CRH5型动车组制动杠杆螺栓的仿真分析及疲劳试验_杨再保
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（接上页 ） 化， 而氧化膜是不导电的。 检查该相线夹，可以看到线夹上三排螺栓处均可见锈蚀痕迹， 即在较大的拉应力作用 从图 8 可以看出断股时线股存在拉伸过程， 下， 线股被拉长。 由线夹附近表面的色泽也可以看出， 该线股在断裂 时发生电弧并烧熔表面， 但时间不短， 将线夹附近的外侧铝线烧出 一层厚厚的脆性氧化铝膜， 在拉应力作用下发生破裂。
图 3 制动杠杆螺栓的实际受力情况进行测量 杠杆螺栓在停放制动施加时的最大应力为 251.35MPa， 最大应 力点为上图中的 8# 点，停放制动和紧急制动叠加时的最大应力为 430MPa。 6 疲劳验证试验 为验证制动杠杆螺栓的疲劳性能，分别选取两根制动杠杆螺 栓， 其中一根经探伤确认有轴向原始裂纹， 另一根探伤后确认无裂 纹。 这两根制动杠杆螺栓同时安装在停放制动夹钳单元上进行 5 万 次疲劳试验台试验。
制动杠杆螺栓加工工艺 加工工艺为：下料—— —锻造—— —退火/高温回火—— —粗车—— — 调质处理 —— —精车 —— —精车螺纹 —— —螺栓两端表面淬火 （表面 HRC45~51， 硬化层深度 1~2mm ） —— —切扁—— —磁粉探伤—— —包装。 3 杠杆螺栓受力的仿真分析 根据制动夹钳的受力特点， 考虑停放制动在极限工况下施加的 载荷， 杠杆螺栓的受力分析结果如下： （转下页 ） 制动杠杆螺栓在极限工况下， 最大应力为177.6MPa，
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图 4 有原始裂纹螺栓 5 万次疲劳试验后探伤 试验结果如下： （1 ） 无原始裂纹的制动杠杆螺栓完成试验后， 未出现裂纹； ） 有原始裂纹的制动杠杆螺栓完成试验后， 原始裂纹的尺寸 （2 无明显扩展， 且未出现新增裂纹。 图 1 制动杠杆螺栓的应力云图 杠杆螺栓受力计算 采用静力学分析手动计算，计算杠杆螺栓的最大应力为 321.41MPa。 经查找相关文献， 该材料在海水腐蚀环境下的疲劳极限 上述计算得到的 321.41MPa 远远小于屈服极限， 即使在 为 465MPa， 极限偏载状态下 （最大载荷 ） ， 最大正应力 464.40MPa 相对于屈服极 限的安全系数为 2.02； 也还低于在海水腐蚀环境下的疲劳极限。 4
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（接上页 ） 制动杠杆螺栓的 Vonmise 应力云图如下图 1 和图 2 所 示。 制动杠杆最大应力处为吊架衬套下端面与制动杠杆螺栓的接触 （Von－ 处，为应力集中点。制动杠杆螺栓主要受力部分见图 2 所示 mise 应力云图为黄色部分 ） ， 应力约为 140MPa 左右。
的红外检测。 主要原因： （1 ） 变电站内导线数量过多， 分布范围广， 而 且故障概率低； （2 ） 当周围背景中运行设备有一定温升时， 容易被忽 视。 导线缺陷 （松股、 断股为主 ） 的主要原因是导线制作过程中压接 不合格， 如果在塑性变形过程中压接不到位， 长期运行就会出现图 1 所示的缺陷； 如果在导线端头压接过程中压接不到位， 长期运行 就会出现图 2 所示的缺陷。其他原因如下： （1 ） 在变电站建设过程 中， 由于导线与其他硬物的碰撞摩擦等原因， 导线表面会存在磨损， 在电流的作用下， 使创伤处电场畸变， 造成尖端放电， 在强电场的作 用下， 氧化损伤加剧， 原先磨损的地方劣化。 （2 ） 在变电站运行过程 中， 导线长期暴露在空气中， 受到空气和酸雨的氧化作用， 导线表面 容易出现腐蚀， 如制作过程中压接不合格或者存在磨损， 将导致导 线表面的粗糙度增加， 进而产生电晕放电。 （3 ） 导线受覆冰覆雪或者 风力的影响会发生舞动， 因舞动产生的外力会使导线潜在的缺陷暴 露出来。 图7 参考文献 [1] 文聪 . 输电线路导线覆冰断股分析 [J]. 云南电力技术， 2009 （5 ） ： 24-25. [2]张海峰， 庞其昌， 李洪， 等 . 基于 UV 光谱技术的高压电晕放电检 测[J].光子学报， 2006 （8 ） ： 1162-1166． [3]邵进， 胡武炎， 贾风鸣， 等.红外热成像技术在电力设备状态检修 中的应用[J].高压电器， 2013 （1 ） ： 126-129. [4]陈吉， 蒋兴良， 舒立春， 等.雨凇覆冰对输电线路分裂导线起晕电 压的影响[J].高电压技术， 2014 （2 ） ： 395-404． [5]王胜辉， 郭文义， 律方成.电晕放电紫外成像图像参量变化特性的 图8 2013 （8 ） ： 16-25. 研究[J].高压电器， 3 结论 [6]Linder M， Elstein S， Linder P， et al．Daylight corona discharge 查阅运维人员红外巡视记录， 在发现这两个危急缺陷的前几天 imager [C]//11th International Symposium on High Voltage Engi对相关变电站做过红外巡视， 但未发现该处缺陷。通常对变电站导 neering．London： IET， 1999 （4 ） ： 349-352. 线缺乏有效的例行试验检测， 当导线缺陷不严重时， 日常巡检往往 [7]Shuwei W， Xuesong Z， Xinyang G， et al．The effect of ap会忽视掉。 一旦发现导线缺陷， 几乎都是危急缺陷。 红外检测技术是 plied-voltage on photon-number of corona discharge on transmis目前对变电站中导线运行状态、 潜在故障的位置和严重程度进行判 sion lines defect [C]//IEEE Conference on Electrical Insulation 断的重要手段。但实际生产操作中， 往往容易忽视对变电站内导线 and Dielectric Phenomena．Shenzhen， China： IEEE， 2013： 311杠杆螺栓的仿真分析及疲劳 试验
杨再保 赵克楠 （中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林 长春 130062 ） 摘 要： 对制动杠杆螺栓的材质、 机械性能以及加工工艺做了简单介绍， 并选择样品对其进行了仿真分析、 受力计算和疲劳试验。 关键词： 制动杠杆螺栓； 仿真分析； 疲劳试验 概述 基础制动装置主要由制动缸、 制动杠杆、 制动盘和制动闸片组 成， 是列车空气制动的最终执行装置， 也是列车能否安全停车的关 称为制动夹钳单 键设备。动车组的制动缸和制动杠杆集成在一体， 元。其中的制动杠杆螺栓是制动夹钳单元的核心元件， 需要对其进 行力学计算， 仿真分析和疲劳试验。 2 制动杠杆螺栓材质及机械性能 制动杠杆螺栓的材料采用 1Cr17Ni2,化学成分见表 1： 表 1 制动杠杆螺栓化学成分 1 材料的机械性能见表 2 所示。 表 2 材料的机械性能
图 2 制动杠杆螺栓的应力云图 杠杆螺栓静态受力的验证试验 采用应力采集仪器及设备对制动夹钳在工作时杠杆螺栓的实 际受力情况进行测量， 见图 3。 5
图 5 疲劳试验台 7 结论 通过仿真分析得出：制动杠杆螺栓的最大应力 177.6MPa 远小 于制动杠杆螺栓所用材料的屈服极限 937MPa，因此材料能够满足 制动杠杆螺栓的强度要求。 受力计算及静态受力验证得出： 停放制动和紧急制动叠加时的 因 最大应力均远小于制动杠杆螺栓所用材料的屈服极限 937MPa， 制动杠杆螺栓在正常承 此材料能够满足制动杠杆螺栓的强度要求。 载和极限偏载状态下运用是安全的。 通过疲劳试验得出结论， 制动杠杆螺栓的疲劳性能可靠。 参考文献 [1]李和平， 等.和谐号动车组制动技术概述.北京： 中国铁道科学研究 院 机车车辆研究所， 2011.
![一种机车单元制动器疲劳试验装置及试验方法[发明专利]](https://imgs-1438308264.cos.ap-hongkong.myqcloud.com/a9c4581e7275a417866fb84ae45c3b3566ecdd77.webp)
