货车车轮辐板裂纹的原因及防范措施

1 问题的提出 为适应国民经济的发展,满足货运市场的需求,铁路货车快速化、重载化已成为当前货车发展的必然趋势.车轮故障已成为影响货车发展的重要因素,其中车轮辐板裂纹问题尤其突出.据不完全统计,轮对辐板裂纹(含辐板孔裂纹)数占轮对总数的30%左右.轮径越小的轮对辐板及辐板孔裂纹越多,并且裂纹越深越长.从材质上看,辗钢轮辐板裂纹(含辐板孔裂纹)占辗钢轮对的33.21%,占辗钢轮辐板故障的85%以上.大部分裂纹为辐板孔两端沿圆周方向的裂纹,少数为辐板孔上下径向裂纹,辐板孔裂纹占辐板裂纹轮对数量的90%以上;铸钢轮辐板裂纹占铸钢轮对的0.2%左右,其裂纹位置在辐板与轮辋的过渡处,呈圆周方向.     

φ840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件。分析结果表明:辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的。单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况。这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义。     

840D车轮辐板孔边裂纹扩展机理分析

利用有限元法对840D货车车轮在长坡道制动工况下产生的温度场、热应力场进行分析,进而得到裂纹在扩展过程中应力强度因子的变化规律。分析表明:裂纹在穿透辐板厚度之前,裂纹的扩展以内侧周向扩展为主,并且稳定扩展;裂纹在穿透辐板厚度时,由于沿辐板厚度方向的裂纹尖端Ⅱ型应力强度因子存在突变,可能导致裂纹产生不稳定扩展突变;裂纹在穿透辐板厚度之后,由于内侧裂纹的Ⅱ型裂纹应力强度因子持续增加,外侧裂纹的Ⅱ型裂纹应力强度因子大于Ⅰ型裂纹应力强度因子,但都小于内侧裂纹的Ⅰ型裂纹应力强度因子,因而裂纹仍以辐板周向扩展为主,但裂纹扩展的方向稳定性变差,裂纹可能向轮辋扩展。     

Ф840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前Ф840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件.分析结果表明：辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的.单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况.这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义.     

轮对扩展辐板部位探伤技术的升级改造

列车提速后轮对辐板部位裂纹增加,需要对轮对辐板部位探伤,为此进行了扩展辐板部位探伤的改造。     

轮辋厚度对货车车轮辐板孔裂纹萌生时间的影响研究

车轮温度和应力的分布对车轮寿命有重大影响。分析轮辋厚度与车轮使用年限、辐板孔裂纹率的关系。采用有限元法模拟长大坡道制动热应力和轮轨机械应力随轮辋厚度变化的规律,建立考虑轮辋厚度的辐板孔裂纹萌生时间预测模型。结果表明:坡道制动工况与机械载荷工况的组合作用是车轮辐板孔边产生高应力的主要因素;车轮辐板孔应力随轮辋厚度的减小而增大;机械应力与热应力叠加是导致辐板孔裂纹萌生的主要原因。预测的疲劳裂纹萌生时间与实际情况比较接近。     

840D车轮辐板孔裂纹扩展速率的统计分析

通过对现场调查获得的3 974个840D车轮辐板孔裂纹数据进行分析,表明不同辐板孔裂纹长度下的裂纹形成时间可以用双参数威布尔分布来描述,形状参数可以取为常值;在辐板孔内侧裂纹长度小于和等于35 mm时,平均裂纹扩展速率与裂纹长度成正比。给出了840D车轮辐板孔平均裂纹扩展速率的计算公式。得出当裂纹长度为5,10,15,20,25 mm时,平均裂纹扩展速率分别为4.4,8.8,13.3,17.7,22.1 mm.年-1。     

铁道机车车辆车轮辐板孔裂纹脉冲电磁检测

随着铁路运输向高速重载方向发展,机车车辆出现大量的车轮辐板孔裂纹,导致车轮崩裂,严重影响铁路运输安全。由于车辆运行中车轮表面极度污染,常规无损检测方法不能有效检测辐板孔裂纹。经多年研究试验,采用脉冲电磁技术成功解决了车轮辐板孔裂纹检测难题,辐板孔表面不需打磨即可探伤,检测灵敏度高,长度测量准确度好,在所试验的车轮中无漏检现象,适用于现场和野外作业。     

简讯

车轮辐板除锈机车轮辐板除锈机是清理车轮辐板表面锈蚀作业的重要工装设备,车轮辐板除锈作业是车轮辐板裂纹检查作业的前道工序,车轮辐板表面除锈质量直接关系到探伤作业有效进行。     

坡道制动条件下840D车轮辐板孔裂纹扩展速率的研究

针对大秦运煤专线840 D车轮辐板孔裂纹情况,就坡道制动工况下从确立车轮载荷条件入手,采用有限元数值模拟机械应力及热应力,然后把计算结果叠加采用断裂力学方法,分析辐板孔边疲劳裂纹萌生和扩展的载荷条件以及裂纹的扩展速率。     

机车铸钢轮心疲劳裂纹超声波检测

简要分析了机车铸钢车轮轮心疲劳裂纹产生原因及位置，提出了超声波探伤检查的可行性，并介绍了疲劳裂纹检测方法和工艺要点。试验证明铸钢轮心完全可以用超声波探伤检测辐板和轮毂根部裂纹。     

对检修轮对组装标准进行修订的建议

目前,在铁路货物运输车辆中使用的车轮,有85%左右的车轮是HD型整体辗钢车轮;在这些车轮中,1995年6月以前生产的车轮全部都有辐板孔,1995年6月以后生产的车轮仍有部分有辐板孔。车轮在制造过程中,有的辐板孔圆周上常存在裂纹,在使用过程中,由于车轮受到来自车体、钢轨和制动等各     

机车整体辗钢车轮裂损及探伤方法

简要分析了机车整体辗钢车轮裂纹产生原因及位置,介绍了整体车轮踏面和辐板探伤方法及存在的问题,并提出了对新制车轮和在役车轮探伤时的注意事项.     

840D车轮辐板孔裂纹成因的强度及疲劳分析

采用大型通用商业分析软件Abaqus及Ansys,计算840D车轮在典型工况下的应力分布。计算分析表明:在坡道制动、机械载荷和停车制动3种典型工况作用下车轮辐板孔外侧处于受压状态,内侧处于受拉状态,而且应力幅值较大,是疲劳薄弱点;坡道制动工况与机械载荷工况的组合作用,是车轮辐板孔边产生高应力的主要因素;在相同制动工况下,车轮辐板孔边应力随着轮辋厚度的减小而增大,随着辐板孔向轮辋偏移量增大而增大;机械载荷工况与坡道制动工况的组合作用是导致各种车轮辐板孔疲劳裂纹萌生的主要原因;机械载荷工况与停车制动工况的组合作用对车轮辐板孔边萌生疲劳裂纹的影响相对较小。     

ZQDR—410型牵引电动机换向器侧端盖的强度试验

ZQDR—410型牵引电动机(简称410电机,下同)的换向器侧端盖(称小端盖,下同)在运用中经常发生辐板断裂或贯穿性裂纹。迄77年6月统计,各段共有49起,严重地影响了东风_4型内燃机车的行车安全。调查资料表明,出现上述故障的电机有半数以上是第2位和第5位的,断裂端盖辐板的厚度在8～12毫米范围内,裂纹全是沿端盖内侧工艺凹台加工元角处发展,在机车运用7～15万公里后产生(见本刊77年第5期)。通过对断裂     

车轮辐板疲劳强度分析的工程方法

为了探讨评价车轮辐板疲劳强度的工程方法,文章在分析现有各种方法的基础上,通过理论分析和实际计算,提出了简明适用的辐板疲劳评定方法:在轴对称车轮的有限元分析中,只需对车轮任一径向截面进行加载计算,分析所有工况下最大和最小主应力方向的应力循环,就能够找出辐板的最大动应力,进而通过Haigh形式的Goodman疲劳曲线对辐板安全性进行判断。     

机车辐板式直齿轮啮合刚度计算及传动优化

为减小机车齿轮传动质量,保证高速运行稳定性,根据分析力学方法和应变能原理给出一种辐板式直齿圆柱齿轮传动的啮合刚度计算方法.通过对不同辐板和轮缘厚度、辐板孔径和孔数齿轮啮合刚度的分析,找出辐板结构对啮合刚度的影响规律;同时在保证机车齿轮强度条件下,以辐板结构参数为设计变量,利用多目标遗传算法对大齿轮质量和啮合刚度波动因子...     

反辐板机车轮的生产研制

反辐板机车轮因其辐板形状与常规车轮相反,故称反辐板车轮。本文分析了反辐板机车轮的结构特点,结合成形设备选择成形工艺路线。用商业有限元软件MARC/Superform数值模拟了反辐板机车轮成形过程。合理设计热轧变形工艺参数,保证辐板成形形状,精确设计各部分尺寸余量,从而使这种具有异常形状辐板的车轮加工成形。     

铁路货车车轮磁粉探伤方法研究

论述磁粉探伤机原理和探伤方法。针对货车车轴表面疲劳裂纹缺陷,阐述和分析采用3000型磁粉探伤机对车轮轮毂、辐板、轮辋进行磁粉探伤检查,提出修订轮对检修工艺,增加车轮探伤内容;对3000型磁粉探伤机进行技术改造;增加车轮探伤功能和建立故障反馈机制,并进行质量追溯建议。     

两种评定准则下的车轮疲劳强度分析

分别采用基于单轴疲劳理论的车轮疲劳强度评定准则和Dang-Van多轴高周疲劳评定准则2种方法,对同一车轮进行疲劳强度计算,比较2种方法的安全度和适用范围.结果表明:车轮疲劳强度在2种评定准则下均满足要求,车轮的疲劳危险区域位于轮缘侧辐板孔边中间位置,其中使用单轴疲劳准则评定辐板更偏于安全,而Dang-Van多轴高周疲劳准则适用于辐板孔的评价.