CRH3型动车组车轮的疲劳寿命分析

CRH3型动车组转向架轮对更换工艺浅析摘要：随着我国经济体制的改革和发展，铁路客运面临着巨大的考验，CRH3型动车组的研制成功，极大的缓解了客运交通压力。

但随着动车组运营运营里程不断增加以及试验研究需要，轮对需在不落转向架的情况下进行更换。

由于工艺流程复杂，在动车所、车辆段更换轮对时不仅消耗了大量的人力和物力，还会影响动车组的正常运营，造成晚点等事故。

文章简要介绍了CRH3型动车组转向架轮对更换工艺流程，分析了更换轮对过程需要注意的问题，以提高轮对更换质量及效率。

关键词：CRH3型动车组；转向架：轮对更换中图分类号：U279.4文献标识码：A1、概述CRH3型动车组原型为德国铁路的ICE3动车组，通过引进先进技术并吸收的方式，由中车唐山机车车辆有限公司首先实现国产化，于2008年正式上线运行[1]。

随着动车组运行里程的增加，车轮磨耗也逐渐增大，当车轮磨耗到限时就需要更换轮对。

同时，车轮损伤、齿轮箱故障以及试验研究等方面的因素也可能导致轮对的更换。

由于更换时间紧张，只能在整车不落转向架的情况下进行轮对更换工作，即轮对更换时转向架与车体不分离，轮对与构架分离。

因此要保证轮对更换的工艺方法成熟、可靠。

2、CRH3型动车组转向架结构特点2.1结构特点CRH3型动车组转向架采用轴箱转臂定位，一系悬挂是螺旋弹簧加垂向减振器，二系悬挂为空气弹簧直接支撑车体，在车体和转向架之间装有抗蛇行减振器，采用Z型拉杆牵引装置[2]。

2.2技术参数表1 CRH3型动车组转向架主要技术参数3、轮对更换工艺流程由于动车组转向架结构复杂，并且零部件及附属装置较多，在进行轮对更换时需要考虑工艺的可行性及合理性。

通过对转向架结构进行分析发现更换轮对需要将轮对组成与构架及车体分离，因此对轮对更换工艺流程进行了制定。

同时，动车组轮对更换需要在具有落轮机、地坑以及牵引车的检修库中进行，通过单个转向架架车拆除轮对的方式将指定轮对进行更换。

3.1轮对与转向架分离3.1.1车位调整利用牵引车将动车组牵引至落轮地坑处，调整转向架车轮至落轮机轨道标记线处，将轮对用止轮器固定。

CRH3型动车组油压减振器检修流程分析CRH3型动车组油压减振器是该型号列车中的一个重要部件，能够对车辆运行中的震动和冲击进行有效的减震和缓冲，保证了列车的安全和舒适性。

然而，随着使用时间的增加，油压减振器也会出现一些问题和损坏，因此需要通过检修和维护来确保其正常运行。

下面将对CRH3型动车组油压减振器的检修流程进行分析。

一、检查前的准备工作1.1 准备检修工具和设备检查前需要确保检修车间的工具和设备完整，并按照要求进行维护和保养。

主要需要准备如下工具和设备：（1）随车工具箱：主要包括螺丝刀、扳手、钳子、量具等基本工具。

（2）压力表：用于检测油压减振器的压力是否在正常范围内。

（3）清洗设备：包括清洗溶剂和清洗工具等。

（4）维修手册和说明书：用于查阅油压减振器的结构和工作原理，以及维修和调整的方法和流程。

1.2 确定检修计划和作业场所在检查前需要确定检修计划和作业场所，以确保工作的顺利进行。

具体的检修计划包括检修的时间、范围、检查项等，作业场所需要满足检修要求，如宽敞明亮、通风良好、干燥清洁等。

1.3 检查安全措施在进行检修前需要进行安全检查，并确定遵守工作安全条例和规范。

检查安全措施主要包括以下几个方面：（1）确认检修区域是否安全，排除危险因素。

（2）确认工具和设备是否完好，并使用正确规范。

（3）确认操作人员的身体状况和安全意识，以及穿戴个人防护装备。

二、油压减振器的检修流程2.1 分解减振器首先需要将油压减振器分解，并清洗各部件。

具体步骤如下：（1）卸下减振器，并放在工作台上。

（2）用螺丝刀和扳手将减振器拆解，逐层分解各部件，并注意标识各零部件的位置和数量。

（3）清洗各部件，包括减振器壳体、活塞、密封垫等，使用清洗溶剂和清洗工具进行清洗，必要时可以使用专业清洗设备。

（4）检查各部件是否存在损坏、磨损、腐蚀等情况，并记录。

2.2 更换零部件在清洗和检查完各部件后，需要根据检查结果更换有损坏的零部件，确保油压减振器的正常运转。

动车组转向架构架疲劳强度及寿命分析郑伟;商跃进;王红;黄堃【摘要】以CRH380BL动车组转向架构架为研究对象，根据UIC 615-4加载标准，使用Abaqus 有限元软件进行了静强度分析，利用Goodman曲线进行了疲劳强度校核。

并在此基础上考虑焊接缺陷对尺寸系数等的影响，采用 Fe-Safe疲劳分析软件对构架进行了寿命估算。

分析结果表明：构架的静强度和疲劳强度满足UIC 615-4标准要求，构架疲劳寿命符合设计规范。

%CRH380BL EMU bogie frame is taken as the research object.According to UIC615-4 loading standard,the static strength is analyzed by Abaqus finite element software and the fatigue strength is verified by Goodman curve.And on this basis,the fatigue analysis software Fe-safe is used to estimate the fatigue life of the bogie frame with consideration of influences of the welding defect on the size coefficient and so on.The analysis results show that the static strength and fa-tigue strength of the frame can meet the requirements of the standard UIC6 1 5-4 ,and the minimum of the fatigue life conforms to the design specifications.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】5页(P67-71)【关键词】动车组;转向架构架;强度;疲劳寿命【作者】郑伟;商跃进;王红;黄堃【作者单位】兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070;兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】U269.34在车辆运行过程中，构架承受着极其复杂的交变载荷作用，其疲劳破坏严重影响着列车的行车安全［1－2］，因此转向架构架的强度研究显得十分必要，对保障列车运行的安全性与可靠性具有重要的现实意义.杜子学等［3］利用TB／T 1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》对地铁转向架构架进行了强度和模态分析.王文静等［4］依据JIS E 4207《铁路车辆－转向架－转向架构架设计通则》对CRH2转向架构架进行了强度分析.罗超勇等［5］利用EN 13749《铁路应用－转向架构架结构要求的规定方法》对高速动车转向架构架进行了静强度分析和疲劳强度校核.上述研究中，TB／T 1335—1996《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》为国内强度标准，对于一些现有的高速轨道车辆并不适用.目前转向架构架静强度评价标准主要分为三大类：国际铁路联盟标准（UIC 515－4［6］、UIC 615－4［7］），欧洲标准（EN 13749［8］），日本工业标准（JIS E 4207［9］、JIS E 4208［10］）.其中，UIC 515－4、UIC 615－4将静强度试验分为3部分：超常载荷静强度试验，模拟运营主要载荷静强度试验，模拟运营局部载荷静强度试验；EN 13749将静强度试验分为2个部分：超常载荷静强度试验，正常运营载荷静强度试验；JIS E 4207、JIS E 4208只有相当于模拟运营载荷的静强度试验，未对超常载荷下构架的静强度做出规定.由于国际铁路联盟标准考虑的更全面更具体（其中UIC 515－4主要用于非动力装置，UIC 615－4主要用于动力装置），因此本文采用UIC 615－4《移动动力装置－转向架和走行装置－转向架构架结构强度试验》（以下简称UIC 615－4）标准，对动车组动力转向架构架进行了静强度分析及疲劳强度校核，并在此基础上，进一步对构架疲劳寿命进行了估算，从而为构架检修周期提供了一定的依据.1.1 静强度载荷及工况CRH380BL动力转向架构架轴数nb＝2，轴重p0＝17t，转向架质量mz＝9600kg，材料为S355J2G3WC，屈服极限355MPa，根据UIC 566标准［11］，焊接结构超常工况下安全系数为1.1，许用应力322MPa.正常运行工况下安全系数为1.65，许用应力为215MPa.根据UIC 615－4标准计算超常载荷工况以及模拟运营工况下的载荷值，对构架进行加载：1）超常载荷①垂向载荷，作用于两个空簧座上：式中：mv为运行阶段空车的质量；m＋为转向架质量；c1为异常载荷；g为重力加速度.②横向载荷③斜对称载荷在垂向和横向超常载荷状态下，考虑轨道1%的扭曲产生的载荷.2）模拟运营载荷①垂向载荷式中：c2为常用载荷.②横向载荷③斜对称载荷斜对称载荷为5‰的轨道扭曲导致的载荷.考虑到曲线对转向架的影响，转向架要承受各种加载组合，试验时要顺序模拟.由车体垂向运动（沉浮运动）引起的垂向力变化，它由垂向力的百分数β来代表：βFz；由车体的滚动引起的垂向力变化，它由垂向力的百分数α来代表：αFz.一般来说，就正常工作条件来看，α＝0.1，β＝0.2.通过不同加载组合共得出15种工况，其中，超常载荷工况共有两种，如表1所列，模拟运营工况共有13种，如表2所列.1.2 构架有限元模型静强度分析由Abaqus软件完成，对局部非承载结构进行了简化［12］.采用六面体单元对构架整体进行结构离散，离散出的节点数为618 375个，单元数为426 221个；为了模拟实际约束情况，在一系弹簧安装座和转臂定位节点处添加弹簧约束，弹簧单元刚度值设置与实际一致［13］.一系弹簧组的垂向刚度为1.244kN ／mm，横向刚度和纵向刚度为0.980 kN／mm，弹性定位节点横向和纵向刚度分别为5.49kN／mm和13.7kN／mm，垂向刚度15kN／mm.有限元模型如图1所示，约束和加载位置如图2所示.1.3 计算结果分析利用Abaqus对构架进行相关计算，分别得到超常载荷工况和模拟运营工况下各工况的应力云图.超常载荷工况最大应力值出现在工况2，应力值为277.7MPa，发生在横向止挡座与横梁管连接处，如图3所示.应力值小于许用应力322MPa，满足强度要求.模拟运营工况最大应力值出现在工况9，应力值为209.8MPa，发生在下盖板与转臂定位连接处，如图4所示，应力值小于许用应力215MPa，满足强度要求.由于模型的节点数较多，根据文献［14］控制点选取的原则，选取各载荷工况下应力较大处和截面形状突变处的较大应力值点作为强度校核的控制点.根据13种模拟运营工况的应力分布特点，选取应力较大和截面形状突变部位的6个应力值较大的点为主要控制点.确定控制点在各工况下应力的最大值和最小值，平均应力σm和应力幅值σa［15］.平均应力值为最大应力与最小应力和的平均值，应力幅值为最大应力与最小应力差的平均值.控制点平均应力和应力幅值如表3所列.表3中，控制点1为侧梁与横梁连接处，2为横向止挡处，3为转臂定位座与侧梁连接处，4为空气弹簧支撑座处，5为一系弹簧座处，6为下盖板靠近弹簧座拐角处.利用Goodman－Smith疲劳极限图对所选的6个控制点进行校核，如图5所示.校核点全部位于包络线内部，疲劳强度满足要求.3.1 有限元结果读入超常载荷是车辆运行中可能发生的最大载荷，在使用寿命中出现次数极少.模拟运营载荷是车辆运行中实际发生的载荷，出现次数极其频繁，是构架疲劳试验的载荷依据.因此寿命估算选取模拟运营工况中应力值最大的工况9为研究对象.Fe－safe中对于多个载荷加载情况，需将载荷进行分步.将工况9的垂向载荷和横向载荷分为两个分析步在Abaqus进行计算.计算结果如图6和图7所示，其中垂向力单独作用下应力为196.6MPa，横向力单独作用下应力为94.8MPa，均小于许用应力215MPa，满足强度要求.将Abaqus计算结果导入到Fe－safe中.3.2 疲劳寿命估算根据UIC 615－4加载标准定义疲劳载荷，沉浮系数β＝0.2，滚摆系数α＝0.1，垂向载荷从0.7Fz到1.3Fz，平均应力为Fz（Fz为模拟工作中静态试验时的垂向力，数值为表2模拟运营工况1垂向载荷所示数值）.横向力从0到±Fy（Fy为模拟工作中静态试验时的横向力，数值为表2中的横向载荷所示数值）.在Fe－safe中定义构架材料，设置表面粗糙度，应力集中系数，尺寸系数等参数.构架材料S355J2G3WC表面粗糙度为12um；有效应力集中系数Kσ＝1＋q（aσ－1），其中：q为应力集中敏感系数；aσ为理论应力集中系数；尺寸系数直径为d的试样疲劳极限与直径为d0的试样的疲劳极限的比值，上述参数的取值参见文献［15］.焊接缺陷的存在会增强应力集中效应，使应力集中系数和尺寸系数值增大.考虑焊接缺陷的影响，将有效应力集中系数和尺寸系数值的数值乘以修正系数1.3［16－17］.经过计算得到构架疲劳寿命估算结果.将Fesafe的结果文件导入Abaqus中查看寿命云图，图标显示值为对数疲劳寿命值.估算结果显示，构架最小寿命为1 186万次，发生在下盖板与弹簧座圆孔过度处，如图8和图9所示，大于UIC 615－4标准规定的1 000万次，构架疲劳寿命满足设计要求.1）构架静强度和疲劳强度满足UIC 615－4标准要求.构架疲劳寿命符合设计规范. 2）Abaqus和Fe－safe联合仿真为构架疲劳寿命的估算提供了一种有效方法，同时疲劳寿命的估算为构架检修周期提供了一定的依据.3）本文考虑了焊接缺陷对尺寸系数等参数的影响，但并没有建立含有焊缝的构架有限元模型，对焊缝进行疲劳寿命评估，这是本文今后有待研究的工作.【相关文献】［1］商跃进.动车组车辆构造与设计［M］.成都：西南交通大学出版社，2010.［2］ Luo R K，Gabbitas B L，Briekle B V，et al.Fatigue damage evaluation for a railway vehicle bogie using appropriate sampling frequenciese［J］.Vehicle System Dynamics，1998，29（1）：405－415.［3］杜子学，徐道雷，刘建勋.某型地铁车辆转向架构架强度及模态分析［J］.机械工程与自动化，2012（5）：24－26.［4］王文静，刘志明，李强，等.CRH2动车转向架构架疲劳强度分析［J］.北京交通大学学报，2009，33（1）：5－9.［5］罗超勇，王勇，宋烨.高速动车转向架构架静强度及疲劳强度分析［J］.机械工程与自动化，2014（6）：7－9.［6］ UIC 515－4－1993，Passenger rolling stock－trailer bogies－running gear－bogieframe structure strength tests［S］.1993.［7］ UIC 615－4－2003，Motive power units－bogie and running gear－bogie frame structure strength tests［S］.2003.［8］ BS EN 13749－2005，Railway applications－methods of specifying structural requirements of bogie frames［S］.2005.［9］ JIS E 4207－2004，Truck frames for railway rolling stock－general rules for design ［S］.2004.［10］ JIS E 4208－2004，Test methods of static load for truck frames and truck bolsters of railway rolling stock［S］.2004.［11］ UIC566－1990，Loadings of coach bodies and their components［S］.1990. ［12］石亦平，周玉蓉.Abaqus有限元分析实例讲解［M］.北京：机械工业出版社，2010. ［13］李宝瑞，赵永翔.基于UIC标准的转向架构架强度评估［J］.机械，2012，39（10）：9－12.［14］赵永翔，杨冰，彭佳纯.铁道车辆疲劳可靠性设计Goodman－Smith图的绘制与应用［J］.中国铁道科学，2005，26（6）：6－12.［15］徐灏.疲劳强度［M］.北京：高等教育出版社，1988.［16］赵少汴，王忠保.疲劳设计［M］.北京：机械工业出版社，1992.［17］程育仁，缪龙秀.疲劳强度［M］.北京：中国铁道出版社，1990.。

2021年4月（总第414期）·38·研究与交流STUDY AND COMMUNICATIONS第49卷Vol.49第4期No.4铁道技术监督RAILWAY QUALITY CONTROL收稿日期：2020-07-05基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司基金（2019YJ101）作者简介：张澎湃，副研究员；张关震，副研究员；吴毅，副研究员；张弘，研究员；张斌，研究员我国动车组车轮和车轴技术综述（上）张澎湃，张关震，吴毅，张弘，张斌（中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所，北京100081）摘要：介绍国内CRH1，CRH2，CRH3，CRH5，CR300AF/BF ，CR400AF/BF 既有动车组车轮、车轴材料性能，分析国内既有各型动车组车轮和车轴在结构形状、尺寸和制动方式等方面差异。

对比分析结果表明，既有动车组车轮和车轴，无论是进口产品还是自主研发产品，其成分体系、材料微观组织结构、力学性能等，均为中碳钢材料，具备有条件下互换的可行性。

关键词：动车组；车轮；车轴；材料；结构；综述中图分类号：U260.331.1文献标识码：C文章编号：1006-9178（2021）04-0038-04Abstract ：The material properties of wheels and axles of CRH1,CRH2,CRH3,CRH5,CR300AF/BF and CR400AF/BF existing EMU/DMUs in China are introduced and the differences in structural shape,size and braking mode of wheels and axles of various existing EMU/DMUs in China are analyzed.The comparative analysis results show that the components,material microstructure,mechanical properties of the existing EMU/DMU wheels and axles,whetherimported or self-developed,are all medium carbon steel,which is feasible for interchange under certain conditions.Keywords ：EMU/DMU;Wheel;Axle;Material;Structure;Overview0引言动车组是高效运输工具，以其灵活、方便、快捷、安全、可靠、舒适的特点，备受世界各国青睐。

CRH3 型动车组检修质量管理分析摘要：铁路是国民经济大动脉、关键基础设施和重大民生工程，依据中长期铁路网规划，新时期八纵八横高速铁路网到2020年高速铁路突破3万公里，随着铁路线路的拓展扩建，运营高速动车组市场需求量也将大幅增多，随着里程、线路的增加，不同地域、环境的市场多样化需求，如何在客户导向引领下保障运营车辆的安全、舒适度、准点率成为高速动车组检修工作中必须直面的课题。

本文主要针对高速动车组检修工作质量管理进行剖析，发掘痛点难点，保证第一次就把事情做对，检修车辆零缺陷，为高速动车组安全运营提供保障。

关键词：高速动车组质量管理检修质量客户导向一、动车组概况简介从世界高速列车发展形态来分析，高速铁路及高速动车组历经了三个大的发展阶段，从最初的初步运营到中期的铁路线路拓展再到现如今的快速发展。

其中中国高速动车组发展经历了引进外来技术、吸收并深度融合、创新发展到现如今依据客户需求柔性化定制几个阶段，根据不同地域、线路、环境市场需求，客户导向引领高速动车组设计时速为250KM/小时、300KM/小时、350KM/小时几种类型。

高速动车组主要由车体、转向架、车端连接装置、制动装置、车辆内部设备设施、牵引动力系统、辅助供电系统7部分组成。

以运营里程数和运营时间作为定期维修的依据，只要运营车辆到了预先设计的规定期限，不管其状态如何，都要按照设计要求进行检修工作，这属于强制性的预防维修,预防维修主要分三个维修等级，其中三级修主要对车体走行部、车下设备舱部位进行重点检修，其他部位只进行状态检修和功能性验证；四五级修主要针对车体走行部、车下大部件、车端连接、车顶高压进行全面检修以保证动车组平稳运营。

穿插在定期维修期间，在车辆运营过程中会对车辆进行状态修，状态修主要是车辆实时状态情况来确定，它主要是通过检查、测试确保车辆各设备、零部件状态良好、功能正常，状态修是依据不断定量分析和检查设备参数来决定是否需要深度检修。

CRH3系动车组制动闸片三级检修模式的分析及优化摘要：通过对CRH3系动车组制动闸片三级检修过程中存在的故障报废原因进行统计、研究，从而提出降低制动闸片报废率的意见，优化制动闸片三级检修模式，最大限度的提高制动闸片的使用寿命，降低动车组三级修生产成本。

关键词：CRH3系动车组；制动闸片；磨耗到限；标准优化1 引言随着CRH3系动车组的批量配属、运营，在动车组运用检修过程中发现制动闸片存在磨耗、磕碰等故障导致闸片报废的问题，按照三级检修标准需要对制动闸片进行更新，从而使制动闸片无法满足规定的设计使用寿命。

目前北京动车段配属CRH380CL型动车组13列26组，CRH380B型动车组25列25组，51组动车组的运用检修涉及制动闸片报废更新造成动车组运用检修成本的增大。

结合CRH3系动车组三级检修实际作业情况，从制动闸片检修故障类型、制动闸片现行检修标准、制动闸片检修模式等内容开展相关研究工作，制定科学严谨的制动闸片三级检修模式，保证制动闸片全寿命使用，降低动车组运用检修成本。

2 各型动车组制动夹钳安装结构2.1 复兴号动车组制动夹钳安装结构CR400AF/BF平台动车组制动夹钳单元采用三点吊挂的安装方式；制动夹钳单元分为常用制动夹钳和停放制动夹钳，均配备制动闸片自动间隙调整机构。

图3 制动夹钳结构示意图2.3 安装结构分析通过对不同车型制动夹钳安装结构进行分析，发现CR400AF/BF平台动车组与CRH3系动车组的制动夹钳单元结构、安装方式、动作原理基本一致。

3 各型动车组制动闸片的检修标准3.1 复兴号动车组制动闸片的检修标准（1）运用检修标准制动闸片外观状态良好，闸片厚度不超限，闸片不反装，闸片无掉块、破损，闸片与制动盘间隙（两侧之和）3～6mm，闸片最薄处≥5mm+磨耗余量（含钢背厚度）。

（2）三级检修标准① 制动闸片厚度符合运用要求；闸片单个摩擦粒子摩擦材料损伤缺陷投影面积总和不大于100mm。