机车车辆弹簧端圈结构形式分析
电力机车总体及走行部-弹簧
广泛使用
吸振性能强
螺旋弹簧 空气弹簧
பைடு நூலகம்
具有高度调节能力， 用于城轨车辆和动车组列车的二系弹簧悬挂装置中
2.安装在转向架构架与轴箱之间的弹簧悬挂装置称为一系悬挂装置，也称为轴箱悬挂装置。安装在 车体和转向架构架（或者摇枕和构架）之间的弹簧悬挂称为二系悬挂装置，也称为中央弹簧装置 或摇枕弹簧装置。
二系悬挂装置（中央弹簧装置）
一系悬挂装置（轴箱悬挂装置）
3.转向架上常用的弹簧主要有板弹簧、螺旋弹簧、橡胶弹簧和空气弹簧四种。
A.保压：正常载荷时，h=H， 进排气通路均关闭，保压；
B. 充 气 ： 增 载 时 ， 车 体 下 沉 ， h<H，进气阀打开，充气增压使车 体上浮至h=H,进气阀关闭；
C. 放 气 ： 减 载 时 ， 车 体 上 浮 ， h>H，排气阀打开，放气减压使车 体下沉至h=H,排气阀关闭。
总结
1.弹簧悬挂装置的作用是： （1）当机车车辆行经线路不平顺处或因轮对缺陷而发生振动和冲击时， 可以缓和冲击； （2）使同一转向架的各轮对之间重量分配均衡，使各轮对的轮载荷在 各种线路条件下，不致相差过大。
“维稳”的“哼哈二将” ——弹簧
引起火车振动的原因
车轮通过轨缝
轨道不平顺
钢轨擦伤
车轮擦伤
台风
“维稳”的哼将——弹簧
弹簧的工作原理
人体动能 弹簧势能
人体动能 内能
m h
动量mv=冲量FΔt
m h
沙发模型 F ↓Δt↑ 屁股没事！
板凳模型 F ↑Δt↓ 屁股疼！
弹簧的作用
弹簧悬挂装置的作用主要有： ①当机车车辆行经线路不平顺处或因轮对缺陷而发 生振动和冲击时，可以缓和冲击，衰减振动； ②使同一转向架的各轮对之间重量分配适当，使各 轮对的轮载荷在各种线路条件下，不致相差过大。
和谐内5型机车三位轴箱弹簧折断分析
和谐内5型机车三位轴箱弹簧折断分析摘要HXN5型机车在我段投入运用以来，机车三位轴箱弹簧经常出现折断故障，给机车正常运用带来了安全隐患。
本文对HXN5型机车三位轴箱弹簧折断原因进行了深入的分析并制定防止折断措施。
关键词HXN5型机车；轴箱弹簧；折断分析2009年5月至今哈尔滨机务段陆续配置了300台和谐内5型机车（以下均简称为HXN5型机车）。
该型机车是由美国GE公司设计戚墅堰机车厂生产的交流传动机车，具有功率大、牵引力大、油耗低、排放低、检修方便等特点。
同时新型号机车投入运用一年来也暴露出了许多设计和质量上的问题，特别是机车第三位轴箱弹簧经常折断。
给机车正常安全运用带来了很大的安全隐患。
下面就对造成机车第三位轴箱弹簧经常折断的原因进行深入分析和探讨，并制定防止断裂的措施。
1 故障现象2011年1月份~2月份HXN5型机车出现了9起轴箱弹簧折断故障，严重影响了机车安全运用，通过对故障机车进行全面检查，发现有以下故障共性。
1）多数断裂发生在三位轴箱弹簧；2）三位轮对轮缘基本不磨耗；3）三位轮踏面磨耗凹陷严重；4）三位轴箱横动量比较小；5）弹簧折断部位基本在每一有效圈。
2 弹簧断裂分析2.1 弹簧断口位置及断面分析发生弹簧折断的位置是机车1、3、4位轴，其中6起发生在机车的三位轴箱上。
根据断口照片显示，机车轴箱弹簧发生断裂的部位均在弹簧上端1-1.5圈位置如图1所示。
从图1可看出轴箱弹簧折断位置基本相同，裂口形状大置也相同，说明轴箱折断由同一原因所致。
由断口可以看到，弹簧断裂全部发生在第一有效圆，从断口形状分析，断口下部分为疲劳断面，可见由交变应力作用产生的海滩纹，断口海滩纹以上区域快断粗瓷性断口。
断口处有一处剪切唇。
2.2 轴箱及轴箱横动量对弹簧的影响经过对折断弹簧所在轴位轮对踏面形状观察，发现轮对踏面磨耗极不均匀，主要集中在踏面中间，向内凹陷严重。
机车轮对在钢轨上即要做滚动运动，为了使轮对踏面能够均匀磨耗还要做蛇行运动。
转向架悬挂系统螺旋压缩钢弹簧关键参数设计探讨
收稿 １期 ： ￣７ ０ — ７ ３ ２ － ４ １ － 作者简介 ： 伍玉刚 ， 高级工程师 ，９ ２年毕业于上海交通大学机械制造专业 ， １９ 现从事机车转向架设计 开发工作 。
一
１－ ０
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伍玉刚 等 ・ 转向架悬挂 系统螺旋压缩钢 弹簧关键参数设计探讨 ・０ ７ ２ ０ 年第 ５ 期
进的弹簧设计 理论 ，对 弹簧几个关键参数 的设计计算方
法进行 了探讨 ， 并列举 了一 个计算实例 。
形式 １末端并紧且磨平 ：
邀
形式 ２ 末端锻扁 、 紧且磨平 ： 并
１ 端部结构和支撑圈数
一
图 １ 弹簧端部的结构形式
、
二系悬挂钢弹簧都是采 用较大直径 的棒 料热卷
支撑 圈的圈数一般没有严格 的规定 ， 目前我 国普遍
Ｏ 引 言
目前机车车辆 的一 、二系悬挂系统的 弹性元 件普遍 采用的是螺旋 压缩钢弹簧 ，其特点是结构简单 ，特性稳 定 ， 能提供较大 的静挠度 。但 由于机车车辆 的特殊性 ， 并
钢弹簧 的设计不同于普通用途 的弹簧 ， 必须专 门设计 。 设 计 的主要 内容包括 ： 根据总体分配的载荷 、 挠度和结构尺
维普资讯
第３ ０卷 第 ５期
２０ 年Байду номын сангаас９月 ２ 日 ０７ ０
电力机车与城轨车辆
ｃｒ ￣ ｏ ｔ ｅ ｔｉ Ｌ ｍｏ ｉ ｓ＆ Ｍａ ｓ Ｔ ａ ｓｔＶ ｈ ｃｅ ｃ ｖ ｓ ｒｎ ｉ ｅ ｉ／ｓ ・
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ５ １３ ． Ｓ ｐ ． ０ｈ， ０ ７ ｅ ｔ２ ｔ ２ ０
应至少是 中径 Ｄ的 ０ ３ ， ． 倍 以避免局部接触造成 表面损 ３ 伤和应力集 中。 图 １ 以看 出， 从 可 形式 １ 的接触线为两个 圆柱 面的交线 ，而形式 ２的接触线 为圆柱面和平 面的交
HX_D3型电力机车弹簧停放装置故障原因分析及改进措施
排出， 排风 口只有 塞门和 弹停 脉 冲 阀两 个排 风 口。产生 弹停故 障后 ， 司机用操 纵 台上 的弹停控 制开 关 能将 弹簧 停 车装置 正 常缓解 ， 明弹停 脉 冲 阀动作 。 说 因为 弹停 脉
潘 小 芳 （ ９ ９ ） ， 北 衡 水 人 ， 程 师 （ 稿 Ｆ 期 ：Ｏ ｏ １ —３ ） １ ７ 女 河 工 收 ｔ ２ ｌ 一 １ ｏ
将 弹 停 装 置 缓 解 ， 明 弹 停 脉 冲 阀 产 生 了 动 作 ， 一 步 说 进 将 故 障 原 因锁 定 在 弹 停 脉 冲 阀 上 。 弹停 脉 冲阀结 构示 意 图如 图 ２所 示 。机 车正 常 运
停 脉 冲阀 一 双 向止 回阀 一 减压 阀 一 塞 门 一 弹 停 制动缸 。此 时弹簧停 车装 置处于缓 解状态 。 当机 车停放 时 ， 弹停 装置作 用 。如果 通过 弹停 脉 冲 阀作用则 弹停 制动 缸 中的压 缩 空气 由弹停 脉 冲阀 的排
弹停 脉 冲阀 产生 “ 用 ” 作 的动作 过 程是 电磁 阀 ２得 电， 动铁芯 上移 ， 制风进 入作 用端 腔体 ， 动主 阀 向缓 控 推 解位 移动 ， 而使 Ａ，） 从 （ 连通 ， 弹停 制动 缸 中的压 缩 空 将 气排 人大气 ， 弹停 脉 冲阀处 于作 用位 ， 停装 置作 用 ， 弹 弹 停脉 冲 阀动作 瞬间 内部 示意 图如 图 ３所示 。 （ 转第 １ ９页 ） 下 ０
（ ）为 确认 是 否 为 电 信号 干 扰 而 导致 弹停 脉 冲 阀 ２ 动作 ， 控制 弹停脉 冲阀产 生作用 的信 号线 从 弹停 脉冲 将 阀一端 断开 ， 车 再进 行 运 行试 验 ， 停 装 置 的非 正 常 机 弹 作 用仍 再次发 生 。故 障发 生 后 司机 用 弹 停 控 制开 关 可
转向架轴箱弹簧及轮对结构分析-CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD-CAE设计
动车组设计大作业CRH2动车组轮对与轴箱弹簧CAD/CAE设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺: 所呈交的毕业设计（论文）, 是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知, 除文中特别加以标注和致谢的地方外, 不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果, 也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体, 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名: 日期:指导教师签名: 日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定, 即: 按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版, 并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下, 学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名: 日期:学位论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名: 日期: 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索, 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名: 日期: 年月日导师签名: 日期: 年月日摘要:在我国, 铁路是国家的重要基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具, 在交通运输行业中起着主导性作用。
第三模块弹簧悬挂装置 (2)分析
1
了解弹性悬挂装置
2 掌握轴箱的功能与结构组成
3
掌握I 系悬挂装置的功能与结构
4
II系悬挂装置的功能与结构
了解弹性悬挂装置
弹性悬挂装置
弹性悬挂装置，包括弹性元件和减振器，机车动力性能的好 坏，与该装置的结构型式、参数选择密切相关。现代电力机 车都采用两系悬挂装置来减小整个机车弹簧装置的合成刚度， 增大机车的总静扰度，改善机车在垂向、纵向和横向的运行 平稳性，减小机车对线路的动作用力。
弹簧悬挂装置主要包括弹簧和减振器 减振器
为了吸收振动过程中的能量，通常在 弹簧悬挂装置中装有减振器。最常用的 减振器有摩擦减振器和液压减振器两类。
摩擦减振器
摩擦减振器 主要用于货车
转向架（图3），有时也用
于某些机车转向架。摩擦减
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振器的主要优点是结构简单,
成本低,制造维修方便。但是 它的阻力随接触表面的状态，
弹簧悬挂装置主要包括弹簧和减振器 弹簧
转向架常用的弹簧主要有板弹簧、 螺旋弹簧、橡胶弹簧和空气弹簧四种。
板弹簧
螺旋弹簧
又称叠板弹簧。用一片片预先弯成一定弧度 机车车辆弹簧悬挂装置中使用最广泛的一种
的簧片垒叠而成，中间用簧箍束紧。各簧片 之间的摩擦力可以衰减振动，所以不需要外 加减振器。板弹簧由于制造工艺复杂和维修
空气弹簧
利用空气的可压缩性实现弹簧作用。空气弹簧通常由弹簧本 体、附加空气室和高度控制阀三部分组成（图2）。弹簧本体用 橡胶制造。空气弹簧的主要优点是：由于高度控制阀的作用， 当车体重量缓慢变化时可以保持车体高度和空气弹簧的容积不 变；弹簧刚度可以借助于附加空气室的容积进行选择；在弹簧 本体和附加空气室之间设一节流孔，能起一定的减振作用。主 要缺点是结构比较复杂，制造成本高，目前只限于在少数客车 上使用。
09级CRH2动车组轮对与弹簧设计解析
12012年12月18日CAD/CA 设CRH2动车组轮对与轴箱弹簧 •iiaM吏:班级 学号 姓名车辆091XXX XXX随着列车速度的不断提高，对转向架性能的要求越来越高。
与传统转向架相比，保持高速运行稳定性、充分利用轮轨之间的粘着和减轻轮轨相互作用力是动车组转向架特有的任务和技术关键。
转向架可以说是铁道车辆上最重要的部件之一，它直接承载车体重量，保证车辆顺利通过曲线。
同时，转向架的各种参数也直接决定了车辆的稳定性和车辆的乘坐舒适性。
尤其是轮对装置，轴箱弹簧。
从而保证转向架的各个部分有足够的强度，稳定性。
本文将以CRH2动车轮对与轴箱弹簧研究对象，建立有限元模型。
并对产生结构进行分析。
其相关参数如表二。
CRH2型动车组转向架的丄要参数1、制造工艺过程修正下料7端部加热7锻尖7加热7卷绕7淬火7回 火7强化处理（喷丸、强压、渗碳）7磨平端面7试验或 验收。
2、用三段直线扫描法绘制轴箱外弹簧弹簧是由簧条圆绕三条首尾相连的直线扭转而成的，故其造型过程为：先绘制三条首尾相连的直线，再绘制簧条圆，然后利用扫描特征中的沿路径扭转命令依次创建弹簧基体，最 后利用拉伸切除特征创建支撑圈。
如图 1所示CRH2轴箱外簧。
其基本参数如表一所示灿 £阳".”一2：-1 •由窘•已 <? \ 0 pJ .. 0 r 4 踊豪 警彎I □ .-A 小釦常購悬鮒荃砂」 ,,0 ■ © L * * F ■■ b 衽酥'活 翌 I Sffl I ：-科］DimJtpert I 賊野黑 1 ginwiinn f'*T轴脚2•噸外«逊心_£秋!0 1>]3f5ffl WAJil*iz 合全fl$«晦而 &上豳itffi 番启般唯而 it .用点 畑辛1£③却 S 圖理ft 抽机（一 ）轴箱弹簧CAD/CAE分析、轴箱弹簧（外簧）的CAD/CA 分析项目内圈簧 外圈簧簧条直径/mm 26 41 簧ffl 直径/mm 143 220自由高度/mni 240256压紧高度/mm 153.4 180.4 总圈数/#效圈数64/4.4 4恥9旋向 左右弹性系数/kgf/niin 单35,52 91.51总127.03 横向弾性系数 /kgfymm 》 S 000 8 000 应力修正系数1.278 L286「嘴.# 氐<■-常・图1.1三段直线扫描法轴箱外簧UXLUA ——二、CAE分析1.受力分析：弹簧下端受到轴箱支撑面的支持力，上端受到簧上质量的压力，分析时可简化为一端固定，另一端受到向下压力作用。
转向架轴箱钢弹簧端部结构对使用性能的影响分析
大连交通大学学报
Vol．40 No．2
2019 年 4 月
JOUＲNAL OF DALIAN JIAOTONG UNIVEＲSITY
Apr．2019
文章编号： 1673-9590（ 2019） 02-0109-04
架轴箱钢弹簧也全部为端部碾尖结构，端部支撑 圈数为 1．7 ～ 1．8 圈．
图 1 某型动车组转向架轴箱钢弹簧布置形式
1 故障情况介绍
某型动车组转向架轴箱钢弹簧布置情况如图 1 所示，一系悬挂采用拉杆定位形式，单组钢弹簧 组成结构如图 2 所示．
该动车组轴箱钢弹簧采用弹簧钢材质中综合 性能较好的 51CrV4，钢弹簧端部采用压并磨削的 方式处理，支撑圈数为 2． 25 圈． 国内既有普速客 车转向架轴箱钢弹簧端部几乎全部为碾尖结构， 且支撑圈数为 1．5 圈； 国内其它主型动车组转向
轴箱钢弹簧（ 又称一系钢弹簧） 装配在机车 车辆转向架轴箱与构架之间，其作用主要体现在 两个方面： 一是使车辆的质量及载荷比较均匀地 传递给轮轴； 二是缓和因线路的不平顺、轨缝、道 岔、钢轨磨耗和不均匀下沉，以及因车轮擦伤、车 轮不圆、轴颈偏心等原因引起车辆的振动和冲击［1］．
一般情况下，机车车辆转向架轴箱钢弹簧采 用圆钢棒料热卷而成，弹簧端部采用碾尖磨削或 压并磨削的方式进行处理，以适应两端的安装接 口．本文以某动车组转向架轴箱钢弹簧断裂故障 的调查处理为例，通过分析及试验，对比钢弹簧端 部不同结构对使用性能的影响．
图 2 单组弹簧组成结构
该动车组运行于北方某客运专线，近年来陆 续发生多起转向架轴箱钢弹簧断裂故障，断裂位 置均位于钢弹簧接触线尾部，同时在接触线以外
* 收稿日期： 2018-01-23 作者简介： 王安国（ 1979－） ，男，高级工程师，学士，主要从事轨道车辆转向架研发设计 E-mail： wanganguo@ cccar．com．cn．
机车转向架弹簧裂损及探伤分析
簧数 量 为 ６ ９个 ， 簧 裂损 的 机 车 主要 是 Ｓ ４型 。 ４ 弹 Ｓ ２ Ｓ 、Ｓ ）Ｓ ３ Ｓ ４和 Ｓ ６ Ｓ Ｂ等 车 型 的 弹 簧裂 损 率 突 出 ， 比
Ｓ７ Ｓ ７ Ｓ Ｃ、 Ｓ Ｄ和 Ｓ ７ 等 车 型 的 弹 簧 裂 损 率 高 出许 ＳＥ
多。
２ １ 裂 损 原 因 分 析 ．
中 图分类 号 ： ＴＭ ０ ． ３ １２ 文献标 志 码 ： Ａ
ＺＨ ＡＮ Ｇ ｍ ｉ Ａｉ ｎｇ
Ａｎａ ｙ ｉ ｆ Ｌｏ ｏ ｏ ｉ ｅ Ｂｏ ｉ ｒ ｎ ａ ｋ ａ ａ ｌ ｓｓｏ ｃ ｍ ｔｖ ｇ ｅＳｐ ｉ ｇ Ｃｒ ｃ ｎｄ Ｆｌ ｗ
（ ’ ｎＲａｌ ｙ Ｖｏ ａ ｉｎ ｌ＆ Ｔｅ ｈ ｉａ ｎ ｔ ｕｅ Ｘｉａ ｉ ｗａ ｃ ｔ ａ ｏ ｃ ｎｃ ｌ ｓｉ ｔ ．Ｘｉａ １ ０ ４．Ｃｈｎ ） Ｉ ｔ ’ ｎ７ ０ １ ｉａ
用 了弹簧 结 构 。Ｓ ７ Ｓ ７、 大修 技 术 规 程 和 Ｓ ７ Ｓ Ｅ机 车 的轻 大修 规 程 要
型机 车多 次发 生 弹 簧 断裂 故 障 ， 给机 车 运 行 安 全 带 来 了很大 的 隐患 。宝鸡 机 车检 修厂 从 ２ ０ ０ ９年之后 ， 对 所 承修 的机 车 转 向架 弹簧 进 行 了探 伤 ， 效 地 防 有 止 了弹簧 断裂 故 障 的发 生 。本 文 主要介 绍对 弹簧 开 展 探 伤 以来发 现 的 问题 ， 分析 其产 生 的原 理 。 并
机车车辆圆柱螺旋弹簧技术条件
机车车辆圆柱螺旋弹簧技术条件机车车辆圆柱螺旋弹簧是机车车辆中重要的弹性元件，其技术条件涉及到材料、尺寸、工艺等方面。
下面将从这些方面逐一介绍。
1. 材料选择：机车车辆圆柱螺旋弹簧的材料选择应满足一定的要求，主要包括弹性、耐疲劳性、抗腐蚀性和可焊性等。
常见的材料有优质碳素钢、合金钢和不锈钢等，其中强度和耐疲劳性较高的合金钢在高速铁路等重载条件下更为适用。
2. 尺寸设计：螺旋弹簧的尺寸设计直接影响其弹性和承载能力。
设计时需考虑弹簧直径、线径、圈数和自由长度等参数。
弹簧直径和线径的选择应根据所需的弹性和承载能力来确定，圈数则影响整个弹簧的长度和弹性。
自由长度是指弹簧在无外力作用下的长度，应根据实际需求进行设计。
3. 工艺要求：机车车辆圆柱螺旋弹簧的制造工艺要求高，主要包括弹簧线材的选取、制作工艺和热处理等。
弹簧线材应满足一定的强度和韧性要求，制作工艺应保证弹簧的稳定性和可靠性。
热处理是弹簧制造过程中重要的一环，可以提高弹簧的强度和耐疲劳性。
4. 功能要求：机车车辆圆柱螺旋弹簧的功能主要包括承载、减震和保持力等。
承载能力是指弹簧在受力时能够承受的最大力量，应根据实际需求来确定。
减震是指弹簧在机车车辆行驶过程中对震动和冲击的缓冲和吸收作用，要求弹簧具有一定的减震效果。
保持力是指弹簧在受力结束后能够保持的力量，要求弹簧具有一定的保持力。
5. 使用与维护：机车车辆圆柱螺旋弹簧在使用过程中需要定期进行检查和维护，主要包括检查弹簧的弹性和外观，及时更换损坏的弹簧，确保其正常工作。
此外，还需要对弹簧进行防腐处理，延长其使用寿命。
总结：机车车辆圆柱螺旋弹簧是机车车辆中重要的弹性元件，其技术条件涉及到材料、尺寸、工艺等方面。
合理选择材料、设计合适的尺寸、严格控制工艺要求以及定期进行检查和维护，可以确保弹簧的正常工作和长久使用。
在机车车辆领域，圆柱螺旋弹簧的应用发展将继续推动行业的进步。
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４ ５ ｏ 方 向断 裂 ．属于典 型疲 劳 断 Ｅ ｌ ，疲 劳源位 于 端 圈 与相 邻 有 效 圈接触 部位 ．分 析 为 接触 疲 劳
断１ ３
后 磨 痕
两 磨 痕 交 界 点
疲 劳 瞬 疲 劳扩
贝 纹 区
前 磨 痕
疲 劳 源
ｈ）
５ 机 车弹 簧断 口位 置及 螂痕 形 貌
根 据具体 的应用情 况选 用正确 的端部 结构 形式来 保 证铁路运输 的安全 性
２ 弹 簧 断 裂 基 本 情 况
国 内某 机 车 上及 高速 动 车 组 装 配 的 轴 箱 弹
簧端 圈结 构 为 圆截 面 并 紧 磨平 ．动 车 组 轴 箱 为
哈 大线 高铁 开 通 １年 ～ ２年 内 出现 十 余 起断 裂 失 效 事故 ．机 车 轴箱 弹簧 在新 出厂 ２年 ～ ３年 期 间
弹 簧尖 缝 ．可 以达 到 适 当减 小 弹 簧接 触 应 力 的
目的。
这 就是 我 们 所 谓 的 弹簧 由于 承 受横 纵 向交 变载
即端 部截 面为矩 形并 紧磨平和 端部截 面 为圆形并 紧磨 平 两种 ．但 具体 采 用哪种 端 圈结构形 式
更好 ．并没 有统一认 识 本文 通过对近 几年 电力机 车及 动 车组 弹簧使 用 失效 的分析 ．并采 用 ｃＡ Ｅ有 限元分析 方法 ．研 究端部 结 构形式 对弹簧在 使 用过 程 中支撑 圈端部 与相邻 有效 圈之 间
罔 ２ 动 车 弹簧
Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｌ 研 讨 园地
躁∞ 搬 距 ． ０
机 械
工
３ 失 效 样 件 形 貌 分 析
检 测均满足相 关标准及设 计要 求。
业
标
准
对失效 样件复原 测绘 ．确定 样件失效 前几何
尺寸 。分析弹簧 断 １ ３及磨 痕宏观形 貌 ，初步确定 弹簧 失效原 因。同时确定 样件三维 模型 ，用于进 行弹簧 动态有限 元分析 。
化 与 质
』亘
里
１ ）通 过样 件复 原 测绘 ，去 除测 量误 差 ，可 以确定弹簧 失效前蠕 变量很小 。
２ ）如 图 ３ 、 图 ４所 示 ， 断 １ ３ 沿 近 似 切 线
接 触 形 式 及 接 触 应 力 的 影 响 、
关键词 机 车车辆弹簧 端部 结构 矩 形 圆形 失效
１ 引 言
机车 车辆弹 簧是承担车 体 、构 架重量 和缓冲
线路对 轮对 与车 体 的冲 击 ．以减 小线路 对构 架的 动作用 力 ，提高 车辆运 行的安全 性和平 稳性 ，直 接影 响铁 路运输 的安全 。近年来 弹簧在 使用过 程 中失效 大多发生 于弹簧 工作 状态 下支撑 圈端部 与 相 邻有效 圈之 间接 触部位 ，所 以弹簧加 工时 ，应
研讨 园地 『 Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ Ｄｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
机 车车辆 弹簧 端 圈结构 形 式分 析
天津 中车机 辆装备 有限公 司口赵 国亮 王 军 谢 峰
摘
要 目前 国 内机 车 车 辆 用 钢 制 螺 旋 压 缩 弹 簧 ， 弹簧 端 部 结 构 主 要 采 用 两 种 结 构 形 式 ．
尾 尖 较近 处 磨 痕 深 度 明显 小 于 较远 处 ．弹 簧 疲效 圈 处 ．断 Ｉ ： ３ 疲 劳 源也 正 位 于该 两 处 磨 痕 的 交 界 点位置
致在 线 接 触 区域 发 生不 均 匀磨 损 。两 个部 分 的 临界 点 则 起 到 支撑 作 用 ．在 受到 垂 向及横 向交 变载 荷 共 同作 用下 ．弹 簧 与 支撑 圈 相 邻 的有 效 圈绕 着 该 支 点 发 生扭 转 运 动 ．在 交 变 载 荷作 用 下 ．该 有 效 圈 在 支 点位 置 产 生较 为集 中的 交 变
发现 ３ ０余起 断裂 事故 ．通 过 对失效 事 故进 行现
场 考 察 ，发现 多起 弹 簧 失效 形 貌 极 为相似 ，且 冬 季 为 失 效 高发 期 ．断 １ ３多发 生 于 弹 簧 下端 圈 正 常 线 接 触 中 间部 位 。且 有 明显 接 触 磨 痕 ，见
图 １ 、图 ２
４ ）对 断 Ｉ Ｚ １ 的微 观 及理化 分 析 。未见 超标 夹
杂 物 ，化学成份 、硬度 检测 、脱 碳层 检测 、金相
二二】噩
研 讨 园地 ｌ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ
接触 应 力 。最 终 从该 支点 发生 接触 性疲 劳断 裂
触 磨 损 。 一般 情 况 下 。在 正 常 的 单独 纵 向交 变 载 荷 作 用 下 ．弹 簧 在 其 接触 区域 的 磨损 应 是 均
贝 纹 区
匀 的 。但 是 从 图 ５ ｂ ）可 以看 出弹 簧端 圈与相 邻
疲 劳 源
Ｉ 矧 ４ 动 军弹 簧 宏 观疲 劳断 口彤貌
有效 圈 的接 触 区域 磨 损 量 是不 一致 的 。分 析 认
为弹 簧 在 承 受 正 常 的轴 向 交 变载 荷 时 ．弹 簧 端
３ ）如图 ５所 示 ，弹 簧端 圈 与相邻 有效 圈 接
触 线 有 明显 接 触 磨 损 ，且 磨 损 不均 匀 ，距 弹 簧
圈 与相 邻 有 效 圈 的接 触 应 力是 随载 荷 的 变化 而
渐 变 ．但 是 由于弹 簧 在 受 到垂 向 交 变载 荷 作 用 的 同 时 ，还 可 能 受到 横 向交 变载 荷 的作 用 。导
５ ）通过 上 述宏 观形 貌观 察 与分析 ，弹 簧 失
３ 机 车弹 簧宏 观疲 劳断 口形 貌
效 前 并 未 发 生 明显 蠕 变 ．所 以可 初 步 判定 其 失
效 不 是 由于弹 簧 材 料 本 身强 度 不 足 引起 的 但
瞬 断 区
扩 展 区
是 在 弹 簧端 圈与 相 邻 有 效 圈 间发 生 了不 均 匀 接