DF4D型(半悬挂)机车转向架构架局部裂纹的原因分析及处理_

1、第研卷增刊12 0 0 7年1 0月铁道机车车辆RAU胛AYI。0 COMO T T V E &C A RV 0 t .27S u p p 1 , 1O c t . 2 0 昕文章编号：1 008 7842 （2 0 0 7） S I-0 0 0 8 0 4D F 4 D型（半悬挂）机车转向架构架局部裂纹的原因分析及处理丁凤铁，石永生，刘锡泉.王惠玉（大连机车车辆有限公司技术中心，辽宁大连1 1 6 0 2 2）摘要DBD型（半悬挂）机车2 t U 4年8月在转向架构桨局部处发现裂纹， 为此采用了有限元分析、动力学仿真计算、静强度及疲劳强度试验、线路动应力测 试、现场应急处理等手最介绍

2、了裂纹产生的原因、试验结论。及时制定了机务段 改造、中修、大修、新造等方案及处理措施。解决了这一危及行车安全的问题。关 键词D F 4 D型（半悬挂）机车；构架；裂纹；原因分析；试验结论；段改；中 修；大修；方案中围分类号：U 2 6 2 . 3 3 1文献标志码：A我公司生产的D F 4D型（半悬挂）机车于2 0 3 4年8月在转向架构架局部 处发现裂纹后，公司根据铁道部、中国北车集团各级领导的指示做了大量的工作.对机务段运用机车及入我公司大、中修机车也作了彻底处理，保证了该型机车的正 常安全运营。为更好的提高该型机车大、中修的质量，消除构架裂纹给行车安全造 成的隐患,本文将有关情况汇总如下

3、：I现车的处理及改进工作裂纹发现于丰台机务段、原天津机务段的DF k型（半悬挂）机车构架的中间 轴上拉杆座后端与补板连接处（见图1 ）。第27卷增刊I 2007年10月文章编号：1008-7弘2 ( 2007) Sl-000fDF皿型（半悬挂第27卷增刊1 2007年10月文章编号：1008 - 7842 (2007)S1-CDF4D型（半悬:图1裂纹位置三维圈对该处裂纹的处理分别作了以下几方面的工作1o 1理论计算与试验（1）裂纹发生的机理原因分析及改进方案评估（2）改进方案构架的静强度 及疲劳强度试验；（3）改进方案构架的动应力测试；（4）现有机车构架的补强 处理。火2 U 0 6年机车动

4、力学及强度学术年会论文丁凤铁（1 9 6 3-）男.辽宁黑山人。教授级高级工程师（收稿日期1.2补强处理现有机车的补强处理分为机务段改造、中修、大修及新造等几个环节进行。（1）普查及机务段改造2 0 0 4年8月2 6日收到丰台机务段就D F 4D型（半悬挂）机车转向架构架局部出现裂纹的传真后，立即派设计师、工艺师赴机务段了解情况，查看出现裂纹的部位及裂纹程度，现场就 此处裂纹分析原因将处理办法以书面的形式向段方做了解释，并由公司立即派人按 焊修方案对构架进行焊修处理。随后.公司先后派出两批62人次专业检查人员就 全铁路1 1个铁路局（公司）、3 5个机务段的1 2 7台货运机车、5 6 0台

5、客运机车进行了全面普查，并进行了应急处理，保证了春运的安全运营。（2）新造对构架裂纹处进行了改进设计（见图2）。固2改进设计方案三维圈增刊1D F 4 D型（半悬挂）机车转向架构架局部裂纹的原因分析及处理9具体改进措施为：加大补板尺寸，将原来焊缝应力集中点消除。加焊新的补强板。增加新 的三角筋板。（3）中修、大修增刊1DF4D 型进机务段中修及轻大修、进公司中修及大修的D F 4D型（客、货）运机车构 架应首先进行探伤并消除裂纹.再将中间轴上拉杆座后端的补板铲掉，按改进后的 图纸进行补强。2对构架裂纹原因分析及改进后的评估为了彻底搞清构架裂纹原因及改进后的效果，切实保证运用安全可靠，公司决 定

6、针对这一问题进行4方面的工作，即两个试验和两个计算，由试验结果和理论分 析对改进构架作出科学的评估。2.1裂纹原因分析D F 4。型（半悬挂）机车转向架构架的设计是采用了 D F 4 B、C的成熟结 构.构架结构基本与DF4B、C相同。考虑到机车牵引力增大后，机车牵引吨位增刊1和速度都有增加，从而引起构架的受力增加，设计中对相关断面进行了补强。但由 于构架局部在设计和工艺上考虑不周.主要是二位横梁与侧架交接处的三角筋板焊 接起弧处与拉杆座补板有1 5 mm的间隙，该点有明显的应力集中（如图3）,此 处又是多条焊缝的集合点，因而导致了构架局部产生裂纹现象。DF*d 型（a）改进前（b）改进后图3

7、二位横粱与侧架交接处的三角筋板改进后，加长了三角筋板的长度（加长6 5）,将连接点移至拉杆座补板处，消除了应力集中.又增加了节点刚度的协调性。为了确认改进方案的效果.对改进方案进行了三维有限元计算分析.并对原方 案与改进方案的计算结果进行比较分析，经分析在裂纹部位，原方案应力为1 5 9 . 4MP a,改进方案该处为1 1 5 . 7MP a,应力下降了刀. 4 %,改进方案效果明显（见图4）。2 . 2新造车构架静强度和疲劳强度试验为保证改进后构架的安全可靠，公司按照改进后的设计制造了一个构架，按T B / T 2 3 6 81 9 9 3内燃、电力机车转 向架构架静强度试验方法及内燃机车

8、3轴转向架构架静强度试验大纲和内燃机车3轴转向架构架疲劳强度试验大纲，由铁道科学研究院机车车辆检验站作了静强 度和疲劳强度试验。(a)原方案(b)改进方案图4原方案、改进方案的三维有限元计算结果比较经各种工况下的静强度试验及6 0 0万次循环的疲劳试验，改进设计后的构架 静强度及疲劳强度试验结果符合规范要求。2.3对原方案和改进方案构架做线路动应力试验该试验是对改进后的补强方案进行动应力测试与疲劳强度评估，以验证补强方 案的可行性。试验于2 0 0 5年4月1 2日1 8日由我公司与铁道科学研究院机 车车辆研究所、北京铁路局原天津机务段共同完成。试验选取了D F 4 v 0 1 1 6 号客运

9、机车，其中一个转向架构架进行了补强，另一个未补，该机车已走行1 77 . 1万km。试验在天津一 山海关和天津一济南铁路正线进行，走行1 3 0 0 1 | 1 1 ,全程记录6 2个测试点。采用T B/T 1 3 3 5 1 9 9 6铁道车辆强度设计及试验鉴定规范和O R EB 1 2 / R P1 7 (Standard! sationo fWa g om)进行疲劳强度评估。由试脸结果得出以下结论：(1)各测点的最大应力小于材料的许用应力。(2)在存活率9 0%以下。1 4号测点的预测寿命为3 0 9万Ion,其他测点的预测寿命均大于3 7 0万km (见图5)。(3)转向架改造后，1

10、7号和3 8号测点部位的疲劳强度较未改造有所降低，预测寿命均大于3 7 0万k m(见图5)。2.4构架静强度和疲劳强度的有限元分析为了校核补强方案比原方案强度水平提高的效果，根据T B/ T 2 3 6 81 9 9 3内燃、电力机车转向架构架静强度试验方法,我公司采用AN S Y S 7 . 1有限元计算分析软件对补强前后的两个构架进行了静强度和疲劳强度分析。计算表明补强方案裂纹部位在各计算工况条件下的应力值均比原方案有明显下降，各计算工况应力下I 0铁道机车车辆第刀卷II/F =W圈5测点部位降均在2 5 %左右。两种方案的整体应力分布基本相同，其最高应力均在许用 应力范围之内。根据以上

11、分析，建议采用该补强方案。从构架材料的疲劳极限图中可见.如果焊缝部位处理得好，能够消除焊接残余应力，则所有关心部位的节点应力幅值均在所允 许的安全范围之内。2.5构架疲劳寿命的预测和分析根据D F 4 D型（半悬挂）机车的动力学参数.建立该机车详细的动力学模型.包括各个悬挂和支撑点，通过给定线路状况的模拟，分析机车转向架在常用和典型曲线以及带有不平顺 直线线路的动力学响应,得到相关点的动态载荷，以时间或历程作为载荷的计算方式。利用现有的D F 4 D型（半悬挂）机车转向架有限元模型（考虑关键部位的焊接影响），得到单位载荷下构架的动应力/应变。将得到的动载荷按照构架的实际结构和约束方式，施加到构

12、架的有限元模型上，利用F E F a t 1 g u e进行虚拟的疲劳寿命分析。通过分析得出该构架上危险截面和疲劳寿命的分布。通过上述工作得出的结论是补强后的D F 4 V型(客、货)运机车构架基本上满足运用上的要求，对于现车结构来说补强方案 是一种非常有效的措施.建议各机务段、大修工厂立即实施。3珊k型(半悬挂)机车构架局部裂纹处理方案3.1在机务段的机车改造方案(1)在原构架与补板连接的侧架下盖板和立板处将油漆打磨掉，进行磁粉探 伤或着色探伤检查。(2)对存在裂纹的部位.先按裂纹处两端延伸方向距裂纹点5 一处用电钻钻出色5 mm的止裂孔。(3)在构架中间轴上拉杆座后端与补板连接处的立板和下

13、盖板上分别焊接一块垫板进行补强。田6构絮结构简圈豳7构颦的局部视图材科：啦站-圈8垫板1多丫b x 4 5O2 9 0材料：Q蠲一A圈9筋板1斗十，一增刊1【F 4。型（半悬挂）机车转向架构架局部裂纹的原因分析及处理圈1 0构桨局部视圈I圈1】构絮局部放大圈a 1 6f景loo翻12垫板2圈13筋板2其余AAI : 1(4)在构架中间轴上拉杆座后端垫板的上方增加1块加强三角筋板；具体参 照图6图1 2O3 . 2中、大修机车构架的补强方案进公司大修的D I，4D型(客、货)运机车构架首先进行探伤。探伤后的构架如果发现裂纹则按下述方案进行修复：(1 )将该处补板铲掉。(2)在裂纹处用砂轮或其他方

14、法切割出1 0 1 1 1 1 n、宽1 5mm的坡口。(3)在裂纹的终端钻H5一孔，防止裂纹延伸。(4)用E 5 0 1 6焊条焊修坡口，焊好后将焊缝磨平。(5 )在原补板处焊接图1 3所示筋板2。(6)在上述基础上按机务段改造方案中(3)一(4)项要求进一步进行补强。如果构架探伤后没有发现裂纹则按下述方案进行修复：(1 )将该处补板铲掉。(2 )在原补板处焊接图1 3所示筋板2。(3)在上述基础上按机务段改造方案中(3) , (4)项要求进一步进行补 强。4结语目前，部分进入工厂大修的D F 4 D型(客、货)运机车均已按上述方案对构 架进行了处理，经过1年多来的运用表明，处理后的构架满足

15、运用要求。参考文献1肖守讷，等. D F 4 D型机车转向架构架结构静强度与疲劳强度评估分析.SU字第2O7号R .成都：西南交通大学，2 0 0 5.2傅秀通，等.D F 4D型机车转向架基于动力学的疲劳寿命计算报告，E s P 2 0 0 5 0 2 0 2-0 2 R .北京：北京奥斯普科技有限 公司，2 0 0 5.3 傅秀通.等. D F 4 D型机车转向架基于实测动应力的疲劳寿命计算报告，E s P加0 5 0 2 0 2 0 2 R .北京：北京奥斯昔科技有限公司，2 0 0 5.Anal y s 1 s a n d T r e a t m e n t t co tD F 4 D

16、 (HaftSuspension:Yong 一慨，L/UX/ quan, WD I N G F e n g一啦，S 1A N G H u / -"(T e c h n o 1 o g yCenter, DalianL 0 d v eandR D 1 dit S t o c kWorks, Dal 1 an1 16022L1 aoni ng, Chi n a)脑：D F 4 D (XII% s p e n s i o n) 1 m附 v e 妇 1 o c a 1 虹WI f o undooAugu III 2004 . B y 咄血 0e 1 e m e n t m e 1 hod,蝴 m班“缸g u eN&讪XII,咄如画c蛹附a I d击哪峨oo叫,圳VfflmB 1 LIII t r e a n d I 8m d 幽 i s 缸拐 i . T h eoo I m 妇 deP 吐 Itpair, i I _ t e 1 HR di咖唧幽I d a n d油d1 s 叫路 e曲edfoDF4Dl o c o m o t 1 v e r e p a J J j n d e tailK e）唧咂困:i F b （ I 1 a M哪矗 P 毗fit i 蛔）1 o c e n 娃 i v e