仿真分析,通过提取正常轴承和有点缺陷轴承运行时内圈滚道节点Y方向的加速度曲线,进行轴承振动信号时域分析,得出主要元件有点缺陷时轴承的振动特征。研究表明峰值、均值、方差、峭度指标、峰值指标和裕度指标可以作为滚子点缺陷的判断指标;方差均值比可以作为内圈点缺陷的判断指标;均方根值、方根幅值、方差、峭度指标、脉冲指标、峰值指标和裕度指标可以作为外圈点缺陷的判断依据。
关键词：铁路缺陷轴承,显式动力学,加速度,时域分析
0 引言
20世纪60年代以来,我国就已经开展对滚动轴承振动和噪声的研究[1～4]。刘寿祥等通过对LM11949/10、NU211等轴承零件作单因素交叉试验和对国外同型号产品振动对比分析,找出了圆锥滚子轴承各零件对轴承振动的影响规律,得出滚子波纹度是影响轴承振动加速度和振动速度高频档的主要因素[5]。夏新涛等以实验为基础,运用数理统计分析的方法研究了轴承振动与噪声的关系[6]。1982年,邓聚龙创立灰色系统理论,以小样本、贫信息不确定性系统作为研究对象,从已知信息中提取有价值的信息,达到对系统行为和规律的预测和控制[7,8]。刘劲军、夏新涛和张立红利用灰色系统理论研究影响圆锥滚子轴承振动的影响因素,得出滚子凸度和滚子直径偏差等参数对滚子轴承振动影响最大[9]。本文在其基础上,利用ANSYS/LS-DYNA显式动力学,建立轴承主要元件如内、外圈及滚子的点缺陷模型进行动力学仿真分析,研究轴承主要元件有点缺陷时对振动的影响及振动特征,找出判断依据。
1 点缺陷及轴承有限元模型
滚子轴承会因疲劳、裂纹、压痕、胶合等失效形式引起滚动体和内、外圈表面剥落, 这是滚动轴承常见的故障。表面剥落所形成的点缺陷恶化会导致整个轴承的故障甚至报废[10]。
内、 外圈和滚子的点缺陷模型是在正常轴承353130B模型[11～16]的基础上通过引人“人工点缺陷”建立的。在内、外圈和滚子承载区分别构造1个凹坑,点缺陷半径约1mm,深度为2mm,形状为球冠[17～19],如图1所示。
轴承材料均为硬度较大的钢材,塑性变形相对弹性变形几乎可忽略不计,因此假设轴承材料为各向同性的线弹性材料,密度为7800kg/m3,弹性模量为210GPa,泊松比为0.3。实际工况中,外圈固定在轴承基座上,因此将外圈全部约束,约束施加在外圈外表面节点上,由于所选单元SOLID164没有旋转自由度,只有平移自由度,所以只需约束x、y和z方向的平动即可。轴承的载荷通过转轴作用在内圈上,因此将转速加载在内圈内表面刚体上,径向荷载施加在内表面刚体的轴线上。
材料参数和边界条件均采用正常模型的参数,内、外圈和滚子点缺陷模型及网格划分如图1所示。在ANSYS/LS-DYNA显式动力学中,分析轴承各元件分别有点缺陷时对轴承振动的影响,通过计算得到,正常轴承、滚子点缺陷轴承、内圈点缺陷轴承和外圈点缺陷轴承的内圈滚道节点Y方向加速度变化曲线。
2 振动信号的时域分析方法
振动信号是轴承故障诊断中应用最普遍的检测信号,运用合适的信号处理方法提取所检测到的振动信号,就能识别轴承的故障所在。因此信号处理方法的选择就显得尤为重要。目前信号处理方法主要有:时域分析和频域分析。时域分析是最简单的振动监测方法,它反映的是轴承总体运行情况,它能判断出轴承是否发生故障。本文主要采用时域分析对振动信号进行仿真分析,得到各元件有点缺陷时轴承振动的时域判断指标如下。
2.1 有量纲统计参数
对于离散时间序列x1,x2,x3,…,xn,振动的各有量纲统计参数计算如下:
1)峰值xp:振动信号的最大值。
2)均值:振动信号的算术平均值。
3)均方根值xrms:用来判断轴承是否正常运行。
4)方根幅值xr:反映振动信号波动程度。
5)方差σ2:反映振动信号的波动程度。
6)方差均值比Q:反映振动信号的集散程度。
2.2 无量纲统计参数
1)波形指标Sf:反映振动信号的波动程度。
2)峭度指标K:反映振动信号的冲击特征。
3)脉冲指标If:反映振动波形冲击分量的偏离程度。
4)峰值指标Cf:检测是否存在冲击的指标。
5)裕度指标Ce:检测是否存在冲击的指标。
3 加速度时程分析
为了分析轴承在不同状态下加速度的变化规律,选取初始状态时,正上方内圈滚道中心点,提取其Y方向的加速度变化曲线来进行分析。图2~图5分别为正常轴承、滚子点缺陷轴承、内圈点缺陷轴承和外圈点缺陷轴承的内圈滚道节点Y方向加速度变化曲线。
从图2~图5可以看出,正常情况下轴承与有点缺陷情况轴承相比较,内圈滚道节点Y方向的加速度曲线没有明显的规律可循,不同时刻的峰值大小也不一样,呈现高度的随机性,这反映了轴承元件运动及受力的复杂程度。为研究各元件有点缺陷时对轴承运动的影响,利用振动的时域统计参数对加速度曲线进行进一步分析,结果如表1所示。
4 轴承振动统计参数分析
4.1 振动有量纲统计参数分析
由表1可得,当轴承滚子出现点缺陷时,峰值、均值和方差均明显变大,均方根值虽然变大,但幅度不是太大,方差均值比和方根幅值都有减小,且方差均值比减小的幅度更明显,但当外圈出现点缺陷时,方差均值比也明显减小,所以不能单一使用方差均值比作为滚子点缺陷的判断指标,因此可以用峰值、均值和方差来作为轴承滚子点缺陷的判断指标;当内圈出现点缺陷时,峰值、均值、均方根值、方根幅值和方差都小幅度减小,但减小的幅度不是很明显,而方差均值比成明显的增长趋势,因此可用方差均值比作为内圈点缺陷的判断指标;当轴承外圈出现点缺陷时,振动的峰值和均值小幅度减小,均方根值、方根幅值、方差和方差均值比明显减小,因此均方根值、方根幅值和方差可以用作外圈点缺陷出现的判断指标。
4.2 振动无量纲统计参数分析
由表1可得,当轴承滚子出现点缺陷时,波形指标和脉冲指标都有减小趋势,且波形指标减小的幅度更明显,峭度指标、峰值指标和裕度指标有明显的增大趋势;当内圈出现点缺陷时,峭度指标、峰值指标和裕度指标都没有明显的变化,而波形指标和脉冲指标有所增加;当外圈出现点缺陷时,除了波形指标有减小的趋势外,其他参数都成明显的增长趋势,由此可以得出,对于轴承元件点缺陷的出现,不能用单一的无量纲统计参数来判断,但可以综合无量纲统计参数的变化情况来判断轴承元件点缺陷的出现。当峭度指标、峰值指标和裕度指标明显增加,但脉冲指标却呈减小趋势时,可以判断此时可能在轴承滚子上出现了点缺陷;当波形指标减小,但其他参数却都明显增大时,这时可能在轴承外圈上出现了点缺陷;当轴承内圈点缺陷时,其无量纲统计参数没有明显的变化,因此不适合用无量纲统计参数来判断轴承内圈是否发生点缺陷。
5 结论
铁路货车轮对使用的3531310B型滚动轴承结构复杂,本文基于ANSYS/LS-DYNA显式动力学,建立3531310B型滚动轴承内、外圈及滚子的点缺陷模型,进行动力学仿真分析,通过提取正常轴承和有点缺陷轴承运行时内圈滚道节点Y方向的加速度曲线,进行轴承振动信号时域分析,通过分析和比较振动信号的时域统计参数可得到如下结论:
1)内圈滚道节点Y方向加速度曲线没有明显的周期性,呈现随机性,反映了轴承运动时内部元件受力的高度非线性。
2)当滚子出现点缺陷时,峰值、均值和方差较其他元件有点缺陷变化明显,因此可以用峰值、均值和方差作为滚子点缺陷的判断指标。
3)当内圈出现点缺陷时,方差均值比与其他元件有点缺陷相比有明显的变化,因此可以用方差均值比来作为内圈点缺陷的判断指标。
4)当外圈点蚀出现时,均方根值、方根幅值和方差较其他元件有点缺陷明显减小,因此可以用均方根值、方根幅值和方差来作为外圈点缺陷的判断依据。
5)单一的无量纲统计参数无法正确地对轴承缺陷进行判断,但将无量纲统计参数进行综合比较分析,可以作为点缺陷的判断依据,如当峭度指标、峰值指标和裕度指标明显增加,但脉冲指标却呈减小趋势时,可以作为滚子点缺陷判断的依据;当波形指标减小,但其他参数却都明显增大时,可以作为外圈点缺陷判断的依据;轴承内圈点缺陷因其无量纲统计参数没有明显的变化,不适合用无量纲统计参数来判断轴承内圈是否发生点缺陷。
轴承端面缺陷自动检测研究 篇2
少量轴承的端面在装配过程中会出现凹坑缺陷。企业普遍采用人工目测的方法检测轴承[1],不仅工作量大、效率低,而且人工检测易出现漏检、误判。为满足高效、精确的检测要求,开发计算机视觉检测系统实现轴承端面的自动检测可有效提高效率和检测精度,但由于微小轴承端面字符与缺陷两者的灰度值相差无几,视觉系统若采用直接检测缺陷灰度值的方法,难以正确识别缺陷特征,易造成误判。本文结合轴承端面图像的特点,研究了一种简易的轴承端面缺陷特征检测方法,实现轴承缺陷的识别;并开发出一套基于计算机视觉技术的轴承端面缺陷在线自动检测系统。
1 硬件系统设计
系统主要由光源、镜头、CCD、图像采集卡以及剔除装置组成,图像采集部分选用BASLER A102f CCD、TEC-M55焦阑镜头。
轴承端面缺陷自动检测系统工作原理:轴承端面缺陷自动检测系统在线工作于生产流水线中,待检轴承按照一定的节拍在输送带上传送,输送带上的检测工位有轴承时,光电触发器即发出信号,CCD摄像机采集图像,并把采集到的图像实时送到图像采集卡;图像采集卡对图像进行A/D转换后,把图像信息送到工控机;检测程序系统对图像信息处理、分析、判断,并把分析、判断结果(合格品/不合格品)信号发送给PLC,PLC根据接收到的合格品/不合格品信号作出相应的响应,如果是不合格品信号就驱动下一工位(剔除工位)的执行机构(气缸)动作,剔除该轴承;检测为合格品的轴承通过下一工位(剔除工位),在翻料工位换面;然后,进入下一工位(检测另一端面工位),进行相同的检测处理。
轴承自动输送机的基本结构平面示意图,如图1所示。
本系统采集的轴承图像清晰,缺陷和背景的对比明显,特别是缺陷周围的区域高亮清晰显示,满足后续图像处理的需要(如图2、图3所示)。
2 自动检测系统开发
2.1 图像预处理
受工况等客观条件的影响,源图像存在较多噪声,必须首先对源图像进行去噪处理。
2.1.1 滤波器的选择及实现
巴特沃斯低通滤波器BLPF又称为最大平坦滤波器。它的通带与阻带之间没有明显的不连续性,因此它的空域响应没有“振铃”现象发生,模糊程度减少[2]。
本文采用BLPF对轴承图像进行去噪处理,图像质量得到极大的提高。
2.1.2 轴承图像的二值化
轴承缺陷与字符的灰度值非常接近,难以直接从图像中识别缺陷特征;而缺陷特征周围区域的灰度值与背景的灰度值差异较大。为了提高检测效率和精度,系统以缺陷特征周围区域为检测目标,对图像进行二值化处理,把轴承端面图像分为缺陷特征周围高亮区域与背景区域两部分。本文选用迭代阈值法实现轴承图像的二值化。
首先,选择一个近似阈值作为估计值的初始值,然后进行分割,产生子图像,并根据子图像的特性来选取新的阈值,再用新的阈值分割图像,经过几次循环,使错误分割的图像像素点降到最少。算法的具体实现步骤如下:
1)选择一个初始阈值的估算值T0={Tk|k=0}
其中,Zmin,Zmax分别表示图像中的最小和最大灰度值。
2)利用阈值Tk把图像分割成两组R1和R2。
其中,
3)计算区域R1和R2的灰度均值Z1和Z2。
其中,
其中,f(i,j)是图像上点(i,j)的灰度值,N(i,j)是点(i,j)的权重系数,一般取N(i,j)=1.0。
4)选择新的阈值Tk+1,计算
5)如果Tk=Tk+1,则结束;否则,k=k+1,转步骤2)。
2.1.3 轴承图像二值化的结果分析
本文开发的轴承缺陷自动检测系统的开发流程图,如图4所示。
本文基于阈值迭代法,实现了轴承图像的二值化处理。在处理过程中,重点关注被检测区域,通过不断的循环,精确地寻找缺陷特征周围高亮度区域的灰度并利用算法将其置为“1”,同时,将轴承端面背景区域的灰度置“0”;而不在检测区域的灰度,不予考虑。图2所示缺陷轴承图像采用迭代法二值化处理,结果如图5所示,此时基于灰度特征能够快速检测缺陷。
由上述的处理结果可知,所有经过预处理之后的轴承图像,其轴承端面的灰度与缺陷周围区域的灰度都具有很明显的反差。因此,经过以上预处理,为实现计算机的识别[3]、检测提供了可靠的依据。
2.2 缺陷特征检测
经过上述预处理,就可以实现本文中最为关键的一步——特征提取。
系统检测方法的思想是通过对预处理之后的图像有效区域的灰度进行分析并统计该灰度的像素个数,然后,通过引入最大像素数参数Tmax,比较二者大小,从而,作为是否存在缺陷的判别依据,实现缺陷的检测和判别。在具体的实现中,有以下步骤:
2.2.1 有效检测区域的设定
对于轴承产品,检测区域为一个圆环,圆环的内径尺寸大于被检轴承的内径尺寸(具体的差值根据不同的轴承产品以及质量要求设定);同时,圆环的外径尺寸小于被检轴承的外径尺寸(具体的差值根据不同的轴承产品以及质量要求设定)。
上述的设定基于一个客观事实,即轴承端面的缺陷不在轴承端面之外。通过这样的设定,可以成功避免轴承外部一些背景灰度的影响,而且可以有效地提高系统的工作效率和精度。
2.2.2 最大像素个数参数Tmax
参数Tmax是缺陷特征像素数的最大允许值,作为判别缺陷存在的主要依据。
2.2.3 缺陷特征的判别
有了前面两个关键处理,就可以实现缺陷特征的判别。首先,搜索有效检测区域内灰度值为“1”的对象目标,对搜索到的对象目标,把它限制在一个L×W的矩形内,如图6所示。扫描整个矩形区域,直接计算灰度值为“1”的像素总数T。求得像素总数T之后,依据关键点2中设定的参数Tmax,按下式进行运算,即可判别是否存在缺陷。
2.3 自动检测系统的实现
对系统所需要的检测环境进行合理的设置,基于缺陷特征检测功能模块开发的自动检测程序,就可以实现轴承缺陷的自动检测。
按照缺陷自动检测模块的算法,运用本文开发的轴承端面缺陷自动检测程序对轴承端面进行检测。合格轴承的检测,如图7所示;有缺陷轴承的检测,结果如图8所示。
应用轴承缺陷自动检测程序系统,轴承检测时间约3.5秒/个;抽检微小轴承约1小时,共检测轴承1000个,检出不合格品12个,人工复检检出不合格品11个,系统误检率为1‰。
3 结束语
本文开发的系统应用了图像采集、分析、判别的实时处理技术以及光机电一体化技术,可实现轴承的在线自动化检测及不合格产品的自动分拣处理,较好满足了检测的实时性与准确性要求。该系统操作简便、界面友好、运行可靠,同时还可结合数据库技术,将检测结果数据实时存储,以进行质量分析处理。
参考文献
[1]陈廉清,崔治,王龙山.基于计算机视觉的微小轴承表面缺陷在线识别[J].农业机械学报.2006,(5):132-135.
[2]章毓晋.图像处理和分析[M].北京:清华大学出版社,1999.
铁路缺陷轴承 篇3
某钢管厂对某批号Φ70 mm轴承钢GCr15进行穿管, 产品检查时发现有15%的次品, 其主要缺陷是在钢管内壁有鼓泡和内翘皮。为此, 公司对缺陷部位进行分析, 并对该批号的钢材和其他正常生产批号的钢材进行比对分析, 查找缺陷形成的原因。
1穿管工艺及主要缺陷
1.1穿管工艺
穿管工艺为:
undefined。
1.2主要缺陷
主要缺陷是在钢管内壁有鼓泡和内翘皮, 如图1, 2所示。
2检验与分析
2.1化学成分分析
在来样上取光谱试样, 按照GB/T4336-2002标准在ARL4460光谱仪上分析, 结果见表1。其化学成分符合GB/T18254-2002标准。
2.2非金属夹杂物检验
在该批号管坯钢材随机取6根试料, 分别在6根试料上取非金属夹杂物金相试样, 预磨、抛光后在ZEISS OBSERVER.D1M显微镜下观察, 检验结果见表2。其非金属夹杂物检验符合GB/T18254-2002标准。
2.3低倍检验
随机在该批号管坯钢中取6个低倍试样, 在1:1盐酸中加热70 ℃, 保温约25 min, 取出试样清洗后肉眼检验, 结果见表3。在低倍检验中, 6个试样中3个试样中心疏松大于1.0级, 其中3号试样中心疏松为2.5级, 所以低倍检验不符合GB/T18254-2002标准。
2.4气体分析
取2个钢气试样, 1号为缺陷材上取的试样;2号为正常材上取的试样, 将这2个试样分别在LECO EF—400钢气分析仪上进行钢中氧、氮含量检测, 结果见表4。从表4可以看出1号样和2号样氧含量相差不多, 均符合GB/T18254-2002标准;而氮含量相差较大, 1号样氮含量较高, 是异常质量情况, 该试样取自缺陷试样批号的钢材;2号样氮含量较低, 取自正常生产的钢材。
2.5缺陷部位金相分析
在缺陷部位取金相试样, 预磨抛光后经4%硝酸酒精腐蚀在ZEISS OBSERVER.D1M显微镜下观察。如图3所示, 可以看出在内壁上有纺锤体形状一个气孔, 孔壁内部光滑, 无氧化脱碳现象, 无任何夹杂。翘皮处进行检验, 也没有发现夹杂物和脱碳层。其基体金相组织为珠光体+渗碳体网, 如图4所示。
2.6鼓泡加热验证试验
取有完整鼓泡的试样, 用锤子将鼓泡部位轻轻拍平, 然后将试样放在箱式电阻炉中加热, 待试样加热红透后取出, 发现在原来部位鼓泡又重新产生, 在鼓泡部位横向切开如图5 所示, 鼓泡内壁光滑, 无肉眼可见夹杂物。取金相试样在显微镜下观察, 如图6所示, 鼓泡内壁组织正常, 珠光体+渗碳体, 无氧化脱碳现象。
2.7统计结果
经生产现场跟踪, 对有缺陷批号钢材的成材率进行统计, 并和其他正常生产的批号钢材成材率进行对比, 对比结果见表5。A代表缺陷较多的批号, B代表正常生产的批号。从表5可以看出成材率较低的批号, 钢材的氮含量较高;成材率较高的批号, 其氮含量较低。
3分析与讨论
直径70 mm轴承钢经过穿管后, 在内壁出现长条状鼓泡及线状翘皮, 说明钢材内部可能存在缺陷。通过对钢材缺陷部位金相分析, 钢材缺陷没有发现非金属夹杂物, 排除夹杂物引起的原因;同时钢材金相组织正常, 说明在穿管加热过程中热处理没有异常。
钢材鼓泡被轻轻拍扁放在加热炉中加热后能重新鼓起来, 说明鼓泡中存在气体。而钢在冶炼过程中溶解的气体主要是氮、氢、氧这3种气体, 所以鼓泡引起的缺陷一定是这3种气体或其中一种气体引起的。
氢由于在钢中溶解度较小, 在钢材中扩散速度很快, 且钢材低倍检验没有发现白点缺陷存在, 所以排除氢引起的鼓泡缺陷。
钢材的鼓泡和内翘皮处没有脱碳层, 说明鼓泡中气体没有氧, 否则溶解氧在高温状态下, 就会和基体中碳反应形成脱碳层。
排除了氧和氢引起的鼓泡缺陷, 那么引起鼓泡缺陷最大原因可能是氮。从表2的检验结果和表3的生产统计结果看, 钢材的鼓泡和钢中较多的氮含量有关系。
钢水在冶炼过程中由于偶然因素, 造成该炉钢水氮含量异常高, 达到94.9×10-6, 在连铸坯凝固过程中, 由于钢水的选分结晶原理, 将钢水中氮集中到连铸坯的中心部位, 并随着连铸坯温度的降低析出滞留在连铸坯中心疏松间隙位置。该炉连铸坯轧制成管坯圆钢, 由于连铸坯中心疏松位置富集较多的氮气, 所以圆钢的中心疏松级别有可能较高, 见表3低倍检验结果。
圆钢在随后的穿管过程中, 其中心疏松间隙位置富集较多析出的氮气, 就相当于一个一个的氮气团, 高温下在穿管过程中随着管壁的减小, 气体可能冲破内壁, 形成内翘皮;如果氮气不能析出, 则形成内部一个氮气泡, 由于内壁较薄且在高温状态下钢材有较高的延展性, 所以形成内壁气泡。
4结束语
直径70 mm GCr15轴承钢在穿管过程中形成的内部鼓泡和内翘皮主要是由于钢中较高的氮含量造成的。
摘要：介绍了穿管工艺流程及主要缺陷, 对产生缺陷的样品进行了分析。
关键词：氮含量,鼓泡,中心疏松
参考文献
[1]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社, 1997.
[2]王波.弹簧扁钢 (60Si2Mn) 鼓泡原因浅析[J].江苏冶金, 2001, 29 (6) :47—49.
铁路缺陷轴承 篇4
我公司是铁道部定点生产352226X2-2RZ型轴承用密封罩资质的厂家之一。密封罩材质为2.5 mm厚深冲压用低碳冷轧薄钢板, 产品质量要求高, 工艺复杂, 需要冷冲拉伸成形、精车、表面磷化处理等多道生产工序, 对模具质量和加工工艺要求高, 稍有不慎, 就会造成批量产品报废现象。如何不断改进生产中原工装模具、工艺生产中存在的缺陷, 制定更加合理的工艺规程, 解决生产加工中产品质量问题, 提高产品质量稳定和生产效率, 满足轴承制造、检修需求, 是我们生产企业不断追求努力的方向。
1 密封罩结构简图
(图1)
2 如何解决密封罩小端内径尺寸符合技术要求
密封罩小端内径在距小端面3.5 mm处测量时, 尺寸公差为, 内径圆柱度为VD3p0.15 mm, 斜度为1∶70～100。其形位尺寸要求经冷冲压成形、整形等工序直接获得, 不需要再进行精加工。因此, 密封罩小端质量主要取决于生产模具质量精度和生产工艺。由于钢板在冷冲压成形过程中, 虽然主要发生的是塑性变形, 但产品始终具有弹性变形, 在切底后释放, 在同一压力参数下, 经同一模具生产的产品, 每一个产品的尺寸都不相同, 特别是小端椭圆度经常超标, 仅此一项, 在我们早期的生产中约有20%～30%椭圆度超标现象, 严重制约了产品的成品率和生产效率。
为解决发生的问题, 我们从原材料开始, 对每道冲压工艺参数进行试验性分析发现影响密封罩小端尺寸的因素主要有:原材料厚度不均、落料初形高度、冲压成形高度, 以及整形的压力和保压时间, 都影响产品质量。因此, 原材料我们选用厚度为2.5±0.05 mm的一级钢板, 严格规定了每道冲压工序的工艺参数。在工序上, 由原来的先切底后整形工序, 改为成形后直接带底整形, 这样做的好处是, 整形时小端底部有钢板联接, 产品经过100 t以上的压力保压整形后, 增强了小端塑性变形, 减少因切底后再整形, 密封罩形成一个两级台阶的圆桶形, 产生弹性变形大的现象, 使大、小端几何尺寸与模具尺寸更加稳合。通过对模具和工序改进, 产品一次合格率提高到90%以上。
对发生小端几何尺寸过大、过小或椭圆度超标问题怎样解决?在生产中, 我们设计了一种轴承滚刀, 就是在车刀柄上装上一个204或205轴承, 把工件大端夹在普通车床上, 轴承滚刀代替车刀, 调整好轴承外圈与小端接触面, 当小端内径尺寸过大时对小端内径施加外挤压力, 利用工件和轴承滚刀相对转对, 全周均匀施力, 此时一定要缓慢进刀, 防止工件变形过大和脱落, 密封罩小端内径在外力下向内收缩, 直至达到技术要求。反之, 若密封罩小端内径过小, 对其由内向外施力, 同样可以调整过来。在调整的过程中发现, 这种方法同样可调整密封罩内径椭圆度, 在车床精度好的情况下, 对尺寸平均值合格, 椭圆度超标的工件, 在施加一定外力的情况下, 工件经过轴承滚刀的滚压, 密封罩小端椭圆度得到很大提高。
示例如图2。
3 如何解决大端高度、小端高度和总高符合技术要求
由密封罩图可知, 密封罩总高与大端高度、小端高度和中间自由高度形成一个闭合尺寸链。为保证在精加工过程中各部尺寸都能得到有效控制, 及时发现问题, 我们把生产工序分解为精车小端高度并倒角、精车大端高度并倒角, 在各部高度尺寸合格的情况下, 最后再精车大端外径及牙口三道工序。因为小端高度公差带相对其它高度公差小, 并且在生产过程中不易逐个检测, 所以要先加工小端高度。加工小端时, 车床卡盘要撑住密封罩大端, 一是要加工小端高度尺寸, 二是要加工小端内倒角3×15°。因为密封罩为薄壁件且为圆筒形状, 若用原有车床三爪卡盘装夹, 因接触面积小, 工件易变形, 平面度难找正。我们对车床三爪进行改进, 把原三爪改为110°弧形卡爪, 三块组合成一个圆形卡盘, 工件轻轻一放一紧, 就会自动定位准确;其次, 在导轨上设置限位调整装置, 方便限定车床纵向尺寸加工;再次, 对车刀进行改进, 设计了双头车刀, 就是在一个刀杆上设计了两个刀头, 或焊制两个刀头, 根据加工工艺需求, 使用不同切削方向刀头, 在不用转动刀架的情况下, 实现车平面和倒角同步进行, 消除了因车刀的换向所产生的尺寸误差。开工前只要调整好大拖板和刀具的位置, 再用样板调整好倒角刀头的角度, 加工出的密封罩小端高度和倒角基本没有变化。同理, 加工大端高度和外倒角时, 只是将三爪卡盘改为固定圆孔形卡盘, 尾座顶针改为圆盘, 采用尾座定位, 就可实现大端高度和外倒角的控制。改进如图3, 图4, 图5所示。
在测量上, 因为密封罩总高与大端高度、小端高度和中间自由高度形成一个闭合尺寸链。受中间自由高度的影响, 有时两端高度在公差范围内, 总高并不一定符合要求, 两个高度公差要配合使用。所以测量时, 最好要一次能测量两个数据。高度测量仪只能测量一个方向高度, 因此, 我们对高度测量仪进行改进, 在测量仪旁边增加一个百分表, 做到总高和大端高度同时测量, 并且在连续转动的情况下, 可以测量出大小端面跳动的变化。因在生产中是百分百检测, 所以一旦某个尺寸发生变化, 立即就反映出问题出在那道工序上, 非常便于指导生产。
4 如何解决大端外径尺寸和牙口符合技术要求
密封罩大端外径及牙口是唯一需要精加工的圆柱面, 按理在数控车床上是很容易实现。但是, 加工密封罩大端外径不仅有尺寸要求, 而且有同心度、圆柱度和圆跳动量的要求, 装夹基准的选择显得由为重要。开始我们采用与加工小端高度同样的110°弧形卡爪, 向外撑住大端内圆加工, 不仅尺寸精度无法保证, 而且外径椭圆度、圆跳动超标现象严重。分析其原因, 密封罩经冲压成形、整形后, 大端外圆始终存在椭圆现象, 只是程度大小不同, 若用弧形卡爪向外撑大端内圆, 大端外径在圆形卡爪向外撑力的作用下, 发生弹性变形, 在车床上得到一个近视正圆, 加工后, 外力消除, 大端外径又恢复到没加工前的椭圆度, 椭圆度没有因经过加工得到改善。经过多次试验, 仍然用110°弧形卡爪, 以小端内径为导向, 由内向外撑住密封罩中间内圆加工, 彻底消除因装夹造成的工件变形因素, 大端外径尺寸、牙口及椭圆度就得到有力保证。
改进后生产工艺流程:剪条料—落实初形—成形—整形—切底—精车大端并倒角—精车小端并倒角—精车大端外径及牙口—磷化
5 效果
(1) 通过对352226X2-2RZ型轴承密封罩生产工艺、工装设备、检测手段不断完善和改进, 产品生产效率提高约10倍, 成品率保持在98%以上, 使密封罩的各部尺寸精度得到了有效的控制, 促进经济效益提高。
(2) 良好的密封罩制造质量, 为提高货车滚动轴承的制造和检修质量, 减少外油封松动, 降低脱落故障, 提供有力保证。
(3) 随着重载提速货车353130B新型轴承的推广应用, 352226X2-2RZ型轴承密封罩成功的生产经验, 为我们开发生产新型一体化353130B密封罩钢骨架提供技术支持。
参考文献
[1]孙传印.货车滚动轴承密封罩脱落原因分析及建议[J].铁道车辆, 2011 (11) :40-4 2.
铁路缺陷轴承 篇5
国家环境保护部门对废弃塑料制品回收再利用给予充分肯定, 并呼吁“循环经济”, 鼓励走可持续发展之路。再生资源回收利用是我国经济、社会可持续发展的战略选择。目前, 世界各国都把数量巨大的多种废弃物经过回收利用, 变废为宝, 使其得以减量化、无害化和资源化。近20多年来, 塑料废弃物回收利用的研究进展表明, 塑料废弃物的处理是提高资源利用效率、保护环境、建立资源节约型社会的重要途径之一。如果能够对这些报废的铁路货车工程塑料保持架实现有效地回收和充分的再生利用, 不仅可以节省大量的石油资源和能源, 更是一个有很大好处和利益的市场[2]。
同样的, 轴承大修报废下来的工程塑料保持架经过筛选、清洗、破碎后即可作为原材料再次使用, 来制作适合的新产品。当前首先要解决的问题是检测破碎后材料的性能, 确定其性能指标。笔者对报废下来的回收工程塑料保持架清洗后的回收料进行了红外谱图分析、DSC、TG分析、对其中的增强玻纤长度进行了显微成像研究, 并将碎料重新注塑样条进行拉伸、弯曲、冲击性能检测试验, 将检测结果与未加工的原材料性能进行对比, 为制定其性能指标提供了大量的试验数据, 为可能使用该材料的新产品提供相应理论依据。
1 实验部分
1.1 主要样品
工程塑料保持架原材料:25%玻纤增强的尼龙66 (下文简称“保持架原材料”) , 美国杜邦公司。
轴承大修报废下来的工程塑料保持架清洗后的回收料 (下文简称“回收料”) 。
1.2 主要设备、仪器
偏光显微镜:LV100POL型, 日本NICON公司;
热失重分析仪:Q500型, 美国TA仪器公司;
差示扫描量热仪:Q200型, 美国TA仪器公司;
红外光谱仪:Nicolet380型, 美国Nicolet公司;
毛细管流变仪:GOETTFERT MI-3, 德国高特福公司;
万能试验机:INSTRON 5567型, 英国INSTRON公司;
冲击试验机:6957.000, 意大利CEAST公司;
马弗炉:DC-B-1, 北京独创科技有限公司。
1.3 性能测试及表征方法
偏光显微镜观察玻纤长度, 分别取保持架原材料和回收料在马弗炉中升温到600℃进行燃烧2h后, 取出放在干燥器中冷却1h, 将剩余的玻璃纤维在显微镜下观察, 比较两种材料的玻纤长度。
热失重分析 (TGA) , 分别对两种样本进行表征, 样品质量为9.0~11.0mg, 气氛氮气流量60ml/min, 以10℃/min速度升温, 从室温升至580℃, 检测两种样本的开始分解温度, 然后转用氧气气氛流量为60ml/min, 继续升温至680℃, 检测两种材料的各组分的含量。
差示扫描量热分析 (DSC) , 分别取两种样本质量为5.0~6.0mg, 放入铝制坩埚内, 纯铟校正, 空坩埚作参比, 氮气流量50ml/min, 以10℃/min速度升温, 从室温升至300℃, 记录一次升温熔融曲线。按照GB/T19466.3中的分析方法分析其熔融温度。
运用原位全反射傅里叶红外光谱 (ATRFTIR) 技术对两种样本进行红外光谱分析。
熔体粘度分析, 将两种样本进行干燥处理4~6h, 温度285℃预熔4min后, 用10/1的毛细管对处理后的两种料进行粘度检测。设定剪切速率分别为:2、4、8、16、32、64、128、256、512和1024mm/s, 得到每个速率的表观剪切粘度并比较。
力学性能检测, 检测两种样本的拉伸性能、弯曲性能和抗冲击性能, 分析回收料比原材料性能下降比。
2 结果与讨论
2.1 纤维长度显微图片
图1~2分别为保持架原材料和回收料在马弗炉600℃高温燃烧后剩余的玻璃纤维观察的显微镜照片, 由图可见保持架原材料玻纤长度 (97~792.77μm) 明显大于回收料玻纤长度 (93~446.25μm) 。主要是因为添加玻纤的原材料, 经过了一次加工 (注塑产品) 后, 料杆对熔料的搅动会使玻璃纤维变碎变短。而玻璃纤维在材料中主要起到加强力学性能的作用, 因此推断回收料的力学性能与原材料相比会有所下降, 下面的数据也证实了这一点。
2.2 TGA热失重分析
常温条件下, 尼龙66比较稳定。图3中可以看出, 300℃之前, 保持架原材料和回收料失重率非常小, 认为失重主要是因为有机溶剂的挥发及失水所致[2]。400℃以上, 两种样本的失重率迅速增加, 是由于聚合物热分解所致。材料的热稳定性能还是很强的。
图3中分析可知, 回收料的开始分解温度 (403.43℃) 低于保持架原材料的分解温度 (414.20℃) , 主要是因为聚合物材料经过一次加工后, 分子链会发生断裂, 热稳定性下降所致。各组分的含量见表1, 可以看出原材料和回收料各组分没有很大变化。
2.3 DSC分析
聚合物在温度升高时会发生熔融。图4为两个样本的DSC曲线, 从图4中可以看出, 保持架原材料和回收料的开始熔融的温度和峰值基本一致, 表明材料熔点基本没有变化。因此回收料加工时的工艺参数可以参考保持架原材料加工工艺参数。
2.4 红外光谱分析
图5为保持架原材料和回收料的红外光谱图, 图5中可以看出两个样本的图型基本完全一致。从检测的基本型谱可以看出, 两种材料的主要组分均为尼龙类, PA的红外标准谱图[3]特征查询, 特征区和指纹区的任何吸收峰也没有超过5cm-1的偏差, 可见回收料与保持架原材料相比没有影响其基本结构的组分混合进去。因为保持架在轴承中仅与内外环和滚珠以及润滑油接触, 材料本身并没有发生化学变化。
2.5 剪切粘度分析
图6为保持架原材料和回收料经过毛细管流变检测得到的剪切粘度, 可以看出在285℃的熔融温度, 剪切速率为2、4、8mm/s慢速区间时两种材料的剪切粘度稍有偏差, 剪切速率大于16mm/s后两种材料的剪切粘度就基本一致了, 这一特点也可以证明回收料加工时的工艺参数可以参考保持架原材料的工艺参数。
2.6 力学性能分析
保持架原材料和回收料的力学性能分析见表2。干态和50%湿度处理后的回收料的拉伸强度、断裂伸长率, 弯曲强度和缺口冲击强度与原材料相比都有所下降, 拉伸强度下降13~14%, 断裂伸长率下降并不明显, 弯曲强度下降11~12%, 缺口冲击强度下降19~20%。主要是原材料经过一次加工 (制造产品) 后, 聚合物分子链会有断裂, 而且材料中有玻璃纤维增强, 经加工后也会有破碎和断裂情况, 使玻纤长度变短, 图1和图2的显微图片也可以明显看出这一点。因此回收料的力学性能必然有所下降。在试制新产品选材时一定要注意这一点, 不能简单的参考保持架原材料的力学性能指标。
3 结论
经过对轴承大修拆卸报废下来的工程塑料保持架, 由于工况比较单一, 运行过程中仅与油脂接触, 回收后经过简单的清洗即可利用。国内铁路货车自2003年大批量装用工程塑料保持架以来, 年均安装100多万件, 按照8年质量周期计算, 2011年开始已经有大批量报废下来的保持架产品, 单件重量200g计算, 每年产生的废旧保持架重量达到200t以上。经过以上的研究, 报废下来的工程塑料保持架回收料与原材料相比在材料基本组成、结构、熔点以及熔体粘度方面相比均没有变化, 可见该玻纤增强的尼龙材料使用后内部结构相对比较稳定。只是由于玻纤和高分子材料经过一次加工产生的玻纤碎断和分子链断链的现象, 导致了力学性能下降。完全可以用于本身要求力学性能不高的产品。本文中笔者仅对工程塑料保持架回收料的基本性能进行了初步的分析和研究, 望能为以后使用该材料制造新产品时提供相应的参考依据。
摘要：利用现代分析设备和技术, 对铁路货车轴承大修报废的工程塑料保持架的回收料进行性能分析。用显微镜观察材料内部的增强玻纤的长度;利用红外光谱表征回收料的结构;应用DSC差式扫描量热分析和TGA热失重分析回收料的热性能;运用拉伸、弯曲和冲击实验研究回收料的力学性能, 并将结果与原材料进行对比, 为以后用其制造新产品提供参考依据。
关键词：工程塑料保持架,回收料,力学性能,热性能
参考文献
[1]中华人名共和国铁道部主编.铁路货车轮轴组装检修及管理规则.中国铁道出版社, 2007.
[2]马占峰.废旧塑料回收利用的必要性和可行性.塑料工业, 2006, 4.
铁路缺陷轴承 篇6
轮轴是铁路货车关键的走行部件, 承担着轨道车辆导向、移动和承载的功能, 直接关系到铁路货车车辆的运行安全。在车辆运行过程中, 受到速度、载重、运行环境等因素的影响, 滚动轴承经过一定时期的运行, 可能会发生磨耗、松弛、锈蚀、裂损等各种形式的故障。故障发生后如不能及时发现、消除, 就可能引发热轴, 造成安全事故。
为降低由于滚动轴承故障问题造成铁路货车热轴的概率, 笔者以铁路货车轮轴轴承为研究对象, 收集了近两年来因轴承故障造成的铁路货车热轴案例, 对故障轴承的失效模式进行了辨别, 并统计了各类轴承故障引起热轴的比率, 针对性地提出改进预防措施。
1 案例概况
目前我国铁路货车轮轴采用的滚动轴承以无轴箱封闭式双列圆锥滚子轴承为主, 当前铁路货车应用最广的滚动轴承为SKF197726、352226X2-2RZ和353130B型圆锥滚子轴承。本次研究以352226X2-2RZ为对象, 统计了近两年由于滚动轴承故障引发的热轴案例, 共49起。通过对49套故障轴承的拆解检测, 确认了各故障轴承的失效模式以及引发热轴的原因 (见表1) 。
在本次统计的铁路货车热轴案例中, 造成轴承发热的原因有5方面:1) 滚动面接触不良;2) 密封失效;3) 注脂量超差;4) 保持架裂损;5) 轴向游隙超限。其中, 滚动面接触不良引起热轴33起, 占热轴原因的67%, 是造成热轴主要原因, 其次是密封失效, 占23%, 2项故障因素占到热轴原因的90%。按热轴预警级别对49套故障轴承进行统计:激热报警共11起, 其中6起故障原因为滚动面接触不良, 5起为密封失效;强热预警共21起, 其中13起由于滚动面接触不良引起, 4起轴承故障为密封失效, 3起为注脂量超差, 1起为轴向游隙超限;其余热轴预警均为微热。
由上述统计可见, 滚动面接触不良和密封失效是造成铁路货车滚动轴承热轴的主要因素。该类轴承故障发生概率高且危害性较大, 是造成激热和强热的主要原因。下面我们就针对这两种轴承故障模式及其成因进行探讨, 分析热轴故障机理, 并提出针对性的改进措施。
2 故障模式分析及改进措施
2.1 滚动面接触不良
滚动面接触不良是引起热轴的重要因素。根据检测结果, 本次热轴案例统计中由滚动面接触不良引起的轴承失效形式有:滚动面边缘变色、滚道磷化膜磨损并有均匀麻点、滚子碾皮、滚子点蚀、滚子和套圈滚动面划伤、滚子外径凹痕、滚子和套圈滚动面压痕、滚子外径周向磨痕。图3为本次热轴案例统计中滚动面接触不良引起的轴承失效形式分布柱状图。
1) 滚动面边缘变色。热变色是由于温度升高导致的零件表面产生氧化的现象, 变色部位多出现于轴承内外滚道面和滚子滚动面。热变色的主要原因有:轴承润滑不良或油脂老化变质, 密封结构选择不当, 接触状态不良及工作中存在异常摩擦而导致温度升高。
在本次统计的49套故障轴承中有14套轴承发生了内、外圈滚道及滚子滚动面边缘变色, 且均为小端滚动面变色。我们在14套小端滚动面变色的故障轴承中随机抽取了1套样品进行跑合试验, 并通过红外测温仪对轴承温度进行探测。跑合试验进行至12 min时轴承出现明显温升 (温升6℃) , 红外线图谱显示轴承中间部位温度较高 (见图4) , 说明滚子滚动面小端是导致异常温升的热源部位。
此外我们又随机抽取另外一套故障轴承, 分别对其内圈滚道和随机抽取的6粒滚子的滚动面表面进行了残余应力及半宽度检测。检测结果如表2和图5所示, 内圈滚道表面残余应力明显小于滚子滚动表面, 表明内圈发热小于滚子。6粒滚子表面半宽度的整体变化趋势是在距滚子小端4 mm和6 mm处出现拐点 (低值) , 说明此处的温升变化高于其它检测部位。
MPa
为分析轴承滚动面小端局部发热的原因, 我们对14套故障轴承的套圈和滚子进行了全项尺寸精度检测, 检测结果显示故障轴承外圈滚道角度接近或大于标准值上限、内圈滚道角度接近或小于标准值下限, 而滚子锥角接近或小于标准值下限。当轴承工作时, 滚子小端与内、外圈滚道发生局部接触, 轴承内、外圈和滚动体承受高频应变力的作用, 滚子小端受到内、外圈滚道双向挤压, 使应力集中于滚子小端部位, 造成滚子小端局部温度快速升高, 进而导致轴承内部温度升高, 引发热轴。
2) 套圈滚道磨损及局部麻点。本次统计案例中共有5套故障轴承套圈出现了内、外圈滚道磨损和滚道表面局部麻点, 其中引起激热的2套轴承内圈滚道磷化膜几乎完全磨损。通过对故障轴承检测分析, 发现套圈滚道磷化膜未磨损部分表面粗糙度值明显大于磷化前滚道表面, 磷化膜显微显示磷化层表面存在微小晶粒。另外故障轴承润滑脂中非金属杂质含量偏高, 说明润滑脂受到污染, 造成润滑不良。
铁路货车滚动轴承首次装车后, 运行初期轴承需要一个磨合阶段。轴承内、外圈滚道磷化膜不均匀、粗糙度值过高, 导致轴承运转时滚动面之间的润滑油膜遭到破坏, 形成半干摩擦状态, 引起轴承内部异常温升。另一方面, 轴承内部清洁度差, 润滑脂受到杂质污染, 在交变应力作用下, 导致滚动面损伤形成麻点, 进一步增大了轴承滚动阻力。两方面因素相互促进, 促使轴承内部温度快速升高, 最终引发热轴。
3) 滚子碾皮、点蚀。滚子碾皮和点蚀是轴承疲劳剥落的典型失效形式之一。轴承工作时, 零件工作表面承受高接触应力循环作用, 且套圈和滚动体在相对滚动的同时还存在相对滑动, 当轴承运行一定期限后, 易在最大剪应力处形成裂纹, 随着运行时间的增加继而扩展到表层形成剥落。早期疲劳剥落主要受到原材料纯净度、零件表面硬度以及轴承运输和工作中受载情况的影响。
4) 其他滚动面表面损伤。本次热轴案例统计中, 3套轴承滚子和套圈滚动面存在划伤, 1套轴承滚子外径有凹痕, 1套轴承滚子和套圈滚动面压痕。这4类轴承故障均属于表面机械性损伤。
在轴承装配或检修过程中由于清洁度差或组装前清洗介质不净, 易导致颗粒状硬质点或灰尘带入轴承内。轴承运行过程中硬质颗粒杂质可能造成内、外圈滚道面或滚子滚动面划伤或点蚀;当轴承受到冲击载荷较大时, 滚动表面受到硬质杂质的挤压易形成压痕。杂质滚动面的损伤引起接触不良, 摩擦发热, 润滑脂黏稠度降低, 进而导致轴承温度升高。
2.2 密封失效
在本次的分析案例中, 密封失效是引起热轴的第二大因素, 共发生11起, 其中9起热轴达到强热和激热预警。可见密封失效是引起铁路货车轴承热轴的一个重要隐患。密封失效的表现形式有密封罩发生松动或脱落、唇口油脂渗漏、密封装置发生异常磨损等。
1) 密封罩松动或脱落。在本次热轴案例统计中, 11套密封失效轴承中有10套发生了密封罩松动脱出, 且9起强热和激热预警均由密封罩松动脱出造成。因此如能避免该类密封罩松动脱出, 将有效降低热轴发生率, 大大提高列车运行的安全性。轴承组装时, 由于密封罩偏压或密封罩制造质量问题容易导致密封罩牙口凸台被剪切, 造成密封罩与外圈牙口部位配合过盈量不足。轴承经过一定时间运行后, 密封罩会发生松动。当轴承运行过程中受到异常冲击, 也可能造成密封罩脱出。一旦密封罩发生脱出现象, 会引发密封罩端面与端盖 (或后挡圈) 的内平面间产生相对摩擦, 从而引发热轴现象。
2) 唇口油脂渗漏。由于配合件表面粗糙度差等原因造成密封唇部拉伤或磨损, 或密封唇口尺寸不符合要求时, 密封唇部过盈量不足, 易造成运行过程中油脂渗漏, 导致润滑不良, 进而引起套圈与滚动体间的干摩擦, 极易发生热轴。
3) 密封装置发生异常磨损。在进行油封压装时, 因设备调试、工装安装或人员操作不当, 造成的油封唇口翻卷或密封罩歪斜, 导致轴承工作过程中发生密封罩异常磨损, 引起发热。
3 预防及改进措施
针对上述引发热轴的轴承失效原因, 为了有效减少热轴事故发生率, 提出以下几项改进措施:
1) 避免滚动面局部接触引起的应力集中。在零件加工过程中控制轴承滚道和滚子角度公差, 确保零件实际尺寸在工艺范围内;在现有工艺条件下, 对内、外圈滚道角度进行分组, 避免发生外圈滚道角度上偏差与内圈滚道角度下偏差组配。
2) 提高磷化膜质量。磷化前应对零件进行彻底清洁, 特别是对于挡边、油沟等不易清洁部位应加大检查力度, 保证零件清洁度良好;改进磷化处理工艺, 避免粗大磷化结晶的产生, 并对磷化后零件表面粗糙度进行控制。
3) 对热处理过程进行严格控制, 加强零件探伤工作, 放置有材料缺陷的轴承投入使用, 避免轴承早期疲劳失效的发生。
4) 改进轴承包装, 提高包装防振、防冲击性能, 减少轴承在运输或工作时受到非正常载荷作用产生的损伤。
5) 提高轴承装配清洁度。确保轴承检验、装配工作间的清洁度及装配前轴承清洗介质的洁净。加强轴承检测和装配过程中的各项管理, 经常检测和更换轴承清洗介质, 定期对轴承清洁度进行检测, 确保达到标准要求。轴承装配过程中, 避免灰尘杂质进入轴承。
6) 保证密封罩的制造精度;严格执行组装技术要求, 认真进行外观质量检查:保证装配过盈量, 内、外油封压装后应使用油封组件检查装置检查其接触状态。
4 结语
铁路桥涵施工缺陷与应对措施分析 篇7
1 桥涵施工中常见的缺陷
1.1 基础与台身施工中的缺陷
在对桥涵进行施工的过程中, 最为基础的部分就是台身与基础的施工, 对于它们施工的质量的好坏, 会在一定程度上影响着整体的桥涵施工质量, 与此同时, 也会对日后桥涵投入使用带来影响。桥涵台身与基础在施工过程中, 最为常见的缺陷主要体现在桥涵本身存在承载力不均匀的现象。导致这种现象出现的最根本原因大致包含以下几点:第一, 在对桥涵的基础和台身施工之前, 工程的施工人员并没有针对工程的实际情况以及所施工地基在实际应用中所表现出来的最大承载力进行仔细、认真的测量。这样一来, 就会造成地基在施工完毕投入使用之后, 并不能均匀的承载压力, 长此以往, 就会出现不均匀下沉的现象, 进而影响了桥涵的使用效果, 使其功能不能得以发挥。第二, 桥涵修建工程的施工人员在确保桥涵基础的承载力可以达到平衡状态的过程当中, 主要起到关键性作用的是桥涵基础材料的压实情况以及桥涵地基的深埋情况是否达到标准。如果在这二者之中有一个没有达到相关标准要求的话, 那么, 将会对整个桥涵的承载力以及基础性能产生严重的影响[2]。
1.2 桥涵的软弱地基缺陷
桥涵的软弱地基现象主要是存在于在既有线下修建的铁路桥涵。针对这种情况进行桥涵修建时, 通常情况下, 遇到的问题主要来自于对地基的处理和对铁路桥涵的设计与建设。就目前来看, 施工人员大多数采取的措施都是采用在框架顶板的上方预埋反力梁, 通过这样的方式, 就会使在桥涵建设与应用的过程中间接的产生一些静压力。不过, 这种方法在实际运用的过程中会存在一些难度, 使其不能有效的展开。由于施工地点的软土厚度较厚, 如果长时间受到桩与桩之间间隔以及桩的长度影响的话, 就会使接桩的次数较之前相比增多, 进而增加了桥涵施工的成本, 这样也会导致桥涵的施工质量不能得到保障。由此可见, 在针对既有线下的铁路桥涵施工中, 处理好地基的问题是关键, 采用这种压入小方桩的形式并不能很好的处理桥涵地基的加固与吻合等问题。这也是桥涵施工过程中比较常见的缺陷之一。
1.3 桥涵的盖板预制与安装过程中的缺陷
还有以下几点原因:第一, 在对桥涵的盖板进行预制时, 整体构架当中的主受力钢筋自身的保护层厚度不符合标准, 使它的功能不能完全发挥出来。第二, 施工人员在施工的过程中, 并没有严格的遵守盖板预制的施工要求, 盲目施工, 使主受力钢筋不能得到稳固。在安装时, 往往会因为桥涵施工人员的施工技术存在缺陷, 不能完全达到预计的施工标准, 使台身与盖板之间存在错位或者沉降的现象。另外, 二者之间出现沉降错位还因为在工人施工的时候, 对盖板的尺寸以及棱角的控制不到位, 安装时存在一定的间隙, 由此造成桥涵的台身扭曲沉降[3]。
2 铁路桥涵施工的应对策略
2.1 基坑排水
在直接排水有困难时候, 可采用井点法排水, 以降低地下水位。对饱和粉细砂土质基抗, 用汇水并抽水开挖, 极易造成粉细砂流淌, 除用板校支护坑壁外汇水并亦需安设套箱或打短板校防护。因此严重的流砂基坑宜采用井点法降低地下水位。也可采用在基坑四周设置无秒混凝土圆管 (直径0.75m左右) , 从圆管中抽水降低基坑水位。桥涵敞坑开挖深度多在7m~8m以内。表列降低水位深度应自水泵轴心高度起算, 故采用一级或二级轻型并点降低地下水位, 降水深度可以满足施工要求, 如降水深度超过9m时, 则可采用管井并点或喷射并点等排水方法。另外, 在普通地质的井点管可采用冲孔埋没, 冲孔水压可为0.3MPa~0.4MPa (3kgf/cm2~4kgf/cm2) , 冲孔间距为80cm~160cm。井点管埋没后, 应进行试验。将水注入管内, 水能很快下降, 或在向管四周溜粗砂时, 管内水面向上升, 均可认为该管埋设合格, 否则应拨出重新造孔沉管。
2.2 加强地基承载力
(1) 灰土挤密桩
灰土挤密桩是利用锤击将钢管打入土中, 侧向挤密土体形成桩孔, 将管拔出后, 在桩孔中分层回填2∶8或3∶7灰土并夯实而成, 与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。适用于处理地下水位以上、天然含水量12%~25%、厚度5m~15m的素填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基等。
(2) 砂石桩
砂桩和砂石桩统称砂石桩, 是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后, 再将砂或砂卵石 (或砾石、碎石) 挤压入土孔中, 形成大直径的由砂或砂卵 (碎) 石所构成的密实桩体。适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基, 起到挤密周围土层、增加地基承载力的作用。
(3) 水泥粉煤灰碎石桩
水泥粉煤灰碎石桩 (Cement Fly-ash Graval Pile) 简称CFG桩, 是近年发展起来的处理软弱地基的一种新方法。它是在碎石桩的基础上掺入适量石屑、粉煤灰和少量水泥, 加水拌合后制成的具有一定强度的桩体。
振冲法, 又称振动水冲法, 是以起重机吊起振冲器, 启动潜水电机带动偏心块, 使振冲器产生高频振动, 同时开动水泵, 通过喷嘴喷射高压水流成孔, 然后分批填以砂石骨料, 借振冲器的水平及垂直振动, 振密填料, 形成的砂石桩体与原地基构成复合地基, 以提高地基的承载力, 减少地基的沉降和沉降差的一种快速、经济有效的加固方法。振冲桩适用于加固松散的砂土地基[6]。
3 结论
随着我国社会经济的迅速发展, 桥涵施工已经成为推动我国经济发展以及交通建设的核心所在。针对上述桥涵施工中存在的相关问题, 要想从根本上避免这一问题的出现, 只需要施工人员在施工的过程中, 严格按照施工流程进行施工, 正确的使用施工机具。这样, 在避免上述问题的同时, 还能从根本上保障桥涵的施工质量。
摘要：在桥涵施工的过程中, 由于多方问题的影响, 导致桥涵施工中存在相应数量的缺陷。这些缺陷在影响桥涵正常使用的同时, 还直接威胁着人们的生命安全。在此, 本文从铁路桥涵施工缺陷及存在的问题进行分析, 并提出应对措施。
关键词：铁路桥涵,施工,缺陷,措施
参考文献
[1]王乐业.铁路桥涵顶进施工中的技术要点分析[J].科技创新与应用, 2014, 07∶179.
[2]李明.试析铁路桥涵施工中的缺陷和应对策略[J].科技创新与应用, 2014, 07∶180.