動車組底蓋板鉚釘性能調(diào)查 

周 洋

(青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司,青島 266111)

        摘  要: 本文對動車組底蓋板鉚釘性能進(jìn)行調(diào)查研究,該研究是在正式運(yùn)營線路的動車組上實(shí)施的,通過測量底蓋板的加速 度和應(yīng)力等方法,試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)營過程中大部分時間底蓋板會出現(xiàn)劇烈的振動。為了降低安全事故的出現(xiàn),通過增加橡膠支撐和增加不銹鋼鉚釘?shù)姆椒▉斫鉀Q振動問題。

        關(guān)鍵詞: 底蓋板;鉚釘;振動;加速度;安全; 

        中圖分類號:TB534+.3        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        動車組良好的技術(shù)狀態(tài)是進(jìn)行安全有序運(yùn)營的重要保證,對動車組車輛進(jìn)行及時完全的檢修保養(yǎng)是保證車輛技術(shù)狀態(tài)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(xiàn)象, 但是通過外觀很難準(zhǔn)確地判斷出一些零部件的狀態(tài),常常會出現(xiàn)一些隱藏性故障, 一旦某一時間點(diǎn)集中爆發(fā), 會給動車組的運(yùn)營帶來極壞的影響。為此動車組研發(fā)設(shè)計(jì)企業(yè)會對易爆發(fā)故障的風(fēng)險(xiǎn)部件進(jìn)行一定的技術(shù)測試和評估,以達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)控制的目的,從而保證動車組運(yùn)營的安全性。

        動車組幾乎所有的電氣設(shè)備都懸掛在車體上,同時為了保證所懸掛設(shè)備的防水、防塵和防擊打等考慮,在下部及側(cè)面都增加保護(hù)板。按照行業(yè)的叫法,下面的保護(hù)板稱之為底蓋板,側(cè)面保護(hù)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(shè)備之間一般會有一定的空隙。本文主要對動車組設(shè)備艙底蓋板處的鉚釘通過試驗(yàn)的方法進(jìn)行了技術(shù)評估。

1 試驗(yàn)分析

1. 1 試驗(yàn)搭建

        試驗(yàn)選用2330mm×1780mm 的底蓋板樣件進(jìn)行試驗(yàn)。 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(yīng)力和壓力載荷。試驗(yàn)分靜態(tài)和動態(tài) (最高試驗(yàn)速度200km/h) 兩個工況。測試試驗(yàn)傳感器型號清單如表1。

1. 2 試驗(yàn)工況

        靜態(tài)工況: 在車輛靜止?fàn)顟B(tài)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(xù)記錄底蓋板樣件上的加速度測點(diǎn)數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)獲 得樣件振動特性。

        動態(tài)工況: 車輛運(yùn)行前, 各測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行清零,開始記錄數(shù)據(jù)。車輛運(yùn)行過程中,連續(xù)記錄各測點(diǎn)數(shù)據(jù)。 其中動態(tài)試驗(yàn)按正式運(yùn)營的速度進(jìn)行試驗(yàn)。通過列車車載系統(tǒng)獲得列車速度曲線, 200km/h速度級占總速度級的

50%左右。數(shù)據(jù)處理時通過平均修正獲得各速度級動態(tài)特性。

表1  測試設(shè)備 單位: 個

測試點(diǎn)布局如圖1:

圖1  測試點(diǎn)布局圖

1. 3 試驗(yàn)結(jié)果

        靜態(tài)工況加速度測點(diǎn)進(jìn)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(tài)工況下200km/h速度級加速度和應(yīng)力進(jìn)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(yùn)動。

        試驗(yàn)說明,底蓋板樣件在正常運(yùn)營時,在相當(dāng)長的時間內(nèi)發(fā)生了共振現(xiàn)象, 且由于樣件系統(tǒng)阻尼較小, 致使共振發(fā)生時,對激勵的放大能力強(qiáng),振動劇烈。劇烈的振動對鋁鉚釘產(chǎn)生了高疲勞載荷,極易導(dǎo)致鋁鉚釘斷裂。

圖2  靜態(tài)工況下加速度的FFT曲線

圖3  動態(tài)工況 (200km/h速度級) 加速度的FFT曲線

圖4  動態(tài)工況 (200km/h速度級)應(yīng)力的FFT曲線

2 改進(jìn)方案

        為了降低安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn), 采取了兩種改進(jìn)方案。

        第一,在底蓋板和懸掛設(shè)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?shù)钠谳d荷。

圖5  原樣件和改進(jìn)后對比響應(yīng)曲線

        第二, 在劇烈運(yùn)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(shù)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(zhì)鉚釘性能對比表 單位:mm或者N

3 總結(jié)

        本文對動車組底蓋板鉚釘性能進(jìn)行調(diào)查研究,發(fā)現(xiàn) 了鉚釘存在的斷裂的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn), 實(shí)施了科學(xué)有效的改進(jìn)方案。因此動車組定期的技術(shù)檢測手段越來越重要,可以有效地發(fā)現(xiàn)列車存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn), 可以達(dá)到降低風(fēng)險(xiǎn), 避免事故的發(fā)生, 保證列車安全可靠的運(yùn)營。

參考文獻(xiàn)

[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(xué)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.