中车株洲电力机车有限公司 湖南株洲 412001
摘要：本文介绍了用于株机公司某型出口低速动车组抗侧滚装置的基本原理，异响问题处理等。
关键词：中低速动车组；异响处理；高密度材料
Improvement of Abnormal Effect of Anti - roll Torsion Bar in a Certain Type of EMU
Chen Jie
（CRRC zhuzhou Electric Locomotive Co.，Ltd，Zhuzhou 412001 China）
Abstract：This paper introduces the basic principle of anti - roll - off device used in a certain type of export low - speed EMU，how to deal with abnormal noise question.
Key Word：Medium and low speed EMU Abnormal sound deal with
High density materials
0.引言
针对株机公司用于某型出口中低速动车组，由于业主当地气候炎热多雨，属于典型的海洋性热带雨林性气候。业主对此部件并未有针对性的进行防锈防水处理，国内气候完全不同，之前并未有类似案例经验，且通行条件与国外完全不同，缺乏类似的维护经验，因此株机公司针对国外情况对抗侧滚装置进行了改进。
1.抗侧滚装置的组成
1.1抗侧滚装置主要由扭杆、轴承及轴承座、扭臂、拉压杆及一些辅助零部件组成，抗侧滚装置见图1。扭杆两头通过拉压杆分别连接构架/车体，当车体发生侧滚时，一端的拉压杆受拉，另一端的拉压杆受压，使扭杆发生扭转。这种扭转会产生一个回复力抵抗车体的侧滚并使车体最终回复到平衡状态。
当右轮失载即Q1＝0时，侧向力和重力的合力超越左侧钢轨，为倾覆的临界状态，倾覆系数D＝1；无侧向力时，Q1＝Q2，D＝0。按国家标准GB-5599，倾覆系数D应小于0.8，即D<0.8。
从下面例子看，如果SW160转向架和CW200转向架不装抗侧滚装置，倾覆系数D将超过0.8的上限。
1）SW160转向架以53km/h速度通过12号道岔时：
有抗侧滚扭杆 D＝0.73<0.8
无抗侧滚扭杆 D＝0.864>0.8 不合格
2）SW160转向架以160km/h速度通过1400m曲线，超高h=120mm时：
有抗侧滚扭杆 D＝0.705<0.8
无抗侧滚扭杆 D＝0.835>0.8 不合格
3）CW200转向架以53km/h速度通过12号道岔时：
有抗侧滚扭杆 D＝0.7996<0.8
无抗侧滚扭杆 D＝0.8656>0.8 不合格
3.2、提高乘客舒适性
车辆运行在曲线上，在离心力的作用下，车辆的侧滚降低人体的舒适性。尤其是侧向通过道岔，车辆通过S形曲线，使人站不住和感到不适。
抗侧滚装置可以增加侧滚刚度，减小侧滚角以提高乘客的舒适性。
例如：某转向架按未平衡离心力达0.1g，侧向风力达540N/m^2，当离心力和风力同时作用时：
有抗侧滚扭杆时车体侧滚角（重车）j＝2.55°
无抗侧滚扭杆时车体侧滚角（重车）j＝5.32°
3.3、控制柔度系数
柔度系数的定义见UIC505，控制柔度系数实际上与控制侧滚角是一回事。控制柔性系数不仅对舒适性有意义，主要还对限界有意义。
车辆的侧滚角越大，车辆的包络范围也越大，而标准GB/T146.1和UIC505-1中对车辆的限界是有明确规定的，当车辆侧滚角达到一定值时，车辆可能超出限界，从而可能引起碰撞事故。
UIC推荐客车的柔度系数S不得大于0.375，在欧洲高速列车的柔度系数都不大于0.3。例如TGV高速列车的柔性系数为0.28，ICE高速列车的柔性系数为0.25。
经计算，某客车转向架柔度系数为：
有抗侧滚装置时柔性系数S＝0.148；
无抗侧滚装置时柔性系数S＝0.397。
由此可见：为满足UIC标准，该转向架安装抗侧滚装置是必要的。
4.现场问题描述
4.1、问题现象：
维护人员在对车辆进行日常维护时发现转向架右侧扭杆锥形齿严重生锈断裂，而同时乘客乘坐时发现异响过大并投诉，经现场售后人员确认，异响来源为轴承座位置，株机公司成立专家组赴现场调研。
5.原因分析
转向架抗侧滚扭杆异响源头主要来自扭杆轴承及拉压杆球头两部分。结合以往现场调研情况及拆卸处理过程中的现象，产生异响问题的原因分析如下：
5.1、区域线路状况恶劣，致使车辆横向位移及摇摆浮动过大，导致扭杆轴承磨损加剧，摩擦系数增大，致使轴承提早进入寿命极限期，是扭杆轴承产生异响的原因；
5.2、马来西亚天气湿热、雨水量大及洗车液直喷转向架、导致扭杆轴承出现锈蚀，PTFE涂层脱落产生间隙，致使扭杆轴承出现钢对钢磨擦现象，产生异音；
5.3、从拆检及以往处理结果，MC1、MC2车1位转向架扭杆轴承座内轴承出现锈蚀程度相对其他位置更严重。PTFE自润滑涂层脱落，可能与空调冷凝水直排到转向架，导致轴承座进水，加剧轴承外圈的锈蚀及PTFE涂层脱落。
6.改进措施
结合本次更换及验证结果，对后续异响问题处理措施建议如下处理方法：
6.1、更换铁聚甲醛材质的扭杆轴承：打开轴承座端盖检查轴承状况，如果存在严重锈蚀及摇动扭杆时轴承间隙过大的现象，则更换轴承；
6.2、加注润滑脂处理：打开轴承座端盖检查轴承状况，对未达到上述更换标准的轴承进行加注润滑脂处理。加注润滑脂之前，首先需取出轴承外端绿色的挡油刮片，在轴承端面和轴承盖之间空腔内注满润滑脂；
6.3、对出现异响采取上述处理措施的扭杆，应对相应位置的拉压杆进行调整或对球头进行更换处理，确保拉压杆球头不憋劲，用手能灵活转动。
7.理论验证
铁聚甲醛材质的扭杆轴承是否能承受以上强度所需，实验室做了以下试验。
7.1、计算聚甲醛轴承正常工况下所受载荷的大小：
马来西亚地铁聚甲醛轴承在扭杆上工作压力为21KN时.通过有限元计算得到聚甲醛轴承处载荷为6MPa左右，有限元计算模型见附图2 。
8.2、马来西亚地铁聚甲醛轴承使用1年后，实测的磨损量在0.063-0.011mm之间，由于线性相关，满足使用寿命要求。
参考相关磨耗标准
POM径向磨损量>0.72mm时轴承失效。
8.3、截至目前，业主对于新材质轴承运营效果总体认可，但是对于新材质轴承外圈磨耗标准存在疑问，要求供应商提供轴承磨耗到限标准，并估算新材质轴承使用寿命。
9.结论
9.1、因新轴承在使用过程中不可预见因素较多且确保足够的安全系数，所以规定新轴承的使用寿命为 5 年。
9.2、通过理论计算聚甲醛使用寿命为 241109 个小时（约 27 年），安全系数为 5.4。
9.3、由径向游隙磨损实验及数据分析得到，轴承在寿命周期内的摆动次数约为 113 万次，相当于 11.3 年，安全系数 2.26。
9.4、径向磨损量超过 0.72mm 时轴承报废。
9.5、如果轴承出现裂纹、断裂时，及时报废。
参考文献：
1. 胡企忠 《聚甲醛树脂及其应用》 化学工业出版社 2012.11
2.阳建宏 《滚动轴承诊断现场实用技术》 机械工业出版社 2015.8
3.夏新涛，刘宏彬《滚动轴承振动与噪声研究》国防工业出版社 2015.9
4.严隽耄，付茂海《车辆工程》 中国铁道出版社 2011.01
5.陈超翔，胡其登《Solidworks Simulation 基础教程》 基础工业出版社 2616.08
论文作者:陈婕,张麒
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/8
标签：轴承论文; 转向架论文; 系数论文; 装置论文; 润滑脂论文; 车辆论文; 车体论文; 《基层建设》2017年第36期论文;