铁路货车转向架关键零部件失效分析与对策研究

乔飞

（呼和浩特铁路局集宁车辆段，内蒙古乌兰察布012000）

铁路货车转向架关键零部件失效分析与对策研究

乔飞

（呼和浩特铁路局集宁车辆段，内蒙古乌兰察布012000）

车轮、车轴、摇枕、侧架等转向架的关键部件，在使用过程中承受着高强度的推、拉、压、折叠等交替负荷，其工作载荷压力非常大。通过对铁路货车转向架关键部件失效的实例进行细致地分析,从设计、制造工艺、运用方面提出解决方案。

货车转向架；失效分析；失效模式

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.065

1 失效与失效分析

1.1 失效分析

失效分析具有重要的意义，只有通过对失效零部件的分析寻找到失效的根本原因，发现问题、解决问题，才能避免同样的事故再发生。通过失效分析，将事故造成的损失和伤害转化为技术进步的动力，尽力解决在此过程中出现的问题，提高产品质量，以此促进技术的进步。

1.2 车辆零部件的失效分析

车辆零部件是车辆的根本，对其进行详细科学的失效分析，与铁路运输能否安全运行直接挂钩。相关部门统计了近几年的车辆事故，这些事故不但直接影响到人们的人身安全和财产安全。同时会带来巨大的经济损失并造成非常恶劣的社会影响。因而对车辆零部件进行必要的失效分析可以提高车辆零部件的质量，同时，也可以延长零部件的使用时间，甚至可以减少维修次数，具有十分可观的经济效益。与此同时，失效分析能够有效地提高铁路运输的速度、载重以及安全运输能力。

1.3 失效模式和失效机理

失效机理往往通过车辆失效模式表现出来。它主要是通过研究各种物理或者化学的性质及其反应来得到结论的。与此同时，它也可以通过对各种材料的成分、结构、性能等的考察从而找出导致失效的原因。另外，机理被模式所包含，但是，只有当两者结合在一起才能真正的由里到外地揭示零部件失效的物理和化学性质，从而提出更为科学并且行之有效的解决措施或者预防方案（见表1）[1]。

2 失效分析的一般思路以及相关步骤

2.1 失效分析的重要性

失效分析工作往往是解决问题的重中之重，有时候可能会因为一个整体结构的破坏，导致列车脱轨，并且这通常不只是一个零部件损坏就能达到，一般情况下，是大量零部件或多或少出现损坏才会导致的。更复杂的是导致事故出现的因素是多种多样的。通常情况下也只允许一次取样，若分析过程中出现失误，哪怕只是一点，都极有可能导致整个失效分析无法正常进行。因而，缜密而科学的思考和分析才能确保失效分析正常进行。可以说，科学而合理的分析思路是整个失效分析得以顺利进行的必

表1 失效模式和失效机理

要条件。

2.2 常用的失效分析思路

破损零部件分析方法是失效分析思路经常用到的，它主要是对零部件的工作条件、断口特征、力学性能等方面进行分析。它通常以破损零部件为研究对象，然后对失效的零部件进行理化性能及设计、工艺等方面的分析。实际上，在同一工作条件下会产生多种失效模式，并且存在的方式也会有所不同。另外，哪怕是相同的模式也可能导致在不同的工作条件下出现失效的情况。又或者说，以进行的条件为入口线索并进行相对应的失效分析一般也只是起到缩小分析范围的作用。以失效零部件的力学指标进行性能失效分析，其关键就在于清楚地知道零部件的工作范围和条件，然后通过断口分析以及对它进行理化分析找到导致部件失效最主要的原因，从深层次来说，也需要作出它与材料和组织之间是否存在关系的推断[2]。断口是断裂失效分析最为重要的依据，它是分析断裂端倪的重要渠道。

2.3 失效分析的一般步骤

对破损零部件的分析思路通常采取以下几个步骤。(1)通过细致的勘察和研究收集原始破损零部件的数据和材料。(2)进行量化解剖分析。先从裂纹和断口处的情况进行分析；再根据各零部件相互间的摩擦、撞击和损坏的程度，判断是哪一部分的零件或部位最先破损。以此为依据，确定思考分析的先后与主次并做最后的总结。(3)细致分析断口和裂纹。(4)根据零部件受力的分析计算出失效部位的应力大小。(5)进行进一步的报告总结，通过实验技术查找出相关的失效分析所必需的数据和相关信息。比如，通过对零部件材料的常规性能和韧性的检测，对断口进行详细地分析，即通过对零部件材料的材质、夹渣、气泡以及裂纹的起因等来进行判断；对受力类型、可能出现断裂的原因作出分析。(6)做最后的总结报告，并进一步提出预防和改造的方案。

3 铁路货车转向架关键零部件失效问题的改进对策

3.1 设计方面

设计上取消车轮辐板孔；选材方面需要注意，车轮不被允许出现存在严重成分偏析缺陷的情况发生，延展性和抗击打能力都必须符合规定的标准。不然的话，车轮轮辋的中间部分、辐板等部位会因为强度、刚度和稳定性太差而受到严重损坏。如果这些带有缺陷的车轮上路，产生的应力以及对车轮的错误分析就会导致破碎崩轮，进而在运用中造成严重事故。摇枕选材应首先考虑到在较低的运用温度环境下材料是否能够适应环境，然后提高其对低温的抗冲击性能，并对摇枕漏水孔部位的组织结构进行合理优化。

3.2 制造工艺方面

在制造工艺方面应提高对技术的要求，另外，应注意外部环境变迁对调整和改进热处理技术的作用，并将成品车轮的剩余应力控制在合理并且不失效的范围之内。除此之外还要注意，淬火不能过度，不然可能会发生轮辋出现残余应力过大的情况。与此同时，在辐板位置产生的残余拉应力也应控制在合理的范围之内；淬火时，辐板表面应保持干燥，否则的话会出现辐板的抗冲击能力过低的情况。除此之外，回火的温度不能太低，一旦过低就有可能出现淬火后残余应力无法得到释放的情况，也会使辐板的抗冲击性能降低。因此在此建议，对车轮剩余应力的形成、范围以及可能造成影响的因素进行细致地分析。并且，重新修改车轮制作标准中对残余应力的相关规定，继而作出合理而有效的残余应力分布范围指标[3]。

4 结论

转向架主要部件的失效情况要详细地分析，要找出设计出现问题的根源，进而完善对新型货车转向架的设计；然后制定预防对策以及解决措施，提高车辆运行的安全性，使现今的“提速、重载”的货车运用更具现实意义。我国货车转向架关键部件可靠性研究一直是一项庞大的工程，这些研究工作还有很大的发展空间。

【1】郑志宏.铁路货车转向架关键零部件失效分析与对策研究[D].北京：北京交通大学，2015.

【2】张强.货车转向架零部件的故障规律分析及预测[D].北京：北京交通大学，2009.

【3】朱明.货车转向架关键零部件寿命管理决策支持系统的研究[D].北京：北京交通大学，2008.

Analysis and Countermeasure Research on Failure of Key Components in Railway Freight Car Bogie

QIAO Fei
(Jining Car Depot of Hohhot Railway Bureau,Ulanqab 012000,China)

The key components of the bogie such as the wheel,axle,bolster and side frame,are under alternating load of intensive push,pull,pressure and folding in the running process,so the working load pressure is very huge.Through detailed analysis of the failure cases of key components in the railway freight car bogie,it puts forward solutions from the aspects of design,manufacturing process,and application.

freight car bogie;failure analysis;failure mode

U270.33

A

1007-9467（2016）08-0119-02

2016-07-11

乔飞（1989～），男，山西代县人，从事铁路车辆运用研究。