動車組底蓋板鉚釘性能調查 

周 洋

(青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司,青島 266111)

        摘  要: 本文對動車組底蓋板鉚釘性能進行調查研究,該研究是在正式運營線路的動車組上實施的,通過測量底蓋板的加速 度和應力等方法,試驗結果發現實際運營過程中大部分時間底蓋板會出現劇烈的振動。為了降低安全事故的出現,通過增加橡膠支撐和增加不銹鋼鉚釘的方法來解決振動問題。

        關鍵詞: 底蓋板;鉚釘;振動;加速度;安全; 

        中圖分類號:TB534+.3        文獻標識碼:A

        動車組良好的技術狀態是進行安全有序運營的重要保證,對動車組車輛進行及時完全的檢修保養是保證車輛技術狀態的必要手段。我國動車組檢修制度是人工維修為主的檢修制度, 存在一定程度的外觀判斷現象, 但是通過外觀很難準確地判斷出一些零部件的狀態,常常會出現一些隱藏性故障, 一旦某一時間點集中爆發, 會給動車組的運營帶來極壞的影響。為此動車組研發設計企業會對易爆發故障的風險部件進行一定的技術測試和評估,以達到風險控制的目的,從而保證動車組運營的安全性。

        動車組幾乎所有的電氣設備都懸掛在車體上,同時為了保證所懸掛設備的防水、防塵和防擊打等考慮,在下部及側面都增加保護板。按照行業的叫法,下面的保護板稱之為底蓋板,側面保護板稱之為裙板。底蓋板是通過鉚釘固定在車體的橫梁上,且底蓋板與懸掛設備之間一般會有一定的空隙。本文主要對動車組設備艙底蓋板處的鉚釘通過試驗的方法進行了技術評估。

1 試驗分析

1. 1 試驗搭建

        試驗選用2330mm×1780mm 的底蓋板樣件進行試驗。 該底蓋板所使用的是開口型平圓頭抽芯鋁鉚釘,   ISO15977-4×12-AIA/ST-H [1-3] 。主要測量底蓋板的加速度,應力和壓力載荷。試驗分靜態和動態 (最高試驗速度200km/h) 兩個工況。測試試驗傳感器型號清單如表1。

1. 2 試驗工況

        靜態工況: 在車輛靜止狀態下,用力錘快速敲擊底蓋板樣件中心,振動停止后,再次敲擊, 共敲擊10次。連續記錄底蓋板樣件上的加速度測點數據,通過數據獲 得樣件振動特性。

        動態工況: 車輛運行前, 各測點數據進行清零,開始記錄數據。車輛運行過程中,連續記錄各測點數據。 其中動態試驗按正式運營的速度進行試驗。通過列車車載系統獲得列車速度曲線, 200km/h速度級占總速度級的

50%左右。數據處理時通過平均修正獲得各速度級動態特性。

表1  測試設備 單位: 個

測試點布局如圖1:

圖1  測試點布局圖

1. 3 試驗結果

        靜態工況加速度測點進行快速傅立葉變換[4]后平均修正曲線如圖2。從圖可以看出, 第一階主振動頻率為 10Hz,主振動頻率還包括15Hz , 17Hz和20Hz。

        動態工況下200km/h速度級加速度和應力進行快速 傅立葉變換后的曲線見下圖3-4。從圖可以看出,10Hz、15Hz和20Hz被顯著激起,從而說明該底蓋板樣件在該速度下長時間劇烈運動。

        試驗說明,底蓋板樣件在正常運營時,在相當長的時間內發生了共振現象, 且由于樣件系統阻尼較小, 致使共振發生時,對激勵的放大能力強,振動劇烈。劇烈的振動對鋁鉚釘產生了高疲勞載荷,極易導致鋁鉚釘斷裂。

圖2  靜態工況下加速度的FFT曲線

圖3  動態工況 (200km/h速度級) 加速度的FFT曲線

圖4  動態工況 (200km/h速度級)應力的FFT曲線

2 改進方案

        為了降低安全事故發生的風險, 采取了兩種改進方案。

        第一,在底蓋板和懸掛設備之間增加軟橡膠支撐,  并在裝配過程中保證橡膠支撐有一定的壓縮量。該方案可以有效的減少振動幅度,同時橡膠支撐也起到吸振作用。圖5可以明顯看出軟橡膠支撐0-30Hz頻率減振效果明顯,而影響鋁鉚釘載荷主要頻率為7-15Hz頻率段, 因此軟橡膠支撐可以有效減少鋁鉚釘的疲勞載荷。

圖5  原樣件和改進后對比響應曲線

        第二, 在劇烈運動部位增加不銹鋼鉚釘GB/T12618.4 4×10[5] 。表2可以看出不銹鋼鉚釘抗疲勞比鋁鉚釘更好, 因此增加不銹鋼鉚釘數量可以有效的減小鋁鉚釘受到的 疲勞載荷幅值,同時可以有效避免載荷集中在部分鉚釘上。

表2  不同材質鉚釘性能對比表 單位:mm或者N

3 總結

        本文對動車組底蓋板鉚釘性能進行調查研究,發現 了鉚釘存在的斷裂的風險點, 實施了科學有效的改進方案。因此動車組定期的技術檢測手段越來越重要,可以有效地發現列車存在的潛在風險點, 可以達到降低風險, 避免事故的發生, 保證列車安全可靠的運營。

參考文獻

[1] GB一T一12618一1一2006  開口型平圓頭抽芯鉚釘 10、11 級[S]. 2006. 07. 05.

[2] GB一T一12618一4一2006  開口型平圓頭抽芯鉚釘 51 級[S]. 2006. 07. 05.

[3] DVS一1608一2010一E Design and fatigue strength evaluation of weld joints in aluminum alloys in the rail vehicle construction[S]. 2010.06. 30.

[4] 冷建華. 傅立葉變換. [M]北京:清華大學出版社. 2004.

[5] DVS一1612一2014一E Design and fatigue strength assessment of steel welded joints for railway vehicles[S]. 2009. 08.