CRH5动车组转向架轮对常见故障原因分析及处理方法

摘要

在铁路高速重载的运营条件下，CRH5动车组转向架一旦发生故障，会影响铁路运输安全。因此，开展动车组转向架可靠性分析与故障诊断的研究，对保证运营安全、提高维修效率和避免不必要的损失等都具有重要的意义。

本文依据CRH5动车组转向架数年内出现的故障，分析了主要故障的原因，故障模式、影响及致命性，从而能对设计、制造、管理与使用方面提出针对性措施，减少CRH5动车组动车转向架系统故障的发生，确保CRH5动车组转向架系统使用正常和动车组的运行安全。

关键词：动车组检修；转向架；故障总结

目录

摘要 II

第 1 章绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究思路 1

第2章 CRH5动车组转向架介绍 2

2.1 CRH5动车组转向架组成及参数 2

2.1.1 CRH5动车组转向架组成 2

2.2.2 CRH5动车组转向架的主要技术参数: 4

2.2 轮对组成介绍 5

2.2.1 轮对组成 5

2.2.2 车轮 6

2.2.3 车轴 8

第3章转向架轮对常见故障原因分析及处理方法 10

3.1 轮对存在的常见故障及处理办法 10

3.1.1 轮缘磨损故障 10

3.1.2 轮对踏面和轮缘的常见故障 10

3.1.3 辐板孔的裂纹故障 12

3.2 轮对故障原因分析 12

3.2.1 轮对的磨损 12

3.2.2 车轮制造新技术的研发及应用，有待进一步加强 13 3.3 轮对故障解决方法 13

3.3.1 踏面故障的解决措施 13

3.3.2 轮缘磨损故障的解决措施 14

第4章转向架轴承常见故障原因分析及处理方法 15

4.1 轴承介绍 15

4.2 轴承存在的常见故障 15

4.2.1 剥离 15

4.2.2 保持架断裂 15

4.2.3 擦伤 16

4.2.4 电蚀 16

4.3 轴承故障原因分析 17

4.3.1 装配前检查不仔细 17

4.3.2 装配不当 17

4.3.3 润滑不良 19

4.3.4 转子不平衡 19

4.3.5 检查更换不及时 19

4.4 轴承故障解决方法 19

4.4.1 剥离、擦伤解决方法 19

4.4.2 电蚀故障解决方法 20

第5章改进方法 21

5.1 开发新材料 21

5.2 改进车辆制动机系统和走行部各装置 21

5.3 应严格执行作业标准 21

参考文献 23

致谢 24

第 1 章绪论

1.1 研究背景

截至到2016年1月,CRH5型动车组作为各系列中最具有耐高寒的车型，其大部分配属与我国东北部及青藏地区。联系自身所从事的CRH系列动车组的检修运用工作，选题以当前我国铁路从法国Alstom(阿尔斯通)引进的CRH5型200km／h动车组(EMU)的转向架故障问题方面着手，结合动车组本身的技术特性和当前CRH5型动车组转向架常见故障方面，分析CRH5型动车组常见故障原因，总结故障处理方法，从而能对设计、制造、管理与使用方面提出针对性措施，减少动车转向架系统故障的发生，确保转向架系统使用正常和动车组的运行安全。

1.2 研究思路

由于故障分析的目的是采取措施、纠正故障，因此在进行故障分析时，需要在调查、了解转向架发生故障现场所记录的系统或分系统故障模式的基础上，通过分析、试验逐步追查到组件、部件或零件级的故障模式，并找出故障产生的机理。从而不断的修改研究数据，使研究的内容，有相当高的价值。

第2章 CRH5动车组转向架介绍

2.1 CRH5动车组转向架组成及参数

2.1.1 CRH5动车组转向架组成

1、概述

2004年ALSTOM公司向长客股份公司转让了时速200公里高速铁路动车组设计和制造技术，生产制造 CRH5型动车组，该动车组采用CA250型转向架。通过技术引进和消化吸收，构建了200-250km/h转向架设计、制造技术平台。

CA250转向架：2005年ALSTOM公司在TAV-S104转向架基础上研制了CA250转向架，应用在中国CRH5型动车组上。CA250转向架构架组成采用钢板焊接结构；轮对内侧距为适应中国的线路由1360改为1353；车轮踏面形式采用XP55型车轮踏面；一系悬挂装置采用成熟的双拉杆轴箱定位方式；二系采用空气弹簧悬挂；传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电机组成；基础制动采用轴盘制动；辅助系统。

CRH5动车组每列8辆编组，采取“五动三拖”的编组构成，所用转向架包括动力转向架和非动力转向架两种形式，其中动力转向架有3种类型(简称M，其代号分别为AX30499、AX109567与AX30500)，非动力转向架有2种类型种（简称T，代号分别为AX30513与AX30514）。

(1) CRH5转向架一系悬挂装置采用拉杆轴箱定位方式，二系悬挂系统由上枕梁、空气弹簧系统、抗侧滚扭杆、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗蛇行减振器、防过充装置、横向档和牵引装置等组成；传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电机组成，转向架与车体间采用“Z”字形双牵引装置，传递牵引力和制动力；基础制动采用轴盘制动。

(2) 构架组成为“H”型构架，有两个侧架和两个横梁组成。侧梁是由6块钢板焊接而成的下凹“U”形箱行结构，钢板材质为S355J2G3。侧梁上焊有轴箱定位座、一系垂向减振器座、二系横向减振器座、一系弹簧定位座、二系空气弹簧座、横向缓冲器座、轴箱起吊吊座、制动横梁座等，横梁为无缝钢管，外径为

φ168.3，壁厚14.2，材质为S355J2H，横梁上焊有制动横梁吊座、牵引拉杆座、抗侧滚扭杆座、防过充钢丝绳安装座、齿轮箱拉杆座等。

(3) 动力转向架与非动力转向架的主要区别是，（1）动力转向架有1根动力轴和1根非动力轴，而非动力转向架有2根非动力轴，动力轴上装有两个制动轴盘和一组齿轮箱；（2）非动力轴上装有三个制动轴盘；（3）动力转向架构架比非动力转向架构架在横梁上多了一个齿轮箱拉杆座。

2．动力转向架(M)

(1) CRH5动车组中的动车(第1，2，4，7，8号车)，分别装用了AX30499、AX109567、AX30500三种M转向架，其中第1、8号车所装用的AX30499与

AX109567转向架轴端布置有轴温传感器、ATP/LKJ2000速度传感器以及接地回流装置，另外AX30499转向架前端安装了轮缘润滑装置和扫石器，在2，4，7号车

AX30500转向架安装有加速度传感器。

(2) 动力转向架（见图1）主要由焊接构架组成、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂及牵引装置、抗测滚扭杆装置、上枕梁、驱动装置（齿轮箱、万向轴等）、停放储能制动装置、基础制动装置、轴温报警装置与接地回流装置、撒砂器和ATP信号接收系统与轮缘润滑系统（列车头尾部动力转向架）等组成。

图1 AX30500型动力转向架

3.非动力转向架(T)

CRH5动车组中的非动力(第3，5，6号车)分别装用了AX30513和AX30514两种T转向架，其中第3、6号车装用T车转向架AX30513，有单元停放缸，第5号车装用T车转向架AX30514，无单元停放缸。该转向架的结构如图2所示，主要由刚结构焊接构架组成、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂及牵引装置、抗测滚扭杆装置、上枕梁、停放储能制动装置、基础制动装置、轴温报警装置与接地回流装置和速度传感器装置等组成。

图2 非动力转向架

2.2.2 CRH5动车组转向架的主要技术参数:

表1 CRH5动车组转向架技术参数表

转向架制动型式轴盘制动

2.2 轮对组成介绍

2.2.1 轮对组成

轮对组成包括动力轮对组成和非动力轮对组成。动车轮对组成安装在动力转向架上，包含一个动车轮对轴箱装置和一个非动力轮对轴箱装置；非动力轮对组成安装在非动力转向架上，包括两个非动力轮对轴箱装置。动力轮对轴箱装置和非动力轮对轴箱装置的主要区别是：动力轮对轴箱装置采用动车车轴，车轴上安装有一个齿轮箱组成和两个制动盘，而非动力轮对轴箱装置采用非动力车轴，车轴上安装有三个制动盘，如图3和4所示。

动力、非动力轮对轴箱装置均由轮对（包括车轮和车轴）、轴箱及轴承等部分组成。车轴为空心车轴，中空直径为φ65mm，材质为30NiCrMoV12；车轮采用整体车轮，材质为R8T，可磨耗半径为40mm；每个轴箱配备一个SKF—TBU圆锥滚子轴承组。

图3动力轮对轴箱装置

图4 非动力车轮对轴箱装置

2.2.2 车轮

CRH5转向架车轮（图5），整体车轮所用材质为符合UIC标准的R8T，车轮直径为890mm。车轮设计和制造标准执行EN 13262 和 UIC 812-2。

1.材料

整体车轮按标准EN13262：2003(铁路应用-轮对核转向架-车轮-产品要求)和UIC 812-3规定的条款，必须用R8T牌号的钢制造。

图5 车轮断面图

2车轮几何特性

表2车轮几何特性表

新车轮的滚动圆直径890 mm 磨耗到限的车轮的滚动圆直径810 mm 轮辋宽度135 mm 踏面形式XP55

轮毂装配直径192 mm 轮毂宽度180 mm 整体车轮的最大重量≤ 311kg

2.2.3 车轴

对组成中，车轴分为动力车轴和非动力车轴。车轴为空心轴，中空直径为

65mm，材质为30NiCrMoV12钢，依据UNI 6787-71标准加工制造( UNI6787-71：用于铁路轮对的、具有高疲劳强度和韧性特性的、调质的特殊合金钢锻造轴）。车轴可以通过孔探针进行无损检测，车轴设计标准为EN 13103、EN13104、EN 13661和UIC 811-1。

动力转向架上一根动力车轴一根非动力车轴，非动力转向架上两根均为非动力车轴。在动力转向架上，非动力车轴装在转向架的外端，动车轴装在转向架的内端，接受悬在车体上的电机通过万向轴传来的动力。

1.形状和尺寸

动车轴由轴箱轴承座、轮座、两个制动盘座、齿轮轴承座和轴身组成，总长2180mm；非动力车轴由轴箱轴承座、轮座、三个制动盘座和轴身组成，总长

2180mm，如图6所示。

动力车轴

非动力车轴

图6动力及非动力车轴

新轴和维修后车轮和制动盘的安装座的直径见下表：

表3安装座直径表

如果在车轮或制动盘拆卸过程中发生损坏，可以将安装座直径尺寸减小详见表：

表4安装座直径尺寸减少表

第3章转向架轮对常见故障原因分析及处理方法

3.1 轮对存在的常见故障及处理办法

根据相关数据统计，可以发现当前动车组的轮对的踏面擦伤、裂纹、轮缘垂直磨损、圆周磨耗以及剥离等损伤仍然存在，而且其发生频率还有向上的趋势，这些损伤会带来很大的危害，就拿踏面擦伤和剥离故障来说，其会引发车辆振动的急剧增加，进而让车辆的零碎部件的损伤加剧。而对于轮对损伤来说，损伤的修复势

必会增加其轮对的旋修量，一旦超过标准限制，那么其轮对也必须要报废掉，这无疑使得轮对的使用寿命缩短了，也使车辆的使用成本增加了。

3.1.1 轮缘磨损故障

当火车车辆的轮对在止常的工作状态下，它的轮缘磨损程度通常不会太过严重，其磨损的原因也主要是由于火车在行驶过程中通过道岔和曲线时，为了保持平衡，车辆的轮缘必须要承受一个较大作用的水平力，从面与外侧的轨道内侧产生摩擦进行导致车缘出现磨损问题。当火车的转向架没有止确的组装，或者车辆的轮踏面有较为严重的磨损情况时，就会导致铁路的钢轨同车辆轮对之间出现不止常的相对位置，进面使得车辆在轮对运行的过程中会容易偏向于铁路线路的某一侧，从面造成严重的轮缘磨损故障。

3.1.2 轮对踏面和轮缘的常见故障

轮对踏面和轮缘的常见的故障通常包括磨损、裂纹、擦伤、剥离、局部凹入以及踏面存在熔化金属等等。下面就主要对其中的三种主要的故障情况进行简单的分析。

1.踏面的磨损故障

磨损故障主要是由于火车的轮对踏面在运行过程当中，因为其尺寸会沿养车辆车轮的半径方向逐渐减小面造成的。通常情况下，可以通过有关的检查器沿养火车踏面的基线部位对轮对踏面的磨损程度进行测量。影响踏面磨损的主要因素一般包括:车辆的载荷;转向架结构;车轮的材质、闸瓦质量、制造工艺以及车辆的运行速度等。

图7踏面磨损

2.踏面的裂纹故障

火车踏面的表层在进行滑行、制动或养空转行为时会因为摩擦作用产生大量的摩擦热能，导致踏面部位的金属器件被急剧的加热并迅速的向踏面的内、外部方向扩散和传导，从面造成火车踏面在精力长期温度的迅速上升和下降作用后产生裂纹。一般情况下，我们可以根据踏面温度的升高形式不同，将产生的裂纹分为两种形式，即:一种是由于踏面加热后所产生的热膨胀应力会因为塑性变形面抵消，在组织上不会出现明显的变化;另外一种则是踏面在经过加热后迅速的冷却，从面形成所谓的淬火效应，使得在踏面的表层产生硬化层。

图8踏面裂纹

3.踏面的剥离故障

剥离故障主要指的是在火车踏面的表层金属会以片状的形式剥落，从面在其表层形成不规则的小凹坑。通常我们可以根据剥离故障的产生原因将其分为两种类型，即热剥离和疲劳型录日离。

图9踏面剥离

3.1.3 辐板孔的裂纹故障

造成轮对辐板孔的裂纹现象主要是因为火车车辆在加载和提速后，没有及时的更换新设计的车辆，使得沿用之前设计的车辆在车轮材质和结构性能上都无法完全满足当前铁路运输的使用需求，从面导致火车轮对产生不同程度的辐板孔裂纹。

图10典型的辐板孔裂纹

3.2 轮对故障原因分析

3.2.1 轮对的磨损

铁道部实施火车提速、重载战略以来，火车运行速度由原来的5060km/h提高到70-80km/h甚至更高，目前行包车快运及集装箱班列已达到100-110km/h。载重由50t提高到60t,70t，甚至80t。同时，随着运输效率的不断提高，火车周转时间也由2002年的5.07天压缩到2009年的4.68天。提速、加载、高使用率使轮对在同一检修期内的磨损显著增加。

3.2.2 车轮制造新技术的研发及应用，有待进一步加强

既有铁路火车120km/h提速改造及专项技术改造效果明显。从06年、09年全路运用火车典型故障反馈情况对比得出:通过将近4年技术改造，制动梁裂损、侧架裂损、车钩裂损、尾框裂损、缓冲器裂损等故障大幅度下降。轴承钢保持架换装塑钢保持架和SKF轴承接触油封更换技术改造，车轮辐板孔车轮淘汰技术改造，使轴承故障、车轮辐板裂纹故障得到有效控制。而车轮制造新技术的研发及应用相对滞后，尤其是在提速、重载要求下，车轮抗擦伤、剥离、磨耗等方面材料性能的研发和改进有待加强。

3.3 轮对故障解决方法

3.3.1 踏面故障的解决措施

也就是说，轮对出现踏面擦伤主要是因为制动所引发的，因此想要将踏面擦伤问题加以解决，就需要加大改善其车辆的制动性能，同时还要加强提升司机操作水平，使其车辆检修人员的责任感得到有效增强，并且对车辆轮对的质量加以严格把控等。对火车制动机制动阀的阶段缓解作用进行适当增加，对其防滑控制作用也需要得到有效加强。对于其制动功能来说，还需要加强其稳定性的提升，并加强提升制动缓解波速，在对车辆空重调整手柄进行调整的过程中一定保证正确及时，相关人员在对制动机各部件进行检修的时候，一定要严格执行相关检修工艺，对制动行程进行适时的调整，加大铸铁闻瓦耐磨性的提升力度，其摩擦系数也应该得到有效的提升，此外，还需要进行合成闻瓦摩擦系数所具有的散热性和稳定性的提升，并做好闻瓦间隙的调整工作。使其制动机的阶段缓解作用增加，可以让车辆在制动后，在低速的时候，对制动力进行适当降低，进而起到让制动力和轮轨之间沾着力的匹配作用，避免车轮出现被抱死现象，加强对其制动机稳定性的提高，增设防滑装置，可以对缓解不良或者正常制动情况下的制动故障所导致的车轮滑行加以消除。为了使制动空走时间缩短，并且减小制动力，那么就需要提前制动或者利用缓解波速:进行闻瓦性能的改进，则可以使其初制动力得到提高，终制动力得到降低或保持。这不仅仅可以对车轮滑行有着有效合理的防治作用，还能避免车轮擦伤。

3.3.2 轮缘磨损故障的解决措施

对于使踏面和轮缘磨损速度得到有效降低的措施，可以在选择火车制动方式的时候，促进盘形制动、盘形与踏面制动的结合，加强现代制动技术的应用，例如电磁制动等。在对其进行检修的时候，检修人员除了要将各部件限度尺寸以及相关工艺加以熟练掌握，还需要对各部间隙进行合理调整，控制器车轮的切削量，进而保证其踏面的外形。此外，还需要加强车轮耐磨性能以及刚度的提高，也就是对车辆的性能加以不断优化。对于车轮踏面和轮缘的缺损故障，最主要的防治措施应该是加强对车轮材质以及相关制造工艺的提升，才能进一步地加强踏面腐蚀、剥离、擦伤等缺陷的消除，进而有效减小轮轨间的冲击力，还能合理地保持其踏面外型，

使其踏面与轮缘的偏磨得到减少甚至消除，并使其强度得到保持。对于避免车轮裂纹的防治措施还是应该加强车轮材质及其制造工艺的提升，最大限度使其材质内部缺陷得到有效减少，并通过改进轮辐结构的设计，使其轮辐厚度得到增加，并对轮惘厚度加以严格把控，保证轮惘厚度符合相关标准。

第4章转向架轴承常见故障原因分析及处理方法

4.1 轴承介绍

将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承（rolling bearing）。滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。

图11滚动轴承结构图

4.2 轴承存在的常见故障

4.2.1 剥离

剥离就是零件表面在高接触应力的循环作用下产生的金属片状剥落现象，一般多出现轴承内、外圈滚道面和滚子滚动面。剥离具有一定的深度和面积；通常呈现疲劳扩展特征的海滩状条纹。

图12剥离

4.2.2 保持架断裂

保持架断裂属于偶发性非正常失效模式。其产生原因主要有以下五个方面：保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少；润滑不良；外来异物的侵入；蠕变现象所谓蠕变多指套圈的滑动现象，在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。

图13保持架断裂