动车组用撒砂口弯管断裂故障分析及优化

动车组用撒砂口弯管断裂故障分析及优化

刘虹志 季晓冬 姚岳 石超、赵常宇

中车长春轨道客车股份有限公司检修运维事业部工程技术部 吉林长春 130062

摘要：撒砂装置作为动车组制动系统重要组成部分，它可以在恶劣条件下通过撒砂装置改善轮轨接触面的工作环境改善粘着系数有效防止轮轨问相对滑动的产生，可以提高动车的运行安全。砂口弯管的出现断裂故障会严重影响动车的运行，因此作者进行了详细的调查分析，以确定断裂故障的根本原因。同时，制定了有效的优化和改进方案。本文通过对管道弯曲故障的详细调查，结合理化分析，模拟计算等手段，确定管道弯曲断裂的具体原因，并通过试验制定合理有效的优化方案。 验证和仿真分析，以达到预期的效果。

关键词：动车组 撒砂口弯管 故障 优化

前言

轨道车辆撒砂装置安装在车轮附近的转向架上，出砂管指向轨道表面。它使用沙子来增加车轮和履带之间的摩擦力，缩短制动距离并增加摩擦力。随着机车牵引力的增加，对机车附着力的要求越来越高，现在铁路上使用的许多和谐电力机车上普遍采用差速打磨装置，主要用于轮轨接触处启动和制动撒砂处理可增加车轮与履带之间的摩擦系数，防止发动机空转和滑行。压差打磨装置的结构为：打磨箱的上部设有弹性的防水密封盖，下部设有打磨单元，连接螺母和打磨管等。通常进行打磨采用的肘部内部结构是在砂管上采用卡套式结构，将卡套先安装在中央螺母上，然后将螺母预先安装在砂管上，然后将打磨压力单元从砂套和螺母之间的沙子中取出，在拧紧螺母并拧紧的过程中，将卡套上的刀片按钮扣切成沙子，它们相互咬合产生塑性变形，通过锯齿状的网眼防止沙子管掉出来，其他卡套中央略微拱起，产生的弹性效果有助于避免应力松弛。但实际上，随着机车高速运转，在剧烈振动的过程中容易产生拉力，造成砂管脱离连接螺母，也容易松开连接螺母，使砂管与连接螺母松动。这将直接导致撒砂系统的故障，给运行中的机车带来安全隐患，而更换破损的撒砂管不能从根本上解决问题，造成一定的浪费。除此之外，在机车运行过程中还会发生动车组用撒砂口弯管断裂故障，这种情况很可能造成机车停运的风险，因此不仅仅需要注意动车组用撒砂口弯管出现松动状况更加需要注意其发生断裂故障。

一.动车组用撒砂装置

1.1结构

喷砂弯头布置在喷砂嘴的侧面。 端部设计有凹槽，可通过夹具与喷砂软管连接。 另一端通过螺纹与喷砂嘴安装块连接。 调节弯头相对于安装块的角度后，使用后螺母锁定弯头，转动垫片翻边以防砂后螺母。 弯头的连接螺纹为M18 x 1.5，内径为12mm，螺纹路径为16.376 mm，理论壁厚为2.188mm，背螺母的安装扭矩为50N.m。

1.2撒砂装置功能描述功能说明

制砂装置的原理是，通过压缩空气连接管，主气缸的压力空气通过隔离塞，泄压阀，到达干燥电磁阀（和制砂电磁阀），最后流入制砂装置。由火车控制系统执行打磨动作。

1.3撒砂单元组成部分

撒砂单元有两个空气入口：首先由干燥电磁阀的进气口进入加压空气，用于干燥沙粒；

第二次通入喷砂电磁阀，使压力空气流通，用于喷砂箱，带有特殊的砂箱盖，带有抗压保护密封，喷砂加热器用于加热喷砂管，避免冻结低温下的沙管，砂光弯管由不锈钢制成，元素含量应符合欧标1.4301的材料要求

1.4动车组用撒砂作用

制动是火车的主要也是最重要的工作条件之一。 随着the速度的增加，车轮和钢轨之间的附着系数随着初始制动速度的增加而减小。 当the在制动过程中遇到雨水，雪，油脂和其他杂物时，车轮与钢轨之间的附着系数会降低，从而导致车辆滑动以及车轮与钢轨的磨损。 喷砂制动器是在轮毂和轮轨表面之间喷洒干燥的石英砂，将破碎的颗粒插入轮轨接触表面，提高轮轨的附着系数，减少轮滑制动的方法， 其可靠性在苛刻的工作条件下，广泛应用于国内外的高速列车中。

二.动车组用撒砂口弯管断裂故障的原因分析

一般动车组用撒砂口弯管断裂在在大量的点状非金属夹杂物中弯曲断裂，断层和沙口弯曲管材的打磨原因分散在某些链条或条中，从而降低了材料的疲劳性能 ，同时将螺纹的底部弯曲到梯形结构，过渡更加尖锐，容易引起应力集中。 当螺纹根部出现材料缺陷时，会产生早期疲劳裂纹，并且在施工过程中疲劳断裂会逐渐扩大。

三.动车组用撒砂口弯管断裂故障的理化分析

断裂的宏观形态，贝氏体组织清晰，断裂表现出典型的疲劳模式，属于疲劳断裂。裂纹的根部产生裂纹。金相分析，材料中有大量的点状非金属夹杂物，分布不均匀，有的呈链状或条状分布，有的出现在螺纹根部，导致材料和结构的疲劳强度降低；同时，弯曲螺纹的底部是梯形结构，过渡比较尖锐，容易引起应力集中，在疲劳源的位置观察到了点夹杂物，该点已经脱落并形成了两个方形凹坑。在另一种视野中，点夹杂物是链轮状-像颗粒。测试结果表明，这些夹杂物在疲劳裂纹的产生和扩展中起着重要作用。

四.进行优化设计

在明确故障产生的原因后，针对性地制定了优化方案,一是弯管采用国内太钢品牌的不锈钢,材质符合国标0Cr18Ni9材质要求;二是对弯管结构进行了优化,具体如下所述。

4.1增加弯管的壁厚

18mmx3mm不锈钢无缝钢管到18mmx4mm不锈钢无缝钢管增加了弯曲的结构强度； 同时，为了减小肘部螺纹处的力，缩短了肘部的长度，并减小了悬臂的长度

4.2优化螺纹形状

为了消除应力集中，对优化和改进的撒砂弯头进行了试验验证和模拟强度计算。

4.3撒砂试验验证

通过喷砂嘴的目视观察，喷砂嘴的速度没有显着差异，并且喷砂嘴似乎没有被阻塞。通过喷砂试验，喷砂量无明显变化，符合产品设计要求。振动和冲击测试验证

经过优化的飞溅物要经过IEC 61373-2010的“车轴安装设备”和“ 3级测试”的要求。结果符合要求。

4.4进行化学成分测试

在优化的打磨弯头上进行化学成分分析。如表4所示，元素含量满足国家标准0Cr18Ni9

的材料要求。

4.5进行仿真分析

对于优化的打磨喷嘴弯头，根据IEC 61373-2010第3类安装条件（冲击加速度：100g）进行了力仿真分析：最大应力为35.56mpa，位置为螺母附近的弯头。根。弯头使用的材料是0Cr18Ni9不锈钢（屈服强度：205 MPa，抗拉强度：520 MPa），可以满足三种安装类型的要求；结构使用要求。

4.6结论

通过仿真分析，优化的撒砂弯道可以满足三种安装结构的要求。通过打磨试验验证了优化的打磨弯头，打磨量没有明显变化，满足了打磨量的要求。通过试验验证，可以看出优化的撒砂弯头结构可以满足实际工况的应用要求。

五.结语

综上所述，动车组在恶劣的轨道环境下，动车组用撒砂装置在动车的启动与制动过程中，可以提高车轮与钢轨之间的附着力是重要的组成部分，动车组用撒砂口弯管装置对撒砂的正常运行和安全性具有重要意义。本文简要介绍了动车组用撒砂口弯管的应用以及维修检修的方法，对动车组用撒砂口弯管的设计及相关技术改造和优化具有一定的参考意义。

参考文献：

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[2]蒋红果,徐红星撒砂装置在低地板车辆上的应用技术探讨，2013.

[3]TB/T 3254-2011 机车、动车用撒砂装置[S].2017年4日1管7出总第259465