昆明地铁车辆一系钢簧断裂故障分析与维护

昆明地铁车辆一系钢簧断裂故障分析与维护

戴康

昆明地铁运营有限公司 650000

摘要：目前，全球运营中的地铁车辆一系悬挂大多使用的是钢弹簧结构。作为车辆一系悬挂的核心部件，一系钢弹簧连接着构架与轮对，能够很好的缓冲轮轨作用力的振动与冲击，提高乘客的舒适性和行车安全。在昆明地铁车辆设计与运行中，广泛采用了一系钢簧装置承载和减振。作为运行稳定的关键部件，一系钢簧的质量特性对车辆的动力学性能和运行品质有着重要的检验能力。随着昆明地铁的运行里程和载客量增加，因一系钢簧断裂的故障逐渐增多，给列车行车安全造成了隐患。

因此，分析造成钢簧断裂的因素与提出整改措施成为稳定列车运行重要的课题。

关键词：一系钢簧，疲劳断裂，检查与维修

引言

随着我国高速动车组运行速度的逐步提高，确保车辆安全、平稳运行已成为第一要务。一系钢弹簧是铁路机车车辆一系悬挂的重要部件，一般采用螺旋压缩弹簧，又被称为螺旋弹簧、高圆簧、轴箱弹簧。钢弹簧应用广泛，种类繁多，是工业领域一种很重要的机械元件。

昆明地铁一系钢簧采用的是圆柱螺旋钢簧，地铁列车圆柱螺旋钢簧材质一般为60Si2Mn，此圆柱螺旋钢簧具有以下优点：静挠度大、固有频率低、低频隔振性能好、耐受油、水和溶剂等的侵蚀，不受温度变化的影响，不会老化或者蠕变，批量生产时特性变化很小等优点。但是随着地铁历程和载客量的增加，昆明地铁列车运行过程中，部分钢簧时常发生钢簧失效情况，主要表现为：1.因钢簧缺陷造成钢簧断裂；2列车运行过程中，转向架发生倾斜或车辆轴重分配不均；因钢簧刚度衰减使车辆抗侧滚性能下降等。在钢簧失效故障中，最为典型的是钢簧断裂。

1.钢簧断裂原因分析

通过分析断裂钢簧的断口特征，发现在钢簧断口部位均存在不同程度的裂纹、夹杂或组织缺陷。

1.1原材料的质量问题一

钢簧的金属性能、内部结构和外观质量会导致钢簧的疲劳强度增加。如果钢簧在熔炼过程中掺入非金属杂质（比如空气与其他金属元素），钢簧中的杂物层与钢簧基面之间会产生相应的应力，直接导致疲劳裂纹的发生；其次，钢簧的表面质量与钢簧的抗疲劳性能有着密切的关系。随着表面粗糙度的增加，钢簧抵抗疲劳的极限也会逐渐降低。

1.2疲劳断裂。

昆明地铁运行过程中，由于里程不断增加，载客量成倍地增加，无形中给列车运行带来运营成本，弹簧受到静应力时，当弹簧受到变应力时，造成不小的压力产生疲劳断裂。由于地铁车辆一系钢弹簧工作时受到弹簧座和构架之间的循环变载荷，疲劳断裂是其最常见、最危险的失效形式。我国部分型号机车和地铁车辆在运行中也多次出现一系钢弹簧断裂问题[，给行车安全带来很大隐患。疲劳断裂可分为以下两个过程：

1、产生裂纹。随着列车不断运行产生振动，钢簧产生共振，形成滑移带，其中一些滑移带是驻留带，在进一步增加循环次数后，残余滑移带发生咬合，形成挤压峰和挤压槽，在材料内部形成疲劳表面缺陷或小结构，导致应力集中，初步形成疲劳裂纹。

2、裂纹超载。在钢簧初步形成疲劳裂纹后随着载荷的增加与振动频率的变化，滑移带向钢簧内部扩展，裂纹也随之扩展加深，疲劳裂纹达到临界值后失去稳定性，产生断裂。

2.影响因素

2.1载重与运行里程增加

昆明市轨道交通1、2号线首期工程线路全长41.846km，运营线路全线41.288km，日均客运量达到53.01万随着运行里程和载客量的不断增加，钢簧在垂直方向的应力增加，钢簧的疲劳度也会增加，导致钢簧断裂。

2.2外在因素

由于昆明地铁1、2号线在运营过程中，部分线路处于暴露在外，受到阳光暴晒和雨水的侵蚀，使钢簧表面涂装失效，钢簧表面涂装失效后会导致钢簧金属表面受到侵蚀，钢簧表面粗糙度增加，钢簧抵抗疲劳的极限会逐渐降低。

2.3车体与轨道震动

1.钢轨

昆明轨道交通夜以继日的运营给钢轨带来的负担逐渐增大，两根钢轨在高低和左右方向与钢轨理想位置几何尺寸的偏差，轨道不平顺对地铁车辆系统是一种外部激扰，是产生地铁车辆系统振动的主要根源，引起的转向架振动问题日益突出。

2.4轮对圆心

车轮圆心偏移是轨道交通车辆车轮的主要损伤之一。它不仅会引起车辆和轨道的剧烈振动，产生噪声污染，影响乘坐舒适性，还会产生周期性冲击载荷，缩短车辆和轨道部件的使用寿命，增加运营成本，在昆明地铁运营中，地铁车辆车轮异常偏位现象较为普遍，轮对圆心偏移会导致车体震动。钢弹簧的振动由轮轨传递。振动从轮轨向上传递，导致钢弹簧与转向架发生共振，导致钢弹簧振动增大，应力异常。

3.钢簧故障的维护与检修

3.1原材料质量

原材料的性能、内部结构和外观质量直接影响钢簧的疲劳强度。首先，在熔炼过程中，如果钢簧钢中混入非金属中心杂质，钢簧中夹杂物与基体界面之间会产生应力，导致疲劳裂纹的产生；其次，钢簧的表面质量与钢簧的抗疲劳性能有着密切的关系。随着表面粗糙度的增加，钢簧的疲劳极限逐渐降低。如果钢簧中存在表面缺陷，则会在缺陷处产生应力集中，最终钢簧从缺陷处断裂。

3.2加强表面防腐

因此提高钢簧涂层质量是避免钢簧断裂的一个重要环节。在钢簧涂装过程中，在保证涂层厚度和涂抹均匀的同时，也要避免起泡、脱落等缺陷。良好的涂层质量可以有效避免涂层在使用过程中脱落，从而减少钢簧表面腐蚀引起的疲劳源。

3.3钢簧加橡胶垫片

在转向架轴箱钢簧下设置缓冲橡胶垫，能有效地衰减轴箱的高频振动，降低轴箱钢钢簧在高频条件下的应力，减少震动对力性能影响，转向架增加橡胶垫能有效地提高车辆平顺性、构架横向稳定性、安全性、安全性，通过增加缓冲结构，减少轴箱到车架的振动传递，减少轴箱到钢簧的振动传递。

3.4检修与维护

①检修过程中加强对钢簧检查，保证无锈蚀，无裂纹、断裂现象，零点漂移朝向。②采用轮对检测系统对轮对实时监控，保证轮对地铁车辆轮对圆度符合运行要求。③定期对钢轨平顺度进行检查，采取相应的监控、养修管理措施，以确保高速行车平稳安全。

结束语

随着我国社会经济的不断发展，城镇化水平不断提高，大城市的人口越来越多，城市拥堵越来越严重。地铁作为一种公众交通，具有速度快、准点率高、运量大、能耗低、污染小等特点，极大地推动了城市文明和经济发展，是解决城市拥堵的一种有效手段。昆明轨道交通也迅速发展，地铁车辆的稳定运行更是为人民出行方便带来有效的便利。地铁一旦出现故障，就需要我们检修维护人员掌握相应的专业知识与技能，为昆明地铁车辆运行保驾护航。

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个人简介：戴康 1991.07 男 云南楚雄 彝族 本科 车辆维护 昆明地铁运营有限公司 研究方向:车辆维护