机车转向架（共7篇）
机车转向架 篇1
0 引言
机车转向架牵引装置是连接转向架与车体的重要部件, 传递轮轨间相互作用产生的牵引力和制动装置产生的制动力。牵引装置既要保证机车正常运行时不对转向架与车体的相对运动造成干涉, 同时也要适应机车曲线通过时车体相对转向架的转角。
1 两种不同的牵引装置结构
牵引装置 (一) 主要由牵引杆1、牵引杆2、三角撑杆3和销轴4等组成, 如图1所示。牵引杆1水平布置在牵引电机下方, 两端通过销轴分别与构架牵引梁和三角撑杆相连;牵引杆2为对称结构, 呈倾斜状态, 连接车体牵引座的一端高于连接三角撑杆的一端, 牵引杆2两端装有橡胶关节以适应机车车体与转向架之间的相对运动, 同时起到吸振降噪的作用;三角撑杆通过两支座吊挂在构架前端梁上。
1, 2.牵引杆3.三角撑杆4.销轴
牵引装置 (二) 主要由单牵引杆和压装在牵引杆端部的橡胶关节组成。牵引杆采用箱形焊接结构, 并在梁体中间布置有筋板以获得足够的强度和刚度。为了降低牵引点的高度以获得较高的黏着重量利用率, 牵引杆从牵引电机下部通过, 同时为了保证机车运行时牵引装置与牵引电机之间有足够的间隙, 牵引杆采用折弯的结构, 如图2所示。
2 牵引装置强度和稳定性分析
利用ANSYS软件分别建立有限元分析模型, 并采用相同的载荷条件, 即牵引装置在承受转向架5g载荷冲击下, 对其强度和稳定性进行分析。
2.1 牵引装置 (一) 强度分析
三角撑杆由撑杆及三角撑杆体两部分组焊而成, 撑杆由16Mn DR锻造而成, 三角撑杆体则由ZG20Si Mn铸造而成, 其性能指标见表1, 应力云图如图3。
MPa
由图3可知, 三角撑杆计算最大应力为476 MPa, 满足材料抗拉强度极限。
牵引杆1和牵引杆2都采用锻件, 材料为42Cr Mo, 其性能指标见表2, 应力云图如图4和图5所示。
MPa
由图4和图5可知, 牵引杆1计算最大应力为641 MPa, 牵引杆2计算最大应力为496 MPa, 因此, 牵引杆1和牵引杆2都满足材料抗拉极限强度。
车体牵引座采用锻件, 材料为C级钢, 其性能指标见表3, 应力云图如图6。
MPa
由图6可知, 车体牵引座计算最大应力为568MPa, 满足材料抗拉极限强度。
2.2 牵引装置 (二) 强度分析
单牵引杆全部由16Mn DR钢板组焊而成。根据GB3531《低温压力容器用低合金钢板》、《机械工程材料性能数据手册》以及国际焊接学会《焊接接头与部件的疲劳设计》, 其材料的机械性能见表4, 应力云图如图7。
MPa
由图7可知, 单牵引杆计算最大应力为356 MPa, 满足材料抗拉极限强度。
2.3牵引装置 (一) 稳定性分析
牵引杆的两端装有关节, 为了安全, 稳定性计算时将牵引杆两端定位方式简化为铰支结构, 其压杆失稳的临界载荷计算式为
式中:Pcr为压杆失稳临界载荷;L为压杆两端铰支点的中心距;Ix为截面惯性矩;E为材料弹性模量。
计算得出牵引杆的临界载荷Pcr1=2 343 k N, Pcr2=2 912 k N。每转向架的启动牵引力Fqql=285 k N。每转向架的最大冲击力 (5g) 为Fcj=5×30×9.81=1 471.5 k N。
由计算结果可以看出, 牵引杆1和牵引杆2的失稳临界载荷大于其承担的最大冲击载荷1 471.5 k N, 因此牵引杆1和牵引杆2是稳定的。
2.4牵引装置 (二) 稳定性分析
如图8所示, 稳定性计算时将牵引杆两端定位方式同样简化为铰支结构, 在受到轴向力F作用时, 还受到横向力Q的作用。
单牵引杆横截面的最小惯性矩:
单牵引杆横截面面积
转向架5g冲击下, 单牵引杆受力情况如下:
根据《材料力学》[4]可知:
可用欧拉公式计算该牵引杆的临界压力, 其失稳临界压力为Pcr=π2EI/ (μL) 2=3.141 592×2.1×1011×1.79×10-5÷[ (1×3.559) 2×103]=2 934.37 k N。
综上所述, 牵引杆在转向架5g工况下稳定性安全系数为
因此单牵引杆满足压杆稳定性要求。
3 结语
文中两种牵引装置其车体端和构架端具有相同的高度, 结构上存在差异, 经过计算可知, 两种牵引装置其强度和稳定性都满足要求。因结构差异导致两种牵引装置名义牵引点高度不同, 因而机车黏着重量利用率各异, 且牵引装置 (一) 的黏着重量利用率要高于牵引装置 (二) , 但后者结构简单, 生产和制造成本低, 维护方便。总之, 从机车黏着重量利用率的角度出发, 建议采用低牵引点高度的牵引装置 (一) , 只有在满足机车黏着重量利用率的前提下, 才选用牵引装置 (二) 的结构。
参考文献
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机车转向架 篇2
机车与城轨车辆转向架构架焊接技术分析
介绍了目前转向架构架采用的主要焊接技术、相关的`优缺点以及今后的发展方向.
作 者：任富明 Ren Fuming 作者单位：南车株洲电力机车有限公司转向架事业部,湖南,株洲,412001 刊 名：铁道机车车辆工人 英文刊名：RAILWAY LOCOMOTIVE & ROLLING STOCK WORKERS 年，卷(期)：2009 “”(5) 分类号：U260.6 关键词：转向架构架 焊接技术 分析一种新型机车转向架构架强度研究 篇3
HXN5型大功率交流传动内燃机车在运用的过程中发现机车轮缘非正常磨耗问题, 动力学计算和试验均显示该机车转向架的轴箱定位方式是引发这一问题的主要原因, 鉴于此原因我公司研发了一种新型机车转向架, 其轴箱定位方式由原来的导框式定位改为单拉杆式定位。配合这一改变, 研发了新型机车转向架构架。
构架设计
构架作为转向架其他零部件的安装基础, 承受纵向、横向、垂向载荷。除了静载荷以外, 还需要承受机车运行过程中产生的动载荷。构架结构是否合理, 静强度和疲劳强度的情况, 直接影响机车运行的安全性。
构架的结构设计
本构架主体结构采用箱型梁组焊而成, 包括两根左右对称的侧梁、牵引梁、横梁和后端梁, 构架前端没有封闭。构架上下平面、侧面等焊接了一些座用以提供其他零部件的安装接口, 新型机车转向架构架见图1。
构架的仿真设计
新型车构架的单拉杆结构虽然在国内是首次用于干线重载货运内燃机车, 但其强度的评定依然依据TB/T2368-2005《动力转向架构架强度试验方法》。为了评定该新型车构架的强度, 需要对构架进行有限元分析和强度试验。计算和试验用的载荷依据TB/T 2368-2005标准编制, 这个标准中规定的载荷用来校验构架承受工作载荷的能力。构架的有限元模型见图2。构架仿真分析用参数包括各向刚度及间隙值等。
新型车构架材料牌号为QSH1001, 为我公司自行开发的一种低合金高强度结构钢, 杨氏弹性模量为205GPa, 泊松比为0.3, 屈服强度为400MPa, 抗拉强度为520MPa, 许用屈服强度350MPa。
通过ANSYS软件对构架模型进行各个工况下的载荷能力分析, 主要包括超常载荷工况、主要运营载荷工况、特殊载荷工况和疲劳试验载荷工况。
超常载荷工况下的静强度分析结果见表1。
从分析结果可以看出, 构架在三个超常载荷工况下的结构强度均符合要求。
主要运营载荷工况有13个, 是基于Goodman疲劳极限图来分析评价结构疲劳强度的。主要运营载荷工况的应力分布见图3。
图中曲线a1适用于构架的对接焊缝区;曲线a2适用于构架的其他类型的焊缝区;曲线b适用于位于非焊接区域。可见图中超出曲线a1的节点有6个, 超出a2的节点有48个, 这些节点都不处于焊缝区域, 所以该构架满足疲劳强度要求。
其他工况下的分析结果在此不做详细描述。总之, 对新型车构架强度分析后发现, 最大应力值远小于构架材料的许用屈服强度, 疲劳评价时, 所有点都落在Goodman疲劳极限图的包络线内, 故而可以从理论计算的角度判定该新型车构架静强度和疲劳强度都满足设计对构架强度的要求。
构架强度试验
根据公司转向架研制计划, 该型构架在中国铁道科学研究院进行了静强度试验和疲劳试验。
本试验构架共有30个测点, 其中应变花21片, 应变片9片。构架现场贴片图见图4。
根据上文所述工况进行依次加载, 构架的最大应力测量值为184.8MPa。按照构架所用材料的许用应力, 所有测点均未超过许用应力。
构架疲劳试验是根据上文所述的工况和标准载荷, 分3个阶段进行试验一千万次, 疲劳载荷加载后一共要循环1.0×107, 如图5所示。
按照检验依据规定的试验载荷对构架进行总计1.0×107次的疲劳试验。在第一阶段 (6.0×106次) 、第二阶段 (2.0×106次) 终了时对构架进行磁粉探伤检验, 构架未出现任何形式的裂纹。在第三阶段 (2.0×106次) 完成后进行磁粉探伤, 构架未出现任何形式的裂纹。试验结果表明新型车构架的疲劳强度能满足标准要求。
新型车强度试验结果与原型车比较见表2所示。
从两个构架强度试验的结果来看, 除了垂向载荷+扭曲载荷工况, 其他工况新型车构架应力明显低于原型车, 性能更加优越。
结语
机车转向架 篇4
由于转向架构架是由板料、铸件、锻件等焊接而成的箱形梁结构, 因此焊接技术是制造转向架构架的重要技术, 构架的焊接质量不仅在很大程度上反映了构架的制造质量, 而且还直接关系到机车的运行安全, 因此构架焊接技术是直接影响构架制造质量非常重要的因素, 所以如何提高和选用构架焊接技术并迅速应用到生产现场, 确保构架焊接质量是目前十分重要的研究课题。
1 转向架构架的可靠性
高质量、高可靠性的构架是保证机车和城轨车辆转向架稳定安全运行的必要条件。转向架构架的可靠性主要体现在构架焊接应力和变形的控制上。转向架构架中的焊接应力是造成裂纹产生和扩展的根源, 尤其是当构架残余应力和工作应力合成后超过材料屈服极限时将会造成严重的后果。因此, 控制、均化构架焊接应力, 减小构架焊接变形是制造高质量、高可靠性构架的主要技术手段。
1.1 构架焊接残余应力的主要控制与调整技术
由于构架焊接应力的形成和分布相当复杂, 很难采取措施完全均化和消除, 以前机车转向架构架主要采用整体退火、振动时效、抛丸处理等工艺方法来控制、调整焊接残余应力。由于构架整体退火受到退火工艺规程的严格限制, 不仅需要很长的时间 (一个构架整体退火大约需要20多个小时) , 而且需要耗费大量的电能, 因此构架整体退火这种高能耗的陈旧工艺方法将会慢慢淘汰掉。振动时效虽然有设备简单、价格便宜、处理费用低等优点, 但是由于对其振动后是否有效、如何选取激振点以及如何控制振动等方面都缺少成熟的经验, 因此振动时效在转向架构架生产过程中几乎很少采用。抛丸处理可在构架板料表面形成残余压应力, 有利于提高构架疲劳强度, 由于此种方法既简单又能够对构架表面质量进行清理, 因此这种方法得到广泛采用。
目前国内和国际轨道车辆构架焊接应力的控制主要是在构架焊接过程中采取合理的焊接顺序、焊接参数以及通过严格控制层间冷却温度和焊后冷却温度等工艺措施来调整焊接残余应力的分布状态。
1.2 构架焊接变形控制与矫正技术
构架在焊接过程中往往伴随着焊接变形的产生, 焊接变形不仅影响构架的尺寸精度, 而且焊后人工矫正工作既拖延了生产周期, 又不利于质量的控制。目前广泛采用的焊接变形控制与矫正技术主要围绕焊前、焊中以及焊后进行。 焊前预防措施是通过实际经验或模拟件焊接工艺试验, 预测焊接变形的大小和方向, 在构架以及各梁焊接前采取预变形的办法使构架以及各梁焊接完后刚好回复到构架图纸的设计要求, 这种工艺方法比较常用, 但是在实施前需要做大量的焊接模拟件试验来确定焊接变形量。
构架焊接过程中通常采取合理的装配焊接顺序, 优化焊接工艺参数, 减少热能量输入, 采用工装刚性固定构架等措施。 焊后矫正主要采用热矫正和机械矫正:热矫正是通过火焰局部加热, 在加热处构架板料热膨胀受到构架本身刚性的制约, 产生局部压缩塑性变形, 冷却后收缩, 抵消了焊后在该部位的伸长变形, 达到矫正目的, 这种方法矫正的效果好坏主要取决于加热点、加热面积以及加热温度等参数的选取和控制;机械矫正主要是将变形的构架以及梁体通过压力机产生的压力使构架以及梁体变形部位产生与焊接变形方向相反的塑性变形, 来达到矫正的目的。 此外, 要保证构架结构的可靠性除了采取上述措施外, 生产过程中的质量控制、三维划线、三维检测以及无损检测等技术的应用, 可以实现全过程质量控制, 是保证最终产品质量和可靠性的关键所在。
2 焊接工艺放量的控制
由于焊接变形不容易控制, 为了保证构架上的关键尺寸, 传统的构架制造工艺是梁体焊接完后进行加工, 保证构架组装尺寸。构架整体焊接完后通过构架整体加工来保证构架上的关键尺寸, 以此控制由于焊接变形带来的尺寸变化, 此工艺容易保证构架的尺寸精度, 但是由于构架需要整体加工, 因此对构架加工设备的精度和设备的有效工作尺寸都有很高的要求, 并且加工一个构架常常需要十多个小时, 降低了构架制造效率。
通过引进消化吸收国外先进技术, 在构架焊接前进行适当的工艺放量, 构架整体焊接完后不需要进行加工, 其尺寸精度能够满足产品图纸要求。此工艺的实行主要是通过在焊接前设置合理的工艺放量, 通过工艺放量来抵消或减小焊接收缩变形尺寸。此工艺方法的优点在于不仅节约大量的人力、物力, 而且还大量减少设备、刀具、场地等的投入, 缩短制造周期, 节约制造成本。难点是工艺放量与焊缝坡口尺寸、焊脚大小、板厚、构架焊接结构刚度、构架长度以及板料的机械性能、焊接工艺等有关, 因此要确定工艺放量一定要通过大量的模拟焊接试验。
对某型号地铁转向架在制造前通过工艺试验, 侧梁按照1 000 mm收缩1.5 mm考虑, 确定了侧梁立板由2 215 mm放到2 218 mm, 端部下盖板由638 mm放到639 mm;横梁由于焊接量大, 横梁长度由1 309 mm放到1 312 mm的方案, 经过小批量试制, 发现横梁放量基本符合图纸要求;侧梁放量除了端部下盖板收缩量过大外, 其他的基本符合图纸要求, 因此对端部下盖板由638 mm放到643 mm, 现在经过批量制造, 基本满足图纸要求。由此可见要确定工艺放量具有一定的难度。
3 优化焊接工艺设计
优化构架焊接工艺设计, 根据构架结构形式、焊缝可达性以及中国和德国焊接标准DIN6700等要求, 减少构架焊缝数量, 避免焊缝密集交叉, 尤其对不符合上述焊接标准的超大焊缝, 容易使构架焊接产生较大的变形和焊接应力, 因此要严格按照标准尽量采用小焊脚尺寸的焊缝, 减小焊接变形和焊接应力。对构架局部焊接操作可达性不好的焊缝, 通过焊接工艺设计, 可以及时在设计方案初期纠正发现的问题, 焊接工艺设计是保证焊接结构实用性能的重要环节。
4 推广自动化焊接技术
由于市场对转向架构架产品质量要求越来越高, 不仅焊缝外观质量要达到要求, 而且焊缝内部质量要通过探伤检查, 焊接变形和焊接应力都要严格控制, 如果采用手工焊接, 不仅工人劳动强度非常大, 而且即使选用高水平的、熟练的焊工也很难长期达到上述要求。自动化焊接技术的应用不但可以提高构架焊接内在质量和外观质量, 达到低应力、小变形的效果, 保证构架焊接顺序、焊接参数、冷却时间以及构架产品焊接质量的一致性, 而且还会提高构架焊接生产效率, 节约人力资源, 实现焊接生产的自动化。目前国内外机车和轨道车辆制造企业在转向架构架焊接生产中都大量采用了焊接机器人进行构架的焊接工作, 但是在生产过程中还存在以下问题:
(1) 操作焊接机器人的编程主要采用示教编程方式, 编程者劳动强度较大;
(2) 机车和轨道车辆对转向架构架的市场需求呈现质量要求高、品种要求不一、批量小、生产周期短等特点, 给编程者提出了编程速度快且准确度高的要求;
(3) 应用范围有限。焊接机器人主要焊接构架各梁主焊缝, 约占构架全部焊缝的60%左右, 构架各梁内部焊缝、一些附件等焊缝主要还是靠手工焊接, 与国外同类先进公司 (如西门子格拉茨工厂) 还存在一定的差距。在新产品研制初期, 还不能够很快确定哪些焊缝能采用焊接机器人焊接, 哪些焊缝不能采用焊接机器人焊接, 因此提高焊接编程效率和利用率, 降低编程者劳动强度已经成为焊接机器人应用上的主要问题。
离线编程技术的应用将会有助于解决焊接机器人的应用问题, 离线编程技术作为一种新的焊接机器人编程方法引起了人们的重视。焊接机器人离线编程OLP (Off-Line Programming) 系统是机器人编程语言的拓展, 它利用计算机图形学的成果, 建立起焊接机器人及其工作环境的模型, 再利用一些规划算法, 通过对图形的控制和操作, 在不使用实际机器人的情况下进行轨迹规划, 进而产生机器人焊接程序。
利用离线编程系统中的图形仿真技术可以预先在计算机中对待焊件的机器人焊接运动过程进行虚拟仿真, 对工件的机器人焊接可行性进行分析, 在产品方案设计阶段就可以明确其是否适用于机器人的焊接, 可为设计者提供更为直观的印象。
5 焊缝重熔技术
焊缝重熔对于构架组焊及其零部件焊接应用是十分有效的工艺方法。构架及其配件的焊接, 因结构形状复杂, 焊缝交错, 诸多焊缝不可能条条焊缝没有一点缺点, 特别是纵、横焊缝多, 弧形、环焊缝也很多, 所以焊缝接头必然很多, 这些部位容易出现缺陷。以前的缺陷处理方法是焊补后进行精整, 焊接部位难于与原焊缝形状保持一致。
采用焊接重熔技术, 只需在缺陷部位采用钨极氩弧焊, 将其不合格部位再次熔化, 使熔池与原焊缝熔池保持一致, 不断使焊修部位的每个熔池保持同样形状 (有的可适当加些焊丝填入, 有的不必加焊丝) , 最后使焊修形状与原焊缝一样。该技术又快又好, 尤其对于焊趾缺陷、弧坑、气孔等, 焊缝修复后比较美观。
6 构架组焊工装
随着技术水平的不断提升, 工艺装备的不断更新, 构架组焊已经告别了由操作工凭卷尺、角尺和榔头在平台和简易夹具上进行的自由组焊, 现在构架组焊都是采用工装进行组装、焊接, 不仅有效地保证了构架及各梁的的组装尺寸精度、提高了生产效率, 而且通过设置不同的压紧点对构架的焊接变形还具有一定的控制作用。由于大量焊接转胎、变位机的应用, 使得构架以及各梁的焊接处于更方便施焊的位置, 这样不仅能够提高焊接质量, 减少精整的工作量, 而且对降低焊工的劳动强度和改善工作条件都非常有益。
组焊工装的基本作用在于保证组装质量, 控制焊接变形, 因此对组焊工装的设计应本着简单、实用、安全、可靠、先进的原则, 充分体现“以人为本”的理念, 同时要求结合人机工程学原理进行优化设计, 在设计时尽量考虑工装零部件的标准化、模块化, 尽量扩大工装零部件的通用范围, 做到组焊工装模块化组装, 以减少工装制造和换件维修费用, 降低制造成本。
7 结束语
目前国内机车和城轨车辆转向架构架焊接技术与国外先进技术还存在一些差距, 在焊接变形、焊接应力的控制、工艺放量的确定等方面还缺乏一定的基础研究, 缺少一些试验数据。今后除了要加强焊接基础研究外, 还需要高度关注数字化技术的日益发展对焊接技术的影响, 使转向架构架焊接结构的可靠性得到进一步的加强, 构架焊接环境得到进一步的改善。
摘要：介绍了目前转向架构架采用的主要焊接技术、相关的优缺点以及今后的发展方向。
机车转向架 篇5
转向架是铁路机车车辆的重要组成部分, 是保证机车安全运行的关键部件之一, 它直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。而构架是转向架的骨架, 是其他零部件的安装基础, 它用来联系转向架各组成部分和传递各方向的力。基于转向架构架在机车车辆中的重要作用, 控制构架的质量, 提高构架的可靠性显得尤为重要。
传统的质量控制方式由于其控制理论及手段的局限性, 其分析方式已经无法对随时出现的质量做出适时、有效地判断以及控制和持久改善。而FMECA这种分析方法可以尽早发现并评价设计/过程中潜在的故障及其结果, 确定故障原因, 并进行分析、评价产品或系统故障对顾客的潜在影响, 从而减少产品的开发、制造时间和成本、提高企业的形象和竞争力。
1FMECA分析方法概述
FMECA是故障模式、影响及危害性分析 ( Failure Modes, Effects and Criticality Analysis) 的简称, 是一种体现缺陷预防的分析技术, 主要用来分析产品中所有潜在的故障模式及其对产品所造成的所有可能影响, 并按每一个故障模式的严酷度及其发生概率予以分类的一种自下而上进行归纳的分析方法。它主要用来发现和评价产品设计/过程中潜在的失效及失效后果, 并有针对性地找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施, 从而降低产品研发及制造过程中的风险。
FMECA按使用阶段不同, 一般又可分为设计的FMECA ( 简称DFMECA) 和过程的FMECA ( 简称PFMECA) 。下面以DFMEA为例介绍其分析方法及过程。
为了使DFMEA分析进行的条理清晰, 通常采用分析表单的形式, 示例见表1。
DFMEA具体分析过程如下。
1) 确定分析对象: 将具有独立功能的组件及产品作为DFMECA的分析对象, 确定层次关系, 填写DFMECA工作表中的相应部分。
2) 确定单元清单: 将分析对象进行结构分解, 形成单元清单, 填入工作表中的对应项。
3) 功能分析: 根据每个单元, 罗列其全部功能, 填入工作表中的对应项。
4) 故障模式和故障原因分析: 针对每个分析单元, 根据功能分析的结果, 通过分析确定其故障模式, 分析产生故障模式的故障原因, 填入工作表中的对应项。在进行故障模式和原因分析时, 对于自制件将采用P图的方法辅助分析。
5) 故障后果分析: 针对每个故障模式, 分析该故障模式对产品、环境和人产生的影响, 填入表格中的对应项, 然后在综合分析的基础上, 判断故障后果的严重性, 进行故障类别判定, 并确定危险严重性等级, 填入对应项。
6) 故障频次分析: 针对每个故障模式, 进行故障发生频率的分析, 确定故障率和危险可能性等级, 填入工作表中的对应项。故障率的数据源可以是可靠性预计的结果、可靠性评估的结果、对现场或试验数据进行统计分析的结果、供应商提供的故障率等。
7) 控制措施分析: 针对每个故障模式, (1) 分析当前采取的检查手段和诊断方法, 填入工作表中的对应项。 (2) 分析当前采用的预防措施, 包括已经被证明有效的设计控制措施和补偿措施等, 填入工作表中的对应项。 (3) 根据风险控制准则确定是否需要采取进一步的控制措施, 如果需要, 分析并确定控制措施, 规定责任人和完成时间, 填入工作表中的对应项。
2机车转向架构架DFMEA分析
2. 1转向架构架P图分析
P图分析是用于确定和描述干扰因子和错误状态的, 以某六轴机车为例, 转向架构架的P图分析如图1 所示。
1) 输入信号是指分析对象运行所需的基本条件。
2) 理想功能是指分析对象需要完成的功能。
3) 错误状态是指与预期功能的偏差或非预期的分析对象的输出, 为了规范错误状态, 建议统一采用故障模式清单中的规范化词语, 故障模式清单须由专人管理, 可以补充。
4) 控制因子是设计过程中所有因素集合, 其目的是减少错误状态的发生。
5) 干扰因子是能够导致分析对象功能失效的非预期的因素, 如接口关系和相互作用等。
2.2 转向架构架焊接的DFMECA分析工作表
转向架构架焊接的DFMECA如表1所示。
2. 3分析结论及建议
通过以上分析可以看出, 虽然通过当前改进措施, 构架焊接的故障模式落在了“可接受的”范围内, 但针对由“焊接裂纹”引起的" 裂纹" 这种故障模式, 通过设计评审, 认为需进一步通过工艺来保证构架焊接的重要焊缝无焊接缺陷, 才可以充分保证构架焊接的故障模式是“可接受的”危险风险。
3 机车转向架构架PFMEA分析
3. 1PFMEA分析工艺失效
经过力学分析与计算发现, 构架侧梁立板与下盖板承受的载荷最大, 所以侧梁立板及下盖板的焊缝等级较高, 对焊缝质量得要求也很高。后续需有针对性地对立板及下盖板组焊这两道工序进行PFMEA分析 ( 如表2 所示) , 为方便比较, 同时对侧梁上盖板组焊进行分析。
3. 2根据PFMEA分析结果制定改进措施
结合表2 分析可以看出, 立板、下盖板组焊的工序风险较高, RPN值均为140, 如果不在批量生产之前加以严格控制其焊缝的外观质量及内部缺陷, 极有可能进一步发展为裂纹, 这样势必会严重影响构架质量、甚至影响行车安全, 造成不必要的损失, 因此必须采取相应的措施进行控制, 降低风险。
通过制作与立板、下盖板组成接头型式相同的模拟试块, 对其分别根据不同的焊接规范进行组焊, 采用控制变量的方法, 结合外观评定及X射线探伤结果, 分析各项因素对产生焊缝缺陷的影响程度, 最终选择出以下合理的焊接规范: 组装间隙控制为3 mm、组焊时无高低差、工装布局在厂房气流量较小的位置, 打底焊电流控制在260A左右、焊前打磨焊缝周边见金属光泽, 层间需清理干净, 保护气体流量控制在15 L/min左右, 焊前将焊枪喷嘴清理干净。
3. 3风险重新评估
通过采取上述措施后, 对上述两个工序重新进行风险评估 ( 见表3) , 以检验措施的实施效果。
从上述分析看, 通过采取相应措施后, 以上工序RPN值大大降低, 发生失效的风险级别大大减小, 提高了构架的质量和可靠性。
4结语
FMECA是对设计过程的完善化, 以明确什么样的设计和过程才能满足顾客的需要。所有的FMECA无论是用在设计产品还是工艺制作过程中, 重点都在于设计。而且DFMECA与PFMECA既相互独立, 又彼此联系。虽然二者的关注点不同, DFMECA聚焦于零件的功能, 而PFMECA聚焦于制造步骤或过程, 但彼此还是存在联系的, 如: 潜在设计故障原因可能是由于潜在过程故障模式引起的, 而且如果没有其他的过程关联影响, 设计和过程的故障模式潜在后果是一样的。
目前虽然很多生产制造厂家都已经在开展FMECA分析工作, 但往往存在将DFMECA与PFMECA相互独立起来的现象, 本文案例分析体现了FMECA分析方法在产品研发与制造过程中的有效性, 同时也为以后DFMECA与PFMECA分析工作的开展提供了指导意义, 只有将二者有效地结合起来, 才能更好地发挥FMECA分析的作用, 尽早发现薄弱环节及其对产品的影响, 然后制定相应的对策, 从而减少产品的设计与制造时间和成本、提高产品质量与可靠性。
参考文献
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机车转向架 篇6
机车转向架牵引装置属于关键部件, 用于连接车体与转向架, 其功能主要是传递牵引力与制动力, 同时允许转向架相对车体存在沉浮、点头等运动。牵引装置的设计直接影响机车的黏着利用率, 关系着机车动力学性能。
1 结构及功能
160 km/h客运机车采用的是中间推挽式单杆低位牵引装置 (如图1) 。该牵引装置安装在转向架牵引横梁及车体之间, 在满足机车性能要求的前提下具有结构简单, 无需调节牵引高度, 维护保养方便, 无需补油润滑等优点。
160 km/h客运机车转向架牵引装置 (以下简称牵引装置) 主要由车体牵引座组装、牵引座组装、牵引杆、安全钢丝绳、磨耗板等部件组成。
车体牵引座组装由车体牵引座、牵引内筒、牵引外筒、牵引橡胶筒、下盖板 (一) 、下盖板 (二) 等组成, 通过六角螺栓紧固到车体上。其中车体牵引座由法兰安装板和车体牵引销焊接而成, 法兰安装板上设有工艺螺纹孔, 便于车体牵引座的拆卸检修, 同时在与车钩配合处设有磨耗板。
牵引橡胶筒为纯胶件, 组装压入牵引内筒和牵引外筒之间, 牵引橡胶关节需承担机车牵引力及制动力, 同时能适应车体和转向架间的回转运动。牵引内筒通过螺栓紧固到车体牵引座和牵引座上, 并设有工艺螺纹孔, 便于牵引内筒的拆卸检修。
牵引杆由牵引杆体和端头焊接而成, 并通过螺栓连接到牵引外筒上。牵引杆是牵引装置中极为关键的受力部件, 其焊接结构的设计、材质的选择、生产工艺、缺陷探伤等环节均须严格把控。
2 牵引杆强度校核计算
采用UG三维建模软件对牵引杆进行三维建模, 并通过ANSYS仿真分析软件对牵引杆进行有限元校核计算。
载荷工况和强度评定依据:
根据UIC615-1《动力元件-转向架和走行部-结构部件一般规定 (第1版) OR》, 牵引装置的载荷工况分为以下5种。
1) 载荷工况1/2:牵引杆承受启动牵引拉力/压力。
2) 载荷工况3/4:考虑纵向冲击, 牵引杆承担转向架3 g纵向拉力/压力。
3) 载荷工况5/6:考虑纵向冲击, 牵引杆承担转向架5 g纵向拉力/压力。
4) 牵引杆在载荷工况1和2的载荷作用下, 最大应力不得超过材料的抗拉极限;在载荷工况3和4的载荷作用下, 最大应力不得超过材料的屈服极限;在载荷工况5和6的载荷作用下, 最大应力不得超过材料的疲劳极限。
5) 主要受力部件载荷参数及材料机械性能。
根据以上各载荷工况的分类, 牵引杆载荷参数详见表1。
牵引杆由牵引杆体和端头焊接而成, 杆体及端头材料均为35#, 牵引外筒材料为E级钢, 详见表2。
2.1 强度计算
根据表1牵引杆在各载荷工况求得的最大Von-Mises应力值详见表3。其中工况5、6下的应力分布图如图2、图3所示 (其余工况应力分布规律基本一致, 不再累述) 。
2.2 结论
根据强度评判依据, 并对照表2材料机械性能及表3各工况应力可知, 牵引杆满足强度要求。
3 制造难点及改善方案
该牵引装置结构在蓝剑、乌兹别克斯坦客运机车等项目中运用, 使用效果良好。在生产组装过程中仍存在一些瑕疵。
1) 下盖板、牵引内筒以及牵引座上6个孔的相对位置要求精度较高, 组装不便。
2) 完成牵引装置端部结构安装后, 牵引外筒上的牵引杆安装面与牵引杆的垂直度难以保证, 牵引杆连接一端后另一端偏斜较大。
3.1 问题分析
为保证牵引内筒不下滑, 在牵引内筒下部设有下盖板, 下盖板通过六角螺栓固定在牵引座上以支撑牵引内筒。该处螺栓需穿过下盖板、牵引内筒及牵引座三层, 为保证螺栓的正常安装, 下盖板、牵引内筒及牵引座上的螺栓安装孔相对位置要求较高。
牵引外筒、牵引橡胶筒和牵引内筒组装时, 由于中间层牵引橡胶筒是弹性体, 因此压装后牵引外筒和牵引座的相对角度不易控制, 容易形成夹角。由于牵引杆长度较长, 即使夹角较小, 也易导致牵引杆另一端无法正常安装, 如图4所示。
3.2 改善方案
针对以上问题, 本文提出一种解决方法。
将牵引内筒变成一个简单的环状结构, 在牵引内筒下端增加1个沉台结构以解决了下盖板定位问题, 优化后牵引内筒端部如图5所示。同时在下盖板增加凸台结构, 优化后的下盖板如图6所示。
优化后可得到以下效果。
1) 牵引内筒的固定螺栓将只需穿过下盖板, 然后与牵引座相连, 减少了其穿过部件的数量, 提高了工艺性。
2) 牵引内筒底部没有螺栓孔, 在牵引内筒、牵引橡胶筒以及牵引外筒组装过程中, 内筒和外筒圆周方向没有了位置关系, 圆周方向的角度误差将不会影响牵引外筒牵引杆安装面的角度。
3) 牵引内筒可以通过对自由锻的圆环加工得到, 节约了成本也解决了铸件的缺陷问题。
改前结构在牵引内筒的底座上加工有工艺孔, 检修时通过该螺纹孔可利用螺栓的反作用力将牵引内筒从牵引座上方便卸下。改进后的结构, 牵引内筒去除了底部, 无法设置工艺孔, 可能会导致拆卸相对困难的情况。
为解决拆卸相对困难的隐患, 可在牵引座上加注油孔, 利用油压来帮助拆卸牵引内筒, 进一步改进后的结构如图7所示。
4 结语
160 km/h客运机车转向架牵引装置结构简单, 维护方便。结构强度满足使用要求, 生产组装中仍存在瑕疵, 可通过优化方案改进。
参考文献
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机车转向架 篇7
关键词：转向架部分,HXD2型机车,二年检规程
1 HXD2型机车概述
HXD2型机车拥有自主知识产权主要和关键技术的机车, 该车型在大秦线已顺利营运二年以上并走行45~60万km。对该机车进行二年检修是对引进技术的首次检查、验证及改进, 确定检修后整车和主要部件的检修内容和达到的技术标准。同时通过对HXD2型机车二年检修, 进一步进行消化吸收关键技术, 了解HXD2型机车关键技术在我国运煤专线上的应用状态, 分析出原设计和制造中有缺陷的部件进行改进, 确保机车的性能和可靠性, 减少和预防机车运营故障。
HXD2型机车二年检修的任务在于保证机车的基本性能, 满足铁路运输安全的需要。机车二年检修时主要部件进行性能参数测试、分解检修、更换, 恢复机车可靠质量状态。将全寿命周期成本分析研究和可靠性研究成果应用于维修实践, 逐步实施基本修加状态修。
2 HXD2型机车二年检修的国情
为了保持机车的可靠性在一个固有的水平线上, 定期专业化集中检修和定期检测状态检修以及日常保养是非常有必要的。机车是个大型复杂系统, 由各种各样零部件组成, 不同部件的固有属性不同, 检修周期 (时间或者里程) 和保养周期不尽相同, 为了科学的集中检修、集中保养, 中国铁路各局、段目前按照固定时间间隔来进行统一的检修、保养。定期预防修体系包括辅修、小修、中修、轻大修、大修。国内目前以和谐型电力机车为代表的检修体系, 日检、季检、半年检、年检、二年检、四年检、八年检, 见表1。
(km)
3 HXD2与直流传动电力机车检修规程条款对比
HXD2 (阿尔斯通) 机车与SS4电力机车转向架主要部件检修规程条款的对比见第101页表2。
4 HXD2型机车二年检修规程优化
对于反映出机车惯性质量问题、重大质量问题等机车运用问题收集、统计分析。对机车转向架的驱动单元的可靠性、寿命周期进行了进一步地研究, 进行分类梳理统计出驱动单元的故障信息, 对统计的每个故障和不良状态的部件进行原因分析。同时对驱动单元的主要部件进行深度检查, 特别是对抱轴承和轴箱轴承请专业机构进行检查, 对车轴、车轮、抱轴箱和轴箱进行探伤检查以及耐疲劳状态的检查, 对齿轮的疲劳裂纹等进行探伤检查, 对这些部件的检查结果进行分析, 同时结合机车的实际运行公里, 分析各部件的实际磨耗状态等。针对这些主要部件客观数据和主观数据, 进行故障模式和影响分析, 分析其功能、故障模式、故障原因和故障影响。研究分析其故障率、分析出潜在故障发展到功能故障的时间, 确定各部件的实际寿命周期, 制订出二年检检修具体内容和要求。
同时建立了定时更换模型、使用期的功能检测模型和故障检查模型, 在定时更换模型内有20万km更换齿轮润滑油及80万km更换车轮等内容;在使用期的功能检测模型内有30万km进行抱轴承箱游隙检查等内容;在故障检查模型内有轴箱游隙检查超差等内容。以此总结出驱动单元各部件的维修周期, 制订出驱动单元全寿命周期各个阶段的检修维护和预防性维修方案。