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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:4186
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-02-20 09:05:07
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

CRH5 型动车组空压机密封垫脱出开裂问题分析

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 李睿哲,张颖娜,徐永
资料简介

摘要:空压机 是动车组的重要部件,主要功能是对动车组整车进行供风 ,保证动车组制动、受电弓、空调、塞拉门、集便系统等用风设备的正常运行 。

CRH5 型动车组空压机密封垫脱出开裂问题分析

李睿哲 张颖娜 徐永帅 付强 宋茜

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062

摘要:空压机是动车组的重要部件,主要功能是对动车组整车进行供风,保证动车组制动、受电弓、空调、塞拉门、集便系统等用风设备的正常运行。

关键词:空压机 分析

一、故障综述

CRH5A/5G型动车组项目,发生多起空压机机体与螺杆主机(机头)间密封垫开裂的问题。此问题集中发生于五型车(注:三型车此处结构相同),配属在沈阳局、哈尔滨局,发生在冬季前后,且集中在检修后的空压机。密封垫开裂的位置,集中出现在靠近油视窗附近。经测试,空压机功能均正常。拆解空压机后,发现密封垫有局部断裂。

二、 前期调查结果

2.1 故障原因定位:

通过对故障空压机的拆解,发现固定此处的8个螺母在防松标记无错位的情况下存在力矩衰减的现象,且力矩衰减较严重的螺栓与密封垫圈出现开裂的位置几乎一致。拆解发现密封垫断裂的位置多靠近油视窗附近 (如下图7号和8号位置),这两处的螺栓力矩衰减相对严重。基于上述发现,确定密封垫脱出问题的原因为:7、8号安装螺栓力矩衰减、夹紧力不足导致密封垫开裂、严重时脱出。

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2.2 螺栓力矩衰减调查:

(1)安装紧固方案存在风险

空压机壳体为铝合金材质,转子组成为铸铁材质,选用M16、8.8级双头螺柱施加50Nm和170Nm的扭力紧固,其壳体强度及双头螺柱的防滑系数均可能存在问题,容易导致力矩衰减,密封垫压紧力不足。

(2)检修工艺存在遗漏

空压机大修时,由于机体和双头螺栓均为偶换件,在不发生更换的情况下不进行力矩值校验。如存在50Nm力矩值发生衰减,却无法及时发现和有效控制。

(3)空气滤清器的安装方案存在隐患

7、8号螺柱处安装了空气滤清器,在空压机工作和车辆运行发生振动情况下,容易使螺柱受到垂向剪切力,可能影响紧固力矩和螺柱强度。针对此问题在实验室进行了三、五型车扫频测试,空气滤清器固有频率不接近空压机工作频率,不是力矩衰减原因,后续需要做动态测试双头螺柱的力矩实验,验证双头螺柱材料张力对力矩衰减的影响。

(4)运用气候环境可能存在影响

根据目前的统计,故障集中发生在东北区域,冬季气温较低,且故障在冬季前后发生频率很高,发生车型都为五型车。相同区域也有三型车配属,但三型车的供风单元是封闭式柜体结构,相对五型车供风单元开放式结构,五型车供风单元空压机受外界气温(冷热交替)影响会更大。

(5)运用线路振动影响

由于发生故障的车组多运行在东北地区,考虑车组运行线路是否有较大的振动量,会导致空压机密封垫固定螺栓力矩衰减。

三、调查分析查进展

基于前期调查结果,确定7、8 号双头螺柱处存在力矩衰减现象,导致夹紧力不足造成密封垫开裂,为进一步验证,对相关项点逐一进行分析评估或测试,以下是详细内容:

3.1 7号和8号双头螺柱位置机体强度的评估计算

3.1.1 机体抗拉强度测试

空压机机体采用铸造铝合金AlSi7Mg0.3,所选用材料的抗拉强度要求为>=250Mpa。随机查近十年该材料的抗拉强度测试数据为:

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从上述数据可知,实际选用的铸造铝合金抗拉强度均符合标准要求。

3.1.2 机体啮合长度计算

查双头螺柱与空压机机体的啮合长度为 27mm。同时,根据 VDI2230 和如下计算公式,

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对于 M16 8.8 级的双头螺柱,计算出其所需的最小啮合长度为mges=25.97mm。由于实际啮合长度27mm,大于要求的最低值 25.97mm,即啮合长度符合 VDI2230 要求。也可确定空压机机体强度符合要求。

3.1.2 双头螺柱强度评估

通过根据 VDI 2230[4] 对螺柱进行强度评估。采用螺柱处的法向力和弯矩幅值计算了不同负载工况下的幅值应力。为确定螺柱的应力幅值,采用了螺柱的应力直径 (ds)。安全系数计算为疲劳极限(循环次数为 2000000)与计算的幅值应力之比。在处理前轧制 (SV) 螺栓的类型被考虑在内。疲劳极限为 46.2MPa。疲劳极限安全系数为 Sfreq=1.00。空压机机体的安装螺柱设计尺寸满足疲劳强度要求,因为在每一个负载工况下,最小安全系数都超过了要求。

综上所述,7、8号位双头螺柱和空压机机体经理论计算,强度符合要求。

3.2 压敏实验测试双头螺柱力矩紧固后压力分布

进行压敏测试,测量了双头螺柱力矩紧固后密封垫圈上的压力分布,通过压敏试验结果发现力矩紧固后密封垫片上压力分布存在衰减,局部区域压力较弱,如安装油视镜区域, 及上下位置。

3.3 双头螺柱强度和拧紧力矩提高的评估

根据 VDI2230,M16 8.8 级螺柱的标准扭矩为 180Nm。若采用强度更高的双头螺柱,以M16 10.9 级双头螺柱为例,同样根据 VDI2230 和如下计算公式,

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计算出其所需的最小啮合长度为mges=31.46mm。该值大于实际啮合长度27mm,因此,不可更改为强度更高的双头螺柱。

另,目前图纸定义的扭矩为170Nm,考虑到扭力扳手存在+/-6%的公差,即最大值可达到80.2Nm, 已经达到M16 8.8 级螺柱的标准扭矩值。因此,不建议将拧紧力矩增加到高于该值。

3.4 双头螺柱的检修工艺对力矩衰减影响的评估

评估固定密封垫的双头螺柱的检修工艺是否对力矩衰减有影响,对大修空压机机体正面双头螺柱进行50Nm 力矩检查,共检查CRH380 空压机113 台,发现三台机体双头螺柱松动;CRH5 空压机14 台,发现五台机体双头螺柱松动。

四、调查结论

CRH5型动车组空压机密封垫脱出问题,经过大量的理论分析和实验测试,现可确认为由于多重因素导致的力矩衰减,从而造成密封垫开裂,严重时脱出, 根据之前的风险分析结果,针对安装紧固方案及工艺过程制定对应的改善措施。

总结:

空压机为动车组提供风源,保证了制动、受电弓、空调、塞拉门、集便系统等设备正常工作。空压机发生故障,不仅影响动车组运用秩序,还会造成乘客舒适度造成极大的影响。所以研究空压机的检修技术,具有重要意义。

参考文献

[1]张曙光.CRH5型动车组[M].北京:中国铁道出版社,2008