铁道车辆减振器漏油故障与内部特性分析

贾洪龙， 宋春元， 强 锋

(长春轨道客车股份有限公司 技术中心转向架开发部， 吉林长春 130062)

铁道车辆减振器漏油故障与内部特性分析

贾洪龙， 宋春元， 强 锋

(长春轨道客车股份有限公司 技术中心转向架开发部， 吉林长春 130062)

目前我国出口至海外的轨道车辆日益增多，出口国家多为亚、非、拉等第三世界国家。这些国家多存在铁路年久失修，路况恶劣，车辆维修维护不及时的情况，与国内相比较差距较大。而线路条件差会给车辆各系统部件的振动特别是转向架服役环境造成很大的影响。这种情况就要求我们设计车辆时根据线路特点采取针对性的措施。本文针对某出口铁道车辆油压减振器漏油故障情况，从减振器内部结构所决定的特性入手进行了分析，提出了避免减振器漏油的建议。

减振器； 漏油； 内部特性； 分析

铁道车辆的车轮与钢轨面之间是钢对钢的接触，车轮表面的不规则和轨道的不平顺都将直接经车轮传到悬挂部件上去，从而引起铁道车辆各部分的高频和低频振动，这种振动会降低机械部件的结构强度和使用寿命，恶化运行品质，对车辆的安全性、舒适度和经济性都是不利的。油压减振器利用内部油液流动的阻力消耗振动的能量，能有效缓和并吸收路面传来的冲击振动，达到优化车辆操控性、稳定性和舒适度的目的，在铁道车辆上广泛使用。随着铁路提速的进行，油压减振器作为铁道车辆重要的减振部件，其部件的可靠性及减振性能的好坏直接影响着铁路车辆的性能。在速度较低的铁道车辆上，减振器数量较少，而在高速车辆上，不仅有一、二系垂向减振器，还有二系横向减振器、二系抗蛇行减振器以及车端减振器、受电弓减振器等。由此可见，减振器对机车车辆，尤其是高速铁道车辆来说是非常重要的元件。

油压减振器在大量使用的同时，也出现了很多的故障，油液泄漏是减振器最常见的故障之一。减振器油液泄漏分为内泄漏和外泄漏。内泄漏主要发生在上腔和下腔之间，由活塞环及活塞与缸筒间的间隙造成，内泄漏降低减振器效率，但不会造成油液流失，对减振器性能影响不大。外泄漏是指上腔的油液流到腔外，外泄漏造成油液流失，油量减少，减振器性能下降。图1为某出口项目铁路客车转向架一系垂向减振器外泄漏图示，车辆在上线运营很短时间内(最短运营里程仅为2 400 km)就因严重漏油而失效，并且随着运营里程的增加，漏油情况呈现批量趋势。根据该故障减振器的分解情况，从油液泄漏的特点出发，分析了油压减振器内部结构、阻力特性、散热特性以及密封材质等方面对减振器漏油的影响，并提出了避免减振器漏油的建议。

1 故障减振器的分解情况

对图1所示的故障减振器进行分解，发现O型密封圈和油封与导向和角环粘连(图2)，油封有明显硬化变形现象(图3)，O型密封圈拆卸过程中已碎裂，活塞杆、内筒和阀片均存在明显变色；油液发黑，有恶臭异味。

图1 减振器泄漏外观图

从分解情况来看，虽然减振器使用时间、里程很短， 但内部橡胶件存在明显的高温变形、硬化，甚至与金属件相粘连的现象；而金属件存在明显的因高温变色现象。这些现象都表明减振器在使用过程中出现了高温。下面将从减振器内部特性进一步分析产生高温的原因。

图2 O型密封圈和油封粘连

图3 油封失效

2 减振器内部特性分析

2.1 减振器内部结构介绍

该故障减振器内部结构简图如图4所示，剖面结构图如图5所示，在活塞上装有拉伸节流阀和压缩节流阀，两种节流阀的结构相同，均为单向阀，但成反向分布。每个节流阀由上下两组多层弹簧阀片、阀片限位止挡及节流孔组成。底座上的回油阀由锥形弹簧及挡片组成，压缩阀由底部中部的多层弹簧阀片、限位止挡及节流孔组成。

1-密封锁紧装置；2-导向座；3-活塞杆；4-活塞及阀装置；5-压力缸；6-底座及底阀；7-储油缸；8-端部连接装置。

图4 减振器的结构简图

1-拉伸阀；2-压缩阀；3-回油阀；4-底座压缩阀。

图5 减振器的剖面示意图

2.2 阻力特性分析

由该减振器结构可知其F-v阻力特性图为近似线性图(图6)。从特性图可以看出，不存在明显的卸荷区。卸荷区是指当减振器的活塞运行速度大于选择的卸荷点后，随着速度的增加阻尼力仅有缓慢增加(图7)。卸荷区的制定是为了限制减振器的油压，避免油压过高而损坏结构、降低密封装置寿命、产生油液泄漏。车辆在线路状况较好的情况下运营时，来自轨道的冲击速度小，两种减振器的阻尼特性并无差异，如我国高铁、动车组线路条件较好，转向架一系垂向减振器大量使用了线性减振器，并未发生漏油故障；但车辆在较差线路运营时，来自轨道的冲击速度较大，频繁超过卸荷速度时，线性减振器因为不存在卸荷区，导致活塞受力线性增大，油压过高，油液温度升高，密封装置损坏。

图6 线性减振器阻力特性图

图7 有卸荷减振器阻力特性图

2.3 散热特性分析

油压减振器减振的原理是通过活塞做功将振动产生的动能转化为热能，一部分由减振器油液及零部件吸收，另一部分通过热交换，散发到外界。减振器在工作时，不断产生热能，内部温度升高，同时不断的通过热交换散发热能，使内部温度降低，在动态传热过程中最终达到热平衡。从该故障减振器内部结构可以看出其为油液双向流动减振器，减振器在工作时的油液流动如图8所示。拉伸时，活塞左端工作缸中的高压油顶开活塞上的节流调压阀从活塞左端流到活塞右端，同时储油缸中的油液在活塞右端油缸中的吸力作用下经底阀流到活塞右端工作缸；当减振器压缩时，活塞左端工作缸的高压油分别通过活塞节流阀和底阀，从活塞右端流到活塞左端及储油缸。这种结构的减振器较多的高压油长时间的存在于工作缸中，流动小，且向外界散热需经过多层介质，散热性差，容易造成工作缸内局部高温。油液流动性小，使得油液中的气泡不易散发出去，容易产生气穴现象，造成油液压力不稳定，气泡进入高压区后崩溃，也容易使减振器局部产生非常高的温度和冲击压力。

1-防尘罩；2-油液；3-储油缸；4-底阀；5-工作缸；6-活塞。图8 油液双向往复流动减振器工作示意图

油液单向流动减振器工作示意图如图9所示，减振器拉伸时，活塞上的单向阀关闭，底阀上的单向阀开启，活塞左端的高压油顶开导向座上的节流阀流到储油缸，同时储油缸中的油液在活塞右端工作缸吸力作用下经底阀上的单向阀流到活塞右端的压力缸；减振器压缩时，底阀上的单向阀关闭，活塞右端的高压油顶开活塞上的单向阀流到活塞左端，由于活塞缸向右运动要占去压力缸内一部分容积，因此油缸内的总油量必然要减少，这部分被活塞杆体积所排开的油量，顶开导向座上的节流调压阀从活塞左端流到储油缸。

1-防尘罩；2-油液；3-储油缸；4-底阀；5-工作缸；6-活塞。图9 油液单向循环流动减振器工作示意图

相比双向往复流动减振器，油液单向循环流动的减振器易于散热，节流产生的热量通过油的循环，传递到外储油缸，使整个减振器的油温较均匀，不会产生局部油高温，可延长油液及密封装置的使用寿命，而且，液压油向单一方向循环，在传输过程中出现的气泡会很快消失，从而不易影响减振阻尼性能。

2.4 密封装置耐高温性能分析

该故障减振器油封材质为天然橡胶，耐热温度仅为80℃。而实际运营过程中，由于线路条件、减振器阻力特性及散热特性的影响，油液的温度可能会达到120℃甚至更高，油封在高温环境下，很快老化失效，导致漏油。

3 改进措施

通过以上分析，对线路情况较差的国家出口的车辆，在选择油压减振器，特别是一系垂向油压减振器时，为了避免出现因漏油故障而失效，建议注意以下几点：

(1) 选用内部设置卸荷阀的减振器，在线路冲击较大的情况下，防止油压、油温过高而损坏结构、降低密封装置寿命和产生油液泄漏；

(2) 选用油液单向循环流动的减振器，通过油液的单向循环流动，易于散热，减振器的油温较均匀，不会产生局部油高温，而且，液压油向单一方向循环，在传输过程中出现的气泡会很快消失，不易产生气穴现象；

(3) 在设计结构允许的条件下，选用体积较大的减振器，增大散热面积，可有效降低热平衡温度；

(4) 选用更耐高温的含氟橡胶材质油封，油封的耐热温度提高，耐热性能更好，防止油封过早老化。

[1] 杨国桢,王福天.机车车辆液压减振器[M].北京: 中国铁道出版社,2003.

[2] 王盛学,李著信，张 镇，等.筒式减振器油液泄漏分析[J].机床与液压，2012，40(3)：33-35.

[3] 南 岭,宋荣荣，马卫华.垂向减振器对铁道车辆动力学性能的影响分析[J]. 机械，2009，36(4)：9-13.

[4] 胡定清.高速列车可调阻尼减振器的设计与研究[D]；长沙：中南大学，2006：23-24.

Analysis of Leakage and Internal Characteristics of Railway Vehicle Hydraulic Damper

JIAHonglong,SONGChunyuan,QIANGFeng

(R&D Center Bogie Department, Changchun Railway Vehicle Co.,Ltd.,Changchun 130062 Jilin, China)

At present, China's rail vehicles exported to overseas is increasing, export countries is mostly in Asia, Africa, and other third world countries. Many of these countries the railway conditions are very poor, and vehicle maintenance is not enough, which is very different from ours. It will be a great impact to the vibration of vehicle system components, especially bogie service environment. All of these situations require special designs of the vehicle according to the characteristics. Aimed at the leakage fault of dampers of an export railway vehicle, the internal structure characteristics of the damper is analyzed, and the suggestion to avoid leakage of the damper is put forward.

damper; leakageinternal; characteristic; analysis

1008-7842 (2015) 06-0032-03

)男，工程师(

2015-07-12)

U279.3+24

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.06.08