鄭書杰 杜靜遠(yuǎn)

(中車大連機(jī)車車輛有限公司 遼寧 大連 116022)

1 問題的提出

HXN3型機(jī)車是中車大連機(jī)車車輛有限公司自主研發(fā)的交流傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車，具有大功率、重載等技術(shù)特點(diǎn)。但是在運(yùn)用過程中，部分機(jī)車出現(xiàn)車體偏移情況，主要表現(xiàn)為：(1)機(jī)車車體出現(xiàn)朝一側(cè)偏斜的情況；(2)轉(zhuǎn)向架的二系側(cè)擋與車體側(cè)擋座靠死(見圖1)；(3)橡膠旁承傾斜(見圖2)。

圖1 二系側(cè)擋靠死

圖2 橡膠旁承偏斜

2 車體偏移原因分析

2.1 橡膠旁承回復(fù)力不足

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)偏斜問題的機(jī)車橡膠旁承上、下表面在橡膠旁承的橫向方向已出現(xiàn)永久錯(cuò)位。其中最大橫向偏差達(dá)10.5 mm，超過VTS167標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的橫向偏差不大于5 mm的要求。

2.2 機(jī)車偏重

由于機(jī)車組裝工藝過程存在問題，導(dǎo)致10號(hào)、100號(hào)2臺(tái)機(jī)車一側(cè)所有輪重均大于另一側(cè)，機(jī)車輪重出現(xiàn)一邊倒的情況。通過調(diào)整機(jī)車左右輪重，保證機(jī)車重量分配均勻，機(jī)車恢復(fù)正常運(yùn)用半年后，再次出現(xiàn)車體偏移現(xiàn)象。檢查機(jī)車的出廠稱重報(bào)告，發(fā)現(xiàn)10號(hào)、100號(hào)機(jī)車均存在一側(cè)的輪重大于另一側(cè)的現(xiàn)象，所以，可以判斷機(jī)車的偏重加劇了車體的偏斜，但并不是影響車體偏移的主要原因。

2.3 車體旁承座下表面加工誤差

單個(gè)車體旁承座下表面如果存在一定角度的傾斜，有可能造成橡膠旁承在受垂向載荷的同時(shí)，還受到橫向載荷，使橡膠旁承在此方向的零點(diǎn)漂移加大，造成整個(gè)車體的偏斜。但是，根據(jù)現(xiàn)場檢查統(tǒng)計(jì)，出現(xiàn)車體偏斜的機(jī)車均不存在此問題。

車體的旁承座彼此之間存在較大的高度差，會(huì)導(dǎo)致車體中心偏斜[1]。經(jīng)對(duì)出現(xiàn)車體偏斜問題的100號(hào)機(jī)車進(jìn)行測量，其縱向位置的左右旁承座高度尺寸最大相差6 mm，有可能造成機(jī)車車體的偏斜。通過檢測故障機(jī)車，除了100號(hào)機(jī)車以外，其余出現(xiàn)偏斜情況的機(jī)車各個(gè)旁承座頂面之間的高度差均滿足不大于2 mm的要求，由此可以證明該可能性確實(shí)存在，但是絕非主要原因。

2.4 其他原因

根據(jù)機(jī)務(wù)段提供的機(jī)車運(yùn)用線路數(shù)據(jù)能夠明顯看出，長期在路況曲折的線路上運(yùn)用的機(jī)車車體偏移發(fā)生概率大于在平原線路運(yùn)行的機(jī)車。另外，二系側(cè)擋間隙過大、一系彈簧橫向偏移在理論上都可能加劇車體偏斜現(xiàn)象[2]。但是，通過檢查出廠車記錄，二系側(cè)擋間隙、一系彈簧橫向偏移量都滿足要求，可以排除這些原因。

通過上述分析，認(rèn)為車體偏移的主要原因是橡膠旁承橫向永久變形，回復(fù)能力下降[3]。永久性變形產(chǎn)生的主要原因是設(shè)計(jì)時(shí)橫向疲勞強(qiáng)度處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)。同時(shí)，機(jī)車制造偏差、安裝偏差加劇了橡膠旁承的疲勞破壞。

3 改進(jìn)措施

3.1 橡膠旁承改進(jìn)

為了提高橡膠旁承的回復(fù)力，委托株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司做了大量改進(jìn)試驗(yàn)方案。試驗(yàn)周期較長，但數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。改進(jìn)前后橡膠堆尺寸如圖3、圖4所示。改進(jìn)結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)比如表1所示。

圖3 原橡膠旁承結(jié)構(gòu)

圖4 新橡膠旁承結(jié)構(gòu)

將改進(jìn)結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)橡膠旁承進(jìn)行了相關(guān)對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)比橫向復(fù)原能力。

(1)短邊剪切應(yīng)力松弛

試驗(yàn)方法：垂向加載127.5 kN工作載荷下，沿短邊方向施加約束，按照0、50 mm、0、50 mm、40 mm的順序逐次控制其變形，當(dāng)剪切變形降到40 mm時(shí),保持該變形30 min，并記錄剪切力和工作高下降情況。

表1 橡膠旁承改進(jìn)前后參數(shù)對(duì)照表

試驗(yàn)結(jié)果：新結(jié)構(gòu)的短邊剪切應(yīng)力松弛更小，工作高下降也更小，40 mm變形時(shí)的對(duì)比如圖5所示。

圖5 新舊橡膠旁承短邊剪切應(yīng)力松弛對(duì)比

(2)零點(diǎn)偏移

試驗(yàn)方法：將1個(gè)新結(jié)構(gòu)的橡膠堆與1個(gè)原結(jié)構(gòu)的橡膠堆串聯(lián)，進(jìn)行兩者的對(duì)比試驗(yàn)，壓縮1倍、1.2倍、1.5倍的工作載荷，記錄中間板的水平漂移值；再將上面的橡膠堆旋轉(zhuǎn)180°重復(fù)檢測。

試驗(yàn)結(jié)果：在工作載荷下，原結(jié)構(gòu)和新結(jié)構(gòu)橡膠堆的零點(diǎn)漂移都很??；當(dāng)垂向載荷加大到1.5倍時(shí)，新結(jié)構(gòu)橡膠堆的零點(diǎn)漂移優(yōu)勢(shì)更明顯(見表2)。

表2 橡膠旁承改進(jìn)前后零點(diǎn)漂移對(duì)照表

(3)短邊方向應(yīng)力松弛后的漂移

試驗(yàn)方法：將2個(gè)橡膠堆串聯(lián)壓縮至工作載荷后鎖緊, 然后沿短邊方向施加35 mm的變形, 保持35 mm變形約束14天。卸除橫向約束后，測量中間板的橫向漂移。

試驗(yàn)結(jié)果：新結(jié)構(gòu)橡膠堆的漂移量更小，橫向復(fù)原能力更好(見表3)。

表3 橡膠旁承改進(jìn)前后橫向漂移對(duì)照表 /mm

通過以上試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：原結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)要求，與原結(jié)構(gòu)相比新結(jié)構(gòu)的靜撓度相同，垂向剛度稍大，雖然短邊剪切剛度較小，但是穩(wěn)定性更好，如在1.5倍的工作載荷下零點(diǎn)漂移要更小，回彈性能更好、應(yīng)力松弛更低；如蠕變量更小，剪切殘余變形更小，經(jīng)過14天的橫向保載后漂移量更小。

3.2 調(diào)整車體水平措施

針對(duì)車體旁承座下表面加工誤差問題，需要現(xiàn)場重新增加或減少旁承安裝面上的墊片數(shù)量。具體實(shí)施步驟如下[4]：

(1)拆除轉(zhuǎn)向架與車體所有的連接，保證車體可以升高到足夠高度；

(2)用2個(gè)千斤頂置于轉(zhuǎn)向架和車體的整體起吊位置處，通過調(diào)整千斤頂伸長量將車體復(fù)位，保證車體處于轉(zhuǎn)向架的中心且在豎直位置，保證兩邊的二系橫向止擋間隙均勻。用2個(gè)木方放于橫向止擋處，取下千斤頂，使車體保持處于正中心的位置；

(3)使用架車機(jī)將車體架高，高度要求保證在不推出轉(zhuǎn)向架的前提下，水平儀能夠同時(shí)測量4個(gè)牽引拉桿座下平面和8個(gè)旁承座面垂向高度；

(4)移除原橡膠旁承，記錄每個(gè)旁承的位置；

(5)使用水平儀進(jìn)行測量，加、減調(diào)整墊；

(6)安裝新的橡膠旁承，落車恢復(fù)安裝。

4 改進(jìn)結(jié)構(gòu)運(yùn)用效果

更換橡膠堆進(jìn)行車體水平調(diào)整后，除10號(hào)、100號(hào)機(jī)車由于偏重問題，運(yùn)用半年后再次出現(xiàn)車體偏移情況以外，其他故障機(jī)車運(yùn)用情況均良好。根據(jù)機(jī)務(wù)段技術(shù)科的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，大約90%的故障機(jī)車通過更換新式橡膠堆、調(diào)整車體水平措施，后期運(yùn)用中沒有重復(fù)出現(xiàn)車體偏移問題。上述改進(jìn)措施基本解決了HXN3型機(jī)車車體偏移問題。

[1] 劉昌崇.HXN3型機(jī)車轉(zhuǎn)向架的制造[J].內(nèi)燃機(jī)車,2011(05)：18-22.

[2] 謝 青.機(jī)車旁承結(jié)構(gòu)型式與簡統(tǒng)化設(shè)計(jì)[J].鐵道機(jī)車車輛, 2008(12) ：178-182.

[3] 張東東,高 文.HXN5機(jī)車橡膠堆故障分析[J].中國科技信息,2014(05)：184-185.

[4] 孫竹生，鮑維千.內(nèi)燃機(jī)車總體及走行部[M].北京：中國鐵道出版社,1995．□