DF4D型(半懸掛)機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架局部裂紋的原因分析及處理_

1、第研卷增刊12 0 0 7年1 0月鐵道機(jī)車車輛RAU胛AYI。0 COMO T T V E &C A RV 0 t .27S u p p 1 , 1O c t . 2 0 昕文章編號(hào)：1 008 7842 （2 0 0 7） S I-0 0 0 8 0 4D F 4 D型（半懸掛）機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架局部裂紋的原因分析及處理丁鳳鐵，石永生，劉錫泉.王惠玉（大連機(jī)車車輛有限公司技術(shù)中心，遼寧大連1 1 6 0 2 2）摘要DBD型（半懸掛）機(jī)車2 t U 4年8月在轉(zhuǎn)向架構(gòu)槳局部處發(fā)現(xiàn)裂紋， 為此采用了有限元分析、動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算、靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)、線路動(dòng)應(yīng)力測(cè) 試、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處理等手最介紹

2、了裂紋產(chǎn)生的原因、試驗(yàn)結(jié)論。及時(shí)制定了機(jī)務(wù)段 改造、中修、大修、新造等方案及處理措施。解決了這一危及行車安全的問題。關(guān) 鍵詞D F 4 D型（半懸掛）機(jī)車；構(gòu)架；裂紋；原因分析；試驗(yàn)結(jié)論；段改；中 修；大修；方案中圍分類號(hào)：U 2 6 2 . 3 3 1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A我公司生產(chǎn)的D F 4D型（半懸掛）機(jī)車于2 0 3 4年8月在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架局部 處發(fā)現(xiàn)裂紋后，公司根據(jù)鐵道部、中國(guó)北車集團(tuán)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的指示做了大量的工作.對(duì)機(jī)務(wù)段運(yùn)用機(jī)車及入我公司大、中修機(jī)車也作了徹底處理，保證了該型機(jī)車的正 常安全運(yùn)營(yíng)。為更好的提高該型機(jī)車大、中修的質(zhì)量，消除構(gòu)架裂紋給行車安全造 成的隱患,本文將有關(guān)情況匯總?cè)缦?/p>

3、：I現(xiàn)車的處理及改進(jìn)工作裂紋發(fā)現(xiàn)于豐臺(tái)機(jī)務(wù)段、原天津機(jī)務(wù)段的DF k型（半懸掛）機(jī)車構(gòu)架的中間 軸上拉桿座后端與補(bǔ)板連接處（見圖1 ）。第27卷增刊I 2007年10月文章編號(hào)：1008-7弘2 ( 2007) Sl-000fDF皿型（半懸掛第27卷增刊1 2007年10月文章編號(hào)：1008 - 7842 (2007)S1-CDF4D型（半懸:圖1裂紋位置三維圈對(duì)該處裂紋的處理分別作了以下幾方面的工作1o 1理論計(jì)算與試驗(yàn)（1）裂紋發(fā)生的機(jī)理原因分析及改進(jìn)方案評(píng)估（2）改進(jìn)方案構(gòu)架的靜強(qiáng)度 及疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)；（3）改進(jìn)方案構(gòu)架的動(dòng)應(yīng)力測(cè)試；（4）現(xiàn)有機(jī)車構(gòu)架的補(bǔ)強(qiáng) 處理。火2 U 0 6年機(jī)車動(dòng)

4、力學(xué)及強(qiáng)度學(xué)術(shù)年會(huì)論文丁鳳鐵（1 9 6 3-）男.遼寧黑山人。教授級(jí)高級(jí)工程師（收稿日期1.2補(bǔ)強(qiáng)處理現(xiàn)有機(jī)車的補(bǔ)強(qiáng)處理分為機(jī)務(wù)段改造、中修、大修及新造等幾個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行。（1）普查及機(jī)務(wù)段改造2 0 0 4年8月2 6日收到豐臺(tái)機(jī)務(wù)段就D F 4D型（半懸掛）機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架局部出現(xiàn)裂紋的傳真后，立即派設(shè)計(jì)師、工藝師赴機(jī)務(wù)段了解情況，查看出現(xiàn)裂紋的部位及裂紋程度，現(xiàn)場(chǎng)就 此處裂紋分析原因?qū)⑻幚磙k法以書面的形式向段方做了解釋，并由公司立即派人按 焊修方案對(duì)構(gòu)架進(jìn)行焊修處理。隨后.公司先后派出兩批62人次專業(yè)檢查人員就 全鐵路1 1個(gè)鐵路局（公司）、3 5個(gè)機(jī)務(wù)段的1 2 7臺(tái)貨運(yùn)機(jī)車、5 6 0臺(tái)

5、客運(yùn)機(jī)車進(jìn)行了全面普查，并進(jìn)行了應(yīng)急處理，保證了春運(yùn)的安全運(yùn)營(yíng)。（2）新造對(duì)構(gòu)架裂紋處進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)（見圖2）。固2改進(jìn)設(shè)計(jì)方案三維圈增刊1D F 4 D型（半懸掛）機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架局部裂紋的原因分析及處理9具體改進(jìn)措施為：加大補(bǔ)板尺寸，將原來焊縫應(yīng)力集中點(diǎn)消除。加焊新的補(bǔ)強(qiáng)板。增加新 的三角筋板。（3）中修、大修增刊1DF4D 型進(jìn)機(jī)務(wù)段中修及輕大修、進(jìn)公司中修及大修的D F 4D型（客、貨）運(yùn)機(jī)車構(gòu) 架應(yīng)首先進(jìn)行探傷并消除裂紋.再將中間軸上拉桿座后端的補(bǔ)板鏟掉，按改進(jìn)后的 圖紙進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。2對(duì)構(gòu)架裂紋原因分析及改進(jìn)后的評(píng)估為了徹底搞清構(gòu)架裂紋原因及改進(jìn)后的效果，切實(shí)保證運(yùn)用安全可靠，公司決 定

6、針對(duì)這一問題進(jìn)行4方面的工作，即兩個(gè)試驗(yàn)和兩個(gè)計(jì)算，由試驗(yàn)結(jié)果和理論分 析對(duì)改進(jìn)構(gòu)架作出科學(xué)的評(píng)估。2.1裂紋原因分析D F 4。型（半懸掛）機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計(jì)是采用了 D F 4 B、C的成熟結(jié) 構(gòu).構(gòu)架結(jié)構(gòu)基本與DF4B、C相同。考慮到機(jī)車牽引力增大后，機(jī)車牽引噸位增刊1和速度都有增加，從而引起構(gòu)架的受力增加，設(shè)計(jì)中對(duì)相關(guān)斷面進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)。但由 于構(gòu)架局部在設(shè)計(jì)和工藝上考慮不周.主要是二位橫梁與側(cè)架交接處的三角筋板焊 接起弧處與拉桿座補(bǔ)板有1 5 mm的間隙，該點(diǎn)有明顯的應(yīng)力集中（如圖3）,此 處又是多條焊縫的集合點(diǎn)，因而導(dǎo)致了構(gòu)架局部產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。DF*d 型（a）改進(jìn)前（b）改進(jìn)后圖3

7、二位橫粱與側(cè)架交接處的三角筋板改進(jìn)后，加長(zhǎng)了三角筋板的長(zhǎng)度（加長(zhǎng)6 5）,將連接點(diǎn)移至拉桿座補(bǔ)板處，消除了應(yīng)力集中.又增加了節(jié)點(diǎn)剛度的協(xié)調(diào)性。為了確認(rèn)改進(jìn)方案的效果.對(duì)改進(jìn)方案進(jìn)行了三維有限元計(jì)算分析.并對(duì)原方 案與改進(jìn)方案的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析，經(jīng)分析在裂紋部位，原方案應(yīng)力為1 5 9 . 4MP a,改進(jìn)方案該處為1 1 5 . 7MP a,應(yīng)力下降了刀. 4 %,改進(jìn)方案效果明顯（見圖4）。2 . 2新造車構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)為保證改進(jìn)后構(gòu)架的安全可靠，公司按照改進(jìn)后的設(shè)計(jì)制造了一個(gè)構(gòu)架，按T B / T 2 3 6 81 9 9 3內(nèi)燃、電力機(jī)車轉(zhuǎn) 向架構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)方法及內(nèi)燃機(jī)車

8、3軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)大綱和內(nèi)燃機(jī)車3軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)大綱，由鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛檢驗(yàn)站作了靜強(qiáng) 度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。(a)原方案(b)改進(jìn)方案圖4原方案、改進(jìn)方案的三維有限元計(jì)算結(jié)果比較經(jīng)各種工況下的靜強(qiáng)度試驗(yàn)及6 0 0萬次循環(huán)的疲勞試驗(yàn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的構(gòu)架 靜強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范要求。2.3對(duì)原方案和改進(jìn)方案構(gòu)架做線路動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)該試驗(yàn)是對(duì)改進(jìn)后的補(bǔ)強(qiáng)方案進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力測(cè)試與疲勞強(qiáng)度評(píng)估，以驗(yàn)證補(bǔ)強(qiáng)方 案的可行性。試驗(yàn)于2 0 0 5年4月1 2日1 8日由我公司與鐵道科學(xué)研究院機(jī) 車車輛研究所、北京鐵路局原天津機(jī)務(wù)段共同完成。試驗(yàn)選取了D F 4 v 0 1 1 6 號(hào)客運(yùn)

9、機(jī)車，其中一個(gè)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，另一個(gè)未補(bǔ)，該機(jī)車已走行1 77 . 1萬km。試驗(yàn)在天津一 山海關(guān)和天津一濟(jì)南鐵路正線進(jìn)行，走行1 3 0 0 1 | 1 1 ,全程記錄6 2個(gè)測(cè)試點(diǎn)。采用T B/T 1 3 3 5 1 9 9 6鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范和O R EB 1 2 / R P1 7 (Standard! sationo fWa g om)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度評(píng)估。由試臉結(jié)果得出以下結(jié)論：(1)各測(cè)點(diǎn)的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力。(2)在存活率9 0%以下。1 4號(hào)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)壽命為3 0 9萬Ion,其他測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)壽命均大于3 7 0萬km (見圖5)。(3)轉(zhuǎn)向架改造后，1

10、7號(hào)和3 8號(hào)測(cè)點(diǎn)部位的疲勞強(qiáng)度較未改造有所降低，預(yù)測(cè)壽命均大于3 7 0萬k m(見圖5)。2.4構(gòu)架靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的有限元分析為了校核補(bǔ)強(qiáng)方案比原方案強(qiáng)度水平提高的效果，根據(jù)T B/ T 2 3 6 81 9 9 3內(nèi)燃、電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架靜強(qiáng)度試驗(yàn)方法,我公司采用AN S Y S 7 . 1有限元計(jì)算分析軟件對(duì)補(bǔ)強(qiáng)前后的兩個(gè)構(gòu)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度分析。計(jì)算表明補(bǔ)強(qiáng)方案裂紋部位在各計(jì)算工況條件下的應(yīng)力值均比原方案有明顯下降，各計(jì)算工況應(yīng)力下I 0鐵道機(jī)車車輛第刀卷II/F =W圈5測(cè)點(diǎn)部位降均在2 5 %左右。兩種方案的整體應(yīng)力分布基本相同，其最高應(yīng)力均在許用 應(yīng)力范圍之內(nèi)。根據(jù)以上

11、分析，建議采用該補(bǔ)強(qiáng)方案。從構(gòu)架材料的疲勞極限圖中可見.如果焊縫部位處理得好，能夠消除焊接殘余應(yīng)力，則所有關(guān)心部位的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力幅值均在所允 許的安全范圍之內(nèi)。2.5構(gòu)架疲勞壽命的預(yù)測(cè)和分析根據(jù)D F 4 D型（半懸掛）機(jī)車的動(dòng)力學(xué)參數(shù).建立該機(jī)車詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)模型.包括各個(gè)懸掛和支撐點(diǎn)，通過給定線路狀況的模擬，分析機(jī)車轉(zhuǎn)向架在常用和典型曲線以及帶有不平順 直線線路的動(dòng)力學(xué)響應(yīng),得到相關(guān)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)載荷，以時(shí)間或歷程作為載荷的計(jì)算方式。利用現(xiàn)有的D F 4 D型（半懸掛）機(jī)車轉(zhuǎn)向架有限元模型（考慮關(guān)鍵部位的焊接影響），得到單位載荷下構(gòu)架的動(dòng)應(yīng)力/應(yīng)變。將得到的動(dòng)載荷按照構(gòu)架的實(shí)際結(jié)構(gòu)和約束方式，施加到構(gòu)

12、架的有限元模型上，利用F E F a t 1 g u e進(jìn)行虛擬的疲勞壽命分析。通過分析得出該構(gòu)架上危險(xiǎn)截面和疲勞壽命的分布。通過上述工作得出的結(jié)論是補(bǔ)強(qiáng)后的D F 4 V型(客、貨)運(yùn)機(jī)車構(gòu)架基本上滿足運(yùn)用上的要求，對(duì)于現(xiàn)車結(jié)構(gòu)來說補(bǔ)強(qiáng)方案 是一種非常有效的措施.建議各機(jī)務(wù)段、大修工廠立即實(shí)施。3珊k型(半懸掛)機(jī)車構(gòu)架局部裂紋處理方案3.1在機(jī)務(wù)段的機(jī)車改造方案(1)在原構(gòu)架與補(bǔ)板連接的側(cè)架下蓋板和立板處將油漆打磨掉，進(jìn)行磁粉探 傷或著色探傷檢查。(2)對(duì)存在裂紋的部位.先按裂紋處兩端延伸方向距裂紋點(diǎn)5 一處用電鉆鉆出色5 mm的止裂孔。(3)在構(gòu)架中間軸上拉桿座后端與補(bǔ)板連接處的立板和下

13、蓋板上分別焊接一塊墊板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。田6構(gòu)絮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圈豳7構(gòu)顰的局部視圖材科：啦站-圈8墊板1多丫b x 4 5O2 9 0材料：Q蠲一A圈9筋板1斗十，一增刊1【F 4。型（半懸掛）機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架局部裂紋的原因分析及處理圈1 0構(gòu)槳局部視圈I圈1】構(gòu)絮局部放大圈a 1 6f景l(fā)oo翻12墊板2圈13筋板2其余AAI : 1(4)在構(gòu)架中間軸上拉桿座后端墊板的上方增加1塊加強(qiáng)三角筋板；具體參 照?qǐng)D6圖1 2O3 . 2中、大修機(jī)車構(gòu)架的補(bǔ)強(qiáng)方案進(jìn)公司大修的D I，4D型(客、貨)運(yùn)機(jī)車構(gòu)架首先進(jìn)行探傷。探傷后的構(gòu)架如果發(fā)現(xiàn)裂紋則按下述方案進(jìn)行修復(fù)：(1 )將該處補(bǔ)板鏟掉。(2)在裂紋處用砂輪或其他方

14、法切割出1 0 1 1 1 1 n、寬1 5mm的坡口。(3)在裂紋的終端鉆H5一孔，防止裂紋延伸。(4)用E 5 0 1 6焊條焊修坡口，焊好后將焊縫磨平。(5 )在原補(bǔ)板處焊接圖1 3所示筋板2。(6)在上述基礎(chǔ)上按機(jī)務(wù)段改造方案中(3)一(4)項(xiàng)要求進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。如果構(gòu)架探傷后沒有發(fā)現(xiàn)裂紋則按下述方案進(jìn)行修復(fù)：(1 )將該處補(bǔ)板鏟掉。(2 )在原補(bǔ)板處焊接圖1 3所示筋板2。(3)在上述基礎(chǔ)上按機(jī)務(wù)段改造方案中(3) , (4)項(xiàng)要求進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ) 強(qiáng)。4結(jié)語目前，部分進(jìn)入工廠大修的D F 4 D型(客、貨)運(yùn)機(jī)車均已按上述方案對(duì)構(gòu) 架進(jìn)行了處理，經(jīng)過1年多來的運(yùn)用表明，處理后的構(gòu)架滿足

15、運(yùn)用要求。參考文獻(xiàn)1肖守訥，等. D F 4 D型機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度評(píng)估分析.SU字第2O7號(hào)R .成都：西南交通大學(xué)，2 0 0 5.2傅秀通，等.D F 4D型機(jī)車轉(zhuǎn)向架基于動(dòng)力學(xué)的疲勞壽命計(jì)算報(bào)告，E s P 2 0 0 5 0 2 0 2-0 2 R .北京：北京奧斯普科技有限 公司，2 0 0 5.3 傅秀通.等. D F 4 D型機(jī)車轉(zhuǎn)向架基于實(shí)測(cè)動(dòng)應(yīng)力的疲勞壽命計(jì)算報(bào)告，E s P加0 5 0 2 0 2 0 2 R .北京：北京奧斯昔科技有限公司，2 0 0 5.Anal y s 1 s a n d T r e a t m e n t t co tD F 4 D

16、 (HaftSuspension:Yong 一慨，L/UX/ quan, WD I N G F e n g一啦，S 1A N G H u / -"(T e c h n o 1 o g yCenter, DalianL 0 d v eandR D 1 dit S t o c kWorks, Dal 1 an1 16022L1 aoni ng, Chi n a)腦：D F 4 D (XII% s p e n s i o n) 1 m附 v e 婦 1 o c a 1 虹WI f o undooAugu III 2004 . B y 咄血 0e 1 e m e n t m e 1 hod,蝴 m班“缸g u eN&訕XII,咄如畫c蛹附a I d擊哪峨oo叫,圳VfflmB 1 LIII t r e a n d I 8m d 幽 i s 缸拐 i . T h eoo I m 婦 deP 吐 Itpair, i I _ t e 1 HR di咖唧幽I d a n d油d1 s 叫路 e曲edfoDF4Dl o c o m o t 1 v e r e p a J J j n d e tailK e）唧咂困:i F b （ I 1 a M哪矗 P 毗fit i 蛔）1 o c e n 娃 i v e