转向架的常见故障及原因分析

【项目描述】本项目主要介绍轨道交通车辆的转向架装置结构及功能；转向架的常见故障现象和原因分析；转向架的常见故障处理方法及预防措施等。

【学习目标】学习熟悉轨道交通车辆转向架装置结构及各部分功能；掌握转向架的常见故障现象和发生原因；掌握转向架的常见故障处理方法及预防措施等。

【技能目标】学习掌握轨道交通车辆的转向架结构；现场能够识别动、拖车转向架的不同之处；掌握常见转向架的故障现象，能分析故障原因并掌握一般的处理方法和预防措施。

【活动场景】在车辆检修车间现场讲解（或使用多媒体展示）城轨车辆转向架装置的组成。

【任务要求】掌握城轨车辆转向架装置的组成及主要功能。

【知识准备】

转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的装置，用来传递各种载荷，并利用轮轨间的黏着保证牵引力的产生，是城轨车辆最重要的组成部件之一。转向架结构性能的好坏，直接影响车辆的牵引能力、运行品质、轮轨的磨耗和列车的安全。

城市轨道交通车辆所采用的转向架，根据是否装有动力设备一般可分为动车转向架和拖车转向架两种。为了检修方便，满足相同部件的互换性，其基本结构相同，主要区别在于驱动系统。动车转向架由于要提供动力，通常配置牵引电机、联轴器、齿轮箱、齿轮箱悬挂装置等，这也是动车转向架与拖车转向架的主要区别，如图4．1和图4．2所示。

（1）转向架的主要功能

转向架的主要功能包括以下5个方面的内容。

①承受车架以上各部分质量。

②保证必要的黏着，并把轮轨接触处产生的轮轴牵引力传递给车架、车钩，牵引列车前进。

图4．1　动车转向架和拖车转向架对比图

图4．2　动车转向架驱动装置

③缓和线路不平顺对车辆的冲击和保证车辆具有较好的运行平稳性和稳定性。

④保证车辆顺利通过曲线。

⑤产生必要的制动力，以便使车辆在规定的制动距离内停车。

（2）转向架的组成（以动车转向架为例见图4．3）

图4．3　动车转向架的结构组成

总的来说，不同转向架结构差别也比较大，很多部件也不一样，但其基本作用和基本组成部分是一样的，一般转向架的组成可分为以下7个部分。

①构架。构架是转向架的骨架，承受和传递垂直力和水平力。城轨车辆转向架构架普遍采用H型轻量化、低合金、高强度钢板焊接结构。

②一系悬挂装置。一系悬挂装置是轮对和转向架构架之间的连接，传递的是轮对和转向架之间的驱动力和制动力。以轮对轴箱为固定的硬基础，在构架的垂向z、行车方向x和横向y这3个方向提供可靠的柔性定位支撑，缓和车辆行驶过程中轮对震动、冲击对构架的影响，为二系减震提供柔性平稳的平台，确保车辆运行的平稳舒适。目前，较为普遍的是采用圆锥叠层橡胶弹簧。

③二系悬挂装置。目前城轨车辆普遍采用空气弹簧，直接支承车体，具有降低车辆自振频率，保证车辆运行平稳性，提高车辆乘坐舒适性的特点。

④中央牵引装置。用以传递车体与转向架间的垂直力和水平力（包括纵向力如牵引力或制动力，横向力如通过曲线时的车体未平衡离心力等），使转向架在车辆通过曲线时能相对于车体回转。

⑤轮对、轴箱装置。轮对直接向钢轨传递车辆的质量，通过轮轨间的黏着产生牵引力或制动力，并通过轮对的回转实现车辆在钢轨上运行。轴箱是联系构架和轮对的活动关节，它除了保证轮对进行回转运动外，还能使轮对适应线路等条件，相对于车架上、下、左、右和前、后活动。

⑥驱动装置。将动力装置的功率传递给轮对，包括牵引电机、齿轮箱、联轴节及相关的固定、吊挂装置。

⑦基础制动装置。采用单侧踏面单元制动缸的制动方式。一般情况下，每台转向架有4个踏面单元制动缸，分为两个具有停放功能的踏面单元制动缸和两个不具有停放功能的踏面单元制动缸，采用高耐磨合成闸瓦。

【任务实施】

能识别动车和拖车转向架，掌握动车和拖车转向架的结构区别；识别转向架的各部分名称及主要功能；组成部件的安装位置等。

【效果评价】

评价表

续表

【活动场景】在车辆检修车间现场讲解（或使用多媒体展示）城轨车辆转向架装置的常见故障及原因。

【任务要求】掌握城轨车辆转向架装置的常见故障及造成的原因。

（1）转向架部件裂纹产生的部位；

（2）轮对踏面擦伤、剥离产生的原因；

（3）油压减震器的故障现象。

【知识准备】

转向架是承载车体质量和传递牵引力、制动力的重要部件，转向架发生故障应立即采取措施进行处理以保证运营安全。转向架故障有构架裂纹、轮对踏面异常磨耗、齿轮箱漏油等问题，故障产生的原因既有结构设计上的，也有制造工艺和材质选用以及安装质量的问题。城轨车辆转向架在我国经过多年的实践应用，反复进行过多次的设计改进，重大问题及大部分问题基本得到解决，但有些部件在运用中仍旧会出现一些偶然的问题，影响运营安全。

（1）转向架部件裂纹

转向架的构架采用焊接结构，由于焊接工艺、结构设计和运用环境等方面的原因，易在弯角处、吊座耳孔处、原有焊缝缺陷处等受力较大的部位产生集中应力，在往复载荷作用下易于出现裂纹。常见的裂纹部位主要集中在电机吊座上弯板及焊缝处、齿轮箱吊座牵引拉杆根部、齿轮箱吊座吊耳斜撑根部、齿轮箱吊座上盖板等处。因此，在日常检查中应对转向架电机吊座、齿轮箱吊座、牵引拉杆和制动缸安装座等重点部位重点关注，发现外表异常现象及时采取相应的处理措施。在实际运用中，如上海地铁发生多起电机吊座裂纹。最终调查分析原因是由于本身焊接工艺缺陷而产生的应力集中，车辆在运行中频繁的启动、制动，牵引电机在工作时，会对电机吊座产生相应的载荷，以及受线路的冲击，会引起牵引电机的震动。牵引电机吊座由于在长期频繁的交变载荷作用下，在应力集中部位产生了裂纹。在广州、深圳地铁均出现了车轮轴箱的一系弹簧座加强筋板处横向裂纹、ATC天线支架裂纹等，其原因均为制造工艺缺陷所致，如图4．4所示。构架裂纹主要原因有两点：

①构架弯角处断面尺寸的突然变化，易产生应力集中而出现裂纹，属制造工艺缺陷所致。

②焊接工艺不良产生内应力，焊接后未进行热处理消除残余应力，从而导致部件裂纹。

图4．4　转向架常见部件裂纹

（2）轮对踏面异常磨耗

近年来，城市轨道车辆车轮异常磨耗的问题在我国部分有地铁的城市出现较为频繁，导致部分车辆车轮寿命明显降低。据不完全统计，地铁车辆的车轮正常使用寿命可以达到5～10年，而由于车轮异常磨耗问题，使得车轮寿命预计降低至2～3年，给地铁车辆维护保障企业造成大量经济损失，增加了企业的维修成本。北京、上海、广州、南京、深圳等地铁公司的城轨车辆车轮踏面都曾发生过异常磨耗问题，异常磨耗表现形式主要包括车轮踏面出现沟槽、剥离、脱落以及踏面磨耗不均匀，出现失圆的现象。车辆踏面的异常磨耗直接影响车辆的安全运行，通过镟修可恢复踏面的原形。实际运营中有这种说法：“踏面磨耗不是‘磨’下去的，而是‘镟’下去的。”这样既降低了车轮的使用寿命，又提高了企业维护成本。

一般车轮踏面磨损的主要原因：一是轮轨接触磨损；二是制动闸瓦与踏面的滑动磨损。轮轨接触磨损又以在踏面的不同区域滑动程度分为滑动摩擦磨损和滚动疲劳伤损。滑动摩擦磨损发生在轮缘部位，与车辆的曲线通过性能有关；而滚动疲劳伤损则发生在踏面部位，以横向裂纹、剥离形式出现。影响轮对踏面异常磨损的因素很多，如轮轨材质、线路状态（曲线半径的大小、线路坡度、超高等）、运行速度、轮对和钢轨的断面几何形状、润滑方式、闸瓦材质、电气／空气制动转换时机等，都不同程度地影响轮对的磨损。

地铁车辆的轮轨磨损涉及运行安全性和经济性。我国地铁正处于快速发展期，由于地铁系统在线路条件、运用条件与干线铁路有较大的不同，一些没有在干线铁路系统中显现出来的弱点在地铁系统条件下明显显露出来。而有些问题是各国地铁标准不同，引进中没有加以吸收和消化，造成车辆与线路、车辆本身各子系统间相互的矛盾和不统一。有些问题是国内与国外地铁的运行条件不同，造成在国外地铁中没有显露出来的问题在我国高负荷运转的条件下充分暴露出来。有些是由于在引进车辆的同时，配套的车辆和线路的维护措施、相关标准及规范没有及时跟上而导致的不协调问题发生。诸多问题只有在众多专业技术人员的共同努力下才能积累经验，总结规律，找出根本原因。

（3）轴箱有异音

车辆在运行过程中，轴箱处出现异响的现象。原因其一是轴箱内润滑油缺少，致使轴承转动部件之间产生摩擦；其次是因为轴承部件损坏，造成轴承无法正常工作，产生异音。这种情况，潜在的危害性比较大，要及时找出原因并进行处理。

（4）一系橡胶弹簧发生蠕变

车辆静止状态下，车辆轴箱顶部和转向架止挡之间的距离超限，从而反映出一系橡胶弹簧的蠕变量过大。

橡胶是一种粘弹性材料，它表现为介乎弹性固体和黏性液体之间的所有性质，橡胶的性质对时间和温度有强烈的依赖性，其受力变形不仅和当时作用力大小有关，而且和温度的改变、力的作用时间相关，这就是橡胶的蠕变特性。一系轴箱弹簧为橡胶现金属钢板硫化而成，经过一段时间后可能会出现蠕变沉降的现象。弹簧发生蠕变超过标准尺寸后，转向架构架四角并发生偏差，使重的分配也会改变，也会影响牵引电机与联轴节的同心度，对运营安全影响甚大，因此要及时调整处理。

（5）轮对踏面剥离或踏面擦伤（见图4．5）

图4．5　轮对踏面擦伤

通常情况，列车在停车制动时，如果施加的制动力大于正常的黏着力，轮轨间黏着关系遭到破坏，车轮会被闸瓦抱死，列车在钢轨上就会出现打滑现象。轮轨间剧烈摩擦使轮对踏面形成近似椭圆形的伤痕，俗称轮对擦伤。摩擦产生的高温使踏面金属组织变硬变脆，在列车轮轨多次载荷冲击作用下，较浅的擦伤可能由于与钢轨磨耗而消失，较深或多次重复擦伤可能发展成为踏面剥离。另外，车轮本身的制造缺陷和制动热烈纹的产生也是踏面发生剥离的重要原因。轮对踏面擦伤主要有以下4个原因：

①电制动与空气制动配合上存在问题造成擦伤。

主要是车辆电制动在退出时与气制动补偿存在叠加，造成车辆制动力过大，引起擦伤。这种情况在新车调试期容易出现。通过修改牵引控制单元的软件可以避免。

②低速时的滑行造成擦伤。

一般情况下，停车过程低速时（车辆速度在10 km以下），由于制动系统速度识别、制动缸压力响应时间、单元制动缸响应时间等问题的存在，虽然制动系统也进行防滑控制，但控制不是很及时，因此如果发生滑行，将不可避免发生小的擦伤。另外，低速时使用高级位制动将加大发生滑行的几率。因此，建议司机在行车过程中，应尽量避免低速时使用高级位制动，避免滑行的发生。另外，有待制造厂商开发出适合低速时的防滑控制方法。

③轨面湿滑时的滑行造成擦伤。

雨雪天气会使得轮轨间黏着系数降低，制动力超过轮轨间黏着力时便会发生滑行，造成擦轮。对于此类情况不能完全避免，但通过司机在制动时轻揉操纵会降低发生轮对擦伤的概率。

④空气制动防滑控制功能失效。

空气制动防滑控制功能的故障（PCVF）会使得本车系统切除防滑功能，滑行发生时不再进行防滑控制，极易造成轮对擦伤。因此，积极预防和处理防滑故障是保障车辆安全运营的有效手段。

（6）齿轮箱漏油

齿轮箱体有漏油现象。如漏油处出现在上下箱体的分界面处，通常是由于分界面处的纸垫损坏造成的；如漏油处出现在齿轮箱固定螺栓处，通常是由于螺纹处漏油引起的。

（7）油压减震器漏油和减震器衬套损坏

油压减震器漏油，油压减震器外筒表面有油迹，如图4．6所示。如果初次发现减震器有少量油迹，可先用棉布将油迹擦去，待车辆运营一段时间后，再次检查减震器是否有油迹，如果没有油迹出现，可判断此减震器为假性漏油；如果油迹再次出现，则此减震器需要更换，持续泄漏将导致减震器功能降低；如果初次发现减震器出现大量油迹，则需更换减震器，并解体检查。

油压减震器漏油可参考图4．7进行处理。一般分为没有功能性损坏的一般污迹（状态如图4．7所示的1—4）、少量油膜可见的漏油（状态如图4．7所示的5—8）以及严重漏油（状态如图4．7所示的9—10）。当严重漏油时，如由于油封损坏，减震器在拉伸行程中吸入空气，从而达不到所要求的阻尼特性。这种情况下减震器必须更换。

图4．6　油压减震器漏油

图4．7　油压减震器漏油检查对比标准

图4．8　减震器衬套损坏

减震器衬套损坏或橡胶受损变形，如图4．8所示。长期运行中衬套可能变形为椭圆形或与设备眼／环不对心的情况。这可能是由于安装位置不正确（由于减震器顶部或底部超过了设计的行程），造成的非正常磨耗损坏，这种情况下则需要更换减震器。

（8）高度调整杆、安全钢索常见故障

高度调整杆是控制空气弹簧充气和排气的部件。在长期车辆运行过程中，可能会出现调整杆调节螺母松动的情况，如图4．9所示。调节螺母松动则会造成空气簧充气量偏差，影响车体高度及运行平衡性，在车辆日检中应给予特别关注。

安全钢索主要是在运行时限制车体摆动、防止因空气簧过充造成的车体高度超限，在使用中出现由于工艺压接的原因造成钢丝绳脱扣的情况，如图4．10所示。

图4．9　高度调整杆螺母松动

图4．10　安全钢索钢丝绳脱扣

【任务实施】

现场对转向架易产生裂纹的部位可识别判断；能够认识轮对踏面擦伤、剥离的现象；对转向架的高度阀能够进行调整、更换处理；能够分析转向架裂纹、轮对擦伤的原因。

【效果评价】

评价表

续表

【活动场景】在车辆检修车间现场讲述（或使用多媒体展示）城轨车辆转向架装置故障处理方法及检查预防措施。

【任务要求】掌握城轨车辆转向架装置的处理方法及预防措施。

【知识准备】

上一节讲述了转向架装置的常见故障，转向架质量是行车安全的重要保障，转向架维修检查是车辆的重点项目。转向架部件松脱、裂纹等问题将直接危急到行车安全，转向架轮对的磨耗、参数尺寸的变化，往往会因“量”的变化引起“质”的变化，所以运营维修单位要高度重视转向架故障，要有“故障无小事”的认识。转向架故障，首先要展开同类型部件的普查工作，确定是个性还是共性问题。其次要认真分析是设计结构的原因还是部件质量问题以及人为安装、操作的问题，找准问题的根源。平时要加强转向架各尺寸数据的监测，找到数据变化的一般规律。最后，转向架故障要立即采取措施进行处理以保证运营安全。

结合前面我们对常见故障现象及原因的描述，下面简单的对故障的处理方法进行阐述：

（1）转向架轮对踏面的缺陷故障处理

转向架轮对踏面经常会出现的擦伤、剥离，如果超过运用限度，就要进行镟轮处理，达到相关的标准。例如，我们规定的轮对擦伤限度如下：

①一处以上的大于40mm；

②两处以上的在20～40mm；

③四处以上的在15～20mm；

④轮踏面擦伤有严重槽沟则必须加工，深度大于1．5mm应进行镟轮。

剥离限度：

①独立的踏面剥离在圆周方向超过30mm的持续长度，深度大于1．5mm；

②两个或多个踏面剥离在圆周方向超过20mm的持续长度并且间隔不小于15mm，深度大于1．5mm。

轮缘数据测量：轮缘厚度为22～33 mm，轮缘高度为27～35mm。

轮径差：同一轴不大于1 mm，同一转向架不大于3 mm，同一辆车不大于6mm。

如果以上测量数据不在规定范围内，均需要进行轮对的加工处理，否则会影响转向架的运用性能，存在一定的安全隐患。

（2）转向架裂纹的故障处理

转向架构架及关键受力部件的裂纹要定期进行探伤处理，裂纹故障要引起足够的重视，如原因是结构问题，一定要进行有效的技术整改。小的裂纹故障通过补焊、加强等手段处理，大的裂纹故障则要整体更换。

（3）液压减震器漏油、齿轮箱漏油的故障处理

对于液压减震器漏油、齿轮箱漏油要定期进行跟踪、排查，确定是否本身安装有问题。液压减震器漏油严重的要进行更换，齿轮箱漏油要检查连接螺栓的紧固情况以及箱体的密封是否良好。

（4）转向架空气弹簧、一系弹簧表面缺陷的处理

空气弹簧表面出现划伤、鼓包的现象要引起足够的重视，严重的需要进行更换处理。一系弹簧橡胶件出现变形、坍塌、裂纹、破损及剥离、金属板明显脱离现象的也需进行更换。

（5）转向架紧固螺栓松动

转向架紧固螺栓一般都受力大，位置很关键，如出现松动的现象要及时进行紧固，按照规定的力矩要求进行处理。一般情况下要定期进行力矩校验工作，确保各紧固件良好。

（6）车辆地板高度偏低的调整

在车辆的使用中，车轮的磨耗、镟修会引起车辆地板面、车钩高的变化，为了调整车体和车钩高度，需要对二系悬挂装置和牵引装置进行调整。

空气弹簧的高度，可以由调整杆的长度来控制。空气弹簧的标准高度应为（200±2）mm，由于落车后该尺寸无法测量，因此，应通过测量车体底架的工艺块下面与构架的工艺块之间的距离来推测空气弹簧的高度。由于空气弹簧下面可能需要加垫调整，所以最终该距离要求为［（255＋t）±3］mm，此处t为空气弹簧下调整垫的厚度。

当需要调整车体高度时，如果仅调整高度阀调整杆的长度而不在空簧下部加垫，会造成空簧工作高度和空簧工作直径的变化，导致空簧不在其标准高度下工作，这是绝对不允许的。因此，当辗钢轮因车轮磨耗镟轮后，车体高度需要调整时，需要在转向架构架和空气弹簧下平面之间加调整垫，然后将高度阀调整杆的长度调整相应的长度。

调整垫厚度新造时可用从0～12 mm，当辗钢轮被加工后为0～36mm。同时需要在中心销座和枕梁之间插入相同高度的调整垫。

转向架故障，一是要定期进行相关尺寸的检测工作；二是要定期按照规定进行检查和维护工作。根据车辆检修规程，对转向架各部位进行日常的例行检查，尤其应关注关键部位，故障的多发部位应进行重点检查。下面是转向架装置的检查要点：

1）二系悬挂装置检修

①空气簧高度符合要求。

②高度调整杆调节螺母无松动，旋转灵活。

③安全钢索活动自如，钢丝绳无脱扣现象。

2）轮对轴箱装置检修

①检查轮对踏面擦伤、剥离未超限。

②降噪片安装良好。

③轴箱端盖螺栓无松动。

④轴箱与构架止挡间距符合要求。

3）牵引装置检查

①中心销间隙符合要求，大螺母无松动、开口销无缺失。

②横向止挡间隙符合要求。

③牵引拉杆无变形。

4）齿轮箱及联轴节

①齿轮箱吊杆螺栓安装紧固。

②联轴节安装紧固、状态良好。

5）基础制动装置

①单元制动缸应无漏风现象

②闸瓦安装良好，磨耗不过限。

6）转向架构架

①构架有无腐蚀、裂纹、冲击损伤。

②构架悬挂件（齿轮箱、牵引拉杆、牵引电机）安装座焊接点无裂纹，检查构架、轴箱、齿轮箱及吊杆、轮对及轴、牵引梁、联轴节等安装无松动。

7）齿轮箱油位及磁性螺塞的检查

①齿轮箱油位应符合要求，无渗油现象，油质无变色变质情况。

A．油量的确认。

在空载停车（运转停止后15min以上）状态下，根据油面计确认油面，若油位在接近下刻线，加油到上限刻度。使用超过上限刻度的油量易引起漏油，低于下限刻度会引起轴承烧损。

B．确认润滑油有无乳化、劣化。

由于存放时的结露、雨水浸入及雨期运行润滑油会乳化、变白色混浊。

驱动装置浸入水分后，润滑油劣化，产生锈蚀，是造成故障的原因。

从油面计的窗口观察，确认润滑油是否有乳化变色。特别是显著变黑的情况下，请进行磁性螺栓的检查。将确认异常的润滑油放掉，加入新油并用刷子清洗一次后再注油。

②给油磁性螺塞的检查。

因为给油螺塞带有磁性，因此，可通过观察吸附在它上面的小铁屑或磨损到润滑油中的铁粉来检查轴承和其他部件是否正常。

按要求定期拆下加油磁性螺塞，根据表4．1所示看是否有不正常的物质吸附在它上面。检查确认正常后，擦洗干净磁性螺塞并用生料带（没有使用过的）缠绕螺纹部分，然后按规定扭矩拧紧螺塞。

表4．1　磁性螺塞上的铁屑状态及可能的原因

【任务实施】

对转向架轮对踏面剥离、擦伤能够识别判断，并提出解决方法；能够按检查要点对转向架进行一般性的检查。

【效果评价】

评价表

续表

通过本章学习，掌握轨道交通车辆转向架装置结构及部件功能；掌握转向架装置常见故障现象和发生原因；掌握转向架装置常见故障的处理方法及各部件的检查要点。

1．举例说明轨道交通车辆转向架装置常见的故障现象，并提出对该故障的处理措施。

2．叙述轮对轴箱装置及齿轮箱的检查要点。