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1、铁道科学研究院机车车辆研究所2023/10/21,提速货车120km/h环行线可靠性试验,主要内容,（1）概述（2）可靠性试验概况（3）故障统计与典型故障（4）车轮硬度及伤损测量（5）线路的主要问题,1、概述,为适应我国铁路跨越式发展和铁路提速的要求，保证铁道货车提速120km/h运行的安全可靠性，2003年年中，铁道部决定在铁科院东郊环行线试验基地进行120km/h提速货车运行性能可靠性考核试验。2003年12月18日，我国铁路史上具有开创性的120km/h货车环行线可靠性试验正式启动上环试验。第一阶段与第二阶段环行线可靠性试验运行里程分别为18万公里，总计36万分公里。第一阶段可靠性试验已
2、于2004年8月完成，第二阶段的试验于2006年3月1日正式运行，到目前为止已运行了12万公里。可靠性试验要求120km/h的运行里程不少于总里程的60%，120km/h的实际运行里程点总运行里程的70%。,1、概述,第一阶段18万公里可靠性试验表明，在正常的安全监测与车辆检查的情况下大部分车辆各主要零部件没有出现危及行车安全的故障；动力学性能试验结果表明，大部分被试车辆的状态比较稳定，动力学性能基本处在良好水平。同时在试验中也暴露出一系列的问题，例如：（1）K2转向架出现承载鞍严重磨耗（2）K4转向架摇动座定位不良侧架倾呈“八”字形，导框内侧磨耗严重（3）K4转向架旁承磨耗板螺栓折断、丢失，
3、摇动座固定块开焊丢失（4）车轮踏面的剥离,1、概述,（5）交叉支撑装置转向架摩擦减振装置减振不良（6）钩高互高差超限（7）120阀局减阀漏泄（8）空重车阀触头与横跨梁间隙超限（9）某些合成闸瓦不耐磨及对车轮踏面引发的热损伤第二阶段可靠性试验同样出现了一些类似的典型的故障。在第二阶段可靠性试验中一方面进行运行公里的考核，另一方面针对可靠性试验中出现的典型故障问题，并结合第二阶段参加试验的K2改造车出现的空车动力学性能不良问题铁道部装备部货车处组织成立联合工作组进行深入的试验研究，提出了关于此类问题的解决措施和运用技术条件。,2、可靠性试验概况,2.1试验条件2.1.1 参试车辆 第一阶段可靠性试
4、验参试车辆为我国货车通用车型：敞车、棚车、平车、罐车，均为新造车。具体车辆型号及数量如表 1所示。参试车辆共计48辆，其中21吨轴重的32辆，25吨轴重的16辆。实际参加运行试验的21吨轴重车辆共计24辆，25吨轴重车辆12辆。转向架类型共4种，分别是转K2、转K4、转K5和转K6。,2、可靠性试验概况,表 1 参试车辆名称、型号、数量及装载状态,第二阶段可靠性试验的参试车辆(表2)：（1）第一阶段可靠性试验的车辆共计34辆，其中24辆上环运行试验，10辆为备用车。空重车比例仍按第一阶段的状态执行。（2）K2改造车敞、棚、平、罐共计24辆（段改车12辆、厂改车12辆），其中18辆上环运行试验。
5、空重车状态两空一重，有1辆段改棚车未到。（3）23吨轴重70吨级车辆敞、棚、平、罐共计16辆，全部参加运行试验，各型空重车比例为一空一重。（4）新型C80车共计3辆，C80AH、C80B、C80C各1辆重车，均参加运行试验。最近又新加了三辆车：2辆双层集装箱车和1辆PB车。,2、可靠性试验概况,表 2 可靠性试验参试车辆名称、型号及数量,2、可靠性试验概况,2.1.2 列车编组 列车编组尽可能接近实际运用工况，掌握以下两个基本原则：各车型在编组中均具有不同位置的工况不同车型均有互相连挂的工况 每个月度（列车运行4周3万公里）换一次编组，每周整列调一次头。第一阶段可靠性试验万吨公里总计为：309
6、66.739万吨公里。,2、可靠性试验概况,试验线路为铁科院环行试验基地（图1），大环全长9公里，小环全长8.5公里。线路全部采用水泥轨枕，碎石道床，枕木数为1840根/公里，轨重60kg/m，大环曲线半径1432m，超高105mm；小环半径1000m，中间直线段长度755m。第二阶段可靠性试验线路基本与第一阶段均为小环，只是在直线段增加了侧线，如图1所示。,图 1环行线试验线路示意图,2.1.3 试验线路,2、可靠性试验概况,侧线,2.2试验方案2.2.1 试验里程 整个提速货车120km/h可靠性试验的总里程确定为36万公里，约两个段修期。第一阶段可靠性试验总里程为18万公里已完成。第二阶
7、段可靠性试验总里程也为18万公里，截止06年12月22日已运行12万多公里。可靠性试验总里程累计达到了30万公里，120km/h速度级的里程约占70%。,2、可靠性试验概况,2.2.2 试验速度 可靠性试验的速度控制如表4、表5。120km/h速度的运行里程比例达到70%，90km/h及以上速度级的运行里程占总运行里程的90%以上。,表 4第一阶段可靠性试验速度控制方案,表 5第二阶段可靠性试验速度控制方案,2、可靠性试验概况,2.2.3 列车制动 在每日的运行试验中，安排5次列车制动试验：调速制动2次（列车管减压分别为100kPa和70kPa）、常用全制动停车2次（减压量140kPa）和紧急
8、制动停车1次。1）调速制动：初速度120km/h，列车管减压100kPa，列车速度降 至60km/h时缓解；2）紧急制动停车：初速度120km/h，紧急制动停车；3）调速制动：初速度120km/h，列车管减压70kPa，列车速度降至60km/h 时缓解。4）常用全制动停车：初速度120km/h，实施常用全制动停车。列车管定压 500kPa时，减压量140kPa以上；列车管定压600kPa时，减压量170kPa以上。5）常用制动停车：初速度120km/h，列车管减压100kPa，停车后缓解。,2、可靠性试验概况,2.2.4 车辆检查 在试验中，对于车辆的检查在严格按照车辆运用管理规程的基础上，针
9、对120km/h提速货车和可靠性试验的特点制定了一系列的车辆检查方案。提速货车120km/h环行道可靠性试验的车辆检查分为初始状态检测、运用检查、试验结束后的检查三大部分，其中运用检查又分为日常检查、周检查、月度检查和辅修检查，具体见下表 7。,2、可靠性试验概况,2、可靠性试验概况,2.3可靠性试验测试项目2.3.1 动力学性能试验 为了比较全面地掌握参试车辆在可靠性试验中的动力学性能状态，参试车辆的动力学性能试验分为以下几个部分：参试车辆每18万公里前的初始动力学性能试验每18万公里结束后的动力学性能试验部分参试车辆及状态不良车辆阶段性的动力学性能试验2.3.2 相对摩擦系数的测试在参试车
10、辆可靠性试验过程中，对车辆转向架关键参数之一相对摩擦系数进行测试。同时，研究分析：转向架的相对摩擦系数随运行里程变化的稳定性；转向架的相对摩擦系数的变化对车辆动力学性能的影响。,2、环行线可靠性试验概况,2.3.3 主要部件动应力的测试 对主要部件进行动应力测试，以研究长时间高速运行时动应力的变化，并对各主要部件的疲劳强度(可靠性)进行评估。2.3.4 制动性能测试 在试验的不同阶段对参试车辆的制动性能进行试验。试验分为单车制动试验和列车制动试验，测试120阀、空重车阀、闸调器，以及制动缸行程等性能与作用是否正常，研究车辆的制动性能与运行里程的关系。2.3.5 主要部件（配件）性能测试 对车辆
11、的主要部件，如轴承、闸瓦、旁承等均在试验台进行测试，以研究分析运行里程对部件性能的影响。对踏面磨耗定期测量。,2、可靠性试验概况,2.4可靠性试验依据的标准、规范与规程 2.4.1 动力学性能试验规范 铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范 2.4.2 车辆及线路检查标准 铁路货车运用管理规程 铁路技术管理规程 铁路线路维修规则 铁路接触网维修规则2.4.3 其它项目相应的规范,2、可靠性试验概况,2.5试验安全监测 环行线试验基地有一套完善的列车运行安全监测系统，对列车运行安全实行不单断地实时监测，确保试验列车在环行线试验的运行安全。安全监测系统主要由中心服务器、红外轴温监测、地面安全监测、图
12、像监测装置等组成(图 2)。,2、可靠性试验概况,图 2可靠性试验列车运行安全监测系统,参加第一阶段环行线可靠性试验的37辆车，共出现了38种不同类型故障，累计进行740次故障处理（包括制动试验、制动软管水压试验、轴承检测中发现的故障）。在不计入闸瓦的情况下，罐车故障发生次数、处理次数居首位，其它三种车型情况相当，反映了罐车的总体车况较其它三种车型要差一些。C76、C80、C76H、C80H车由于参加试验时间短，运用里程少，故障发生次数不高。,3、故障统计与典型故障,3.1第一阶段可靠性试验故障统计,3、故障统计与典型故障,第一阶段可靠性试验21t轴重被试车各车故障数统计表,图 3 第一阶段可
13、靠性试验21吨轴重各车型故障分配情况,3、故障统计与典型故障,3、故障统计与典型故障,第一阶段可靠性试验25t轴重被试车各车故障数统计表,图 4 第一阶段可靠性试验25吨轴重各车型故障分配情况,3、故障统计与典型故障,第一阶段可靠性试验主要故障汇总情况,在环行线可靠性试验运行到151105km时，试验检查人员发现G70K6283954车（空车）1、2位承载鞍顶面磨耗已非常严重（图 5）。地面安全监测结果显示该车的TPDS 13级的报警频次明显上升。,3、故障统计与典型故障,3.2第一阶段可靠性试验典型故障3.2.1 承载鞍顶面非正常磨耗,3、故障统计与典型故障,承载鞍顶面磨耗严重,承载鞍顶面磨
14、耗严重,图 5G 70K6283954空罐车1、2位承载鞍严重磨耗（运行到151105km时）,3、故障统计与典型故障,3、故障统计与典型故障,图 7G 70K6283954空罐车1、2承载鞍磨耗外观情况,3、故障统计与典型故障,图 8G 70K6283954空罐车承载鞍及侧架挡边磨耗情况,3、故障统计与典型故障,针对这种情况试验项目与车辆生产厂家一道进行了细致的试验研究，对磨耗最严重的承载鞍进行金相化学性能检测。由检测结果可知，磨耗最严重的1位承载鞍和磨耗最轻的8位承载鞍其硬度（HB）相差不大，耐磨性也相当。这说明除了承载鞍硬度偏低、不耐磨的原因导致承载鞍磨耗严重外，还存在转向架本身的问题导
15、致1位、8位承载鞍的磨耗相差很大。在第二阶段可靠性试验中联合工作组结合K2改造车反映出的问题对该问题进行了深入的试验研究，提出了改造措施与方案，目前正在第二阶段可靠性试验中进行考验。,3、故障统计与典型故障,第一阶段可靠性试验进行到61727公里时。参试车辆G70H6450103空罐车轮缘及承载鞍的档边磨耗已非常严重，如图 9、图 10所示。轮缘磨耗呈现对角现象。观察侧架发现两转向架的两侧架不同程度地呈现内“八”字现象。在第二阶段可靠性试验中同样地生产厂家和联合工作组进行了深入的试验研究，提出了改造措施与方案，目前也正在第二阶段可靠性试验中进行考验。,3.2.2 摇动座定位不良,3、故障统计与
16、典型故障,3、故障统计与典型故障,与制动性能有关的问题：（1）120控制阀 有4辆车120阀的局减阀膜板破损；局减阀膜板漏泄。,3、故障统计与典型故障,（2）空重车自动调整装置空重车传感阀触头与横跨梁触板的间隙不合格；空重车传感阀触头与横跨梁触板的间隙检查困难；空重车调整装置输出的制动缸压力偏差较大或“失调”。,3.2.3 其它典型故障,（3）与制动性能有关的问题 制动缸活塞间隙 空车时制动缸活塞行程为：15510 15510 mm；重车时制动缸活塞行程为：17015 17020 mm。25t轴重货车制动缸压力偏高 制动缸平衡压力均明显高于规定值。,3、故障统计与典型故障,（4）与结构和制造工
17、艺有关的问题 6辆罐车中曾有5辆车的双室风缸与风管连接处开焊，表明此处结构或焊接工艺存在问题,3、故障统计与典型故障,（5）罐车车体裂纹问题 有4辆罐车车体与枕梁连接处出现裂纹，4辆车全为重车。第二阶段可靠性试验前根据专家组的意见对期中2辆进行焊补，对另外2辆没有进行处理，继续试验跟踪观察。到目前没有处理的2辆没有变化。,3、故障统计与典型故障,钩高互高差超限 累计在7辆车上出现，共进行12次处理，主要发生在罐车和平车上。分析认为前后从板座与缓冲器所产生的摩擦力大于车钩缓装置的重量，造成车辆运行中钩尾上翘，车钩高度过低，互高差超限。通过试验项目专家组的讨论，提出在钩尾框加焊档块予以解决。,3、
18、故障统计与典型故障,旁承磨耗板螺栓切断 K4及K5转向架旁承磨耗板固定螺栓折断、磨耗板松动窜出是一个比较典型的故障，共进行了53次旁承更换。新结构旁承将磨耗板的固定M8螺钉改为20销钉(底面铆紧)，在后面的试验中有较大改观，但仍存在问题，是否能满足更长时间的运行要求还需第二阶段可靠性试验的验证。,3、故障统计与典型故障,摇动座固定块开焊丢失 试验初期就发现转K4、K5转向架的承载鞍导框摇动座固定块不断出现开焊、脱落的故障，共在9辆车上发生，进行了27次处理。摇动座定位问题解决以后，固定块开焊问题得到了缓解。如何彻底解决还需进一步地分析。,3、故障统计与典型故障,车轮踏面损伤 轮对的故障主要表现
19、为踏面剥离、局部凹下，从24辆21t轴重被试车的试验情况看，有11辆车的15条轮对由于损伤超过运用限度被换下，换轮比率为15.6%。车轮踏面损伤的问题比较复杂，并且涉及多种专业。解决该问题需要多方面的合作，有待于进一步的试验分析研究工作。,第二阶段可靠性试验目前参试的车辆共计63辆车，车型基本覆盖了我国提速120km/h的所有车型，其中包括K2改造车、70t级车、X2K、PB车型。截止2006年12月20日已运行完119212.5km，其中120km/h的运行里程为80240km，占运行里程的67.3%。车辆状态基本正常，运行状态良好。牵引吨位最大3300多吨，日运行里程约1020公里，到目前
20、第二阶段可靠性试验累计万吨公里为：38376万吨公里。可靠性试验总累计万吨公里为：66120万吨公里。,3、故障统计与典型故障,3.3第二阶段可靠性试验故障统计,3、故障统计与典型故障,表 9第二阶段可靠性试验参试车辆主要故障统计,3、故障统计与典型故障,图 16 第二阶段可靠性试验主要故障分配情况（1）,3、故障统计与典型故障,图 17 第二阶段可靠性试验主要故障分配情况（2）,3、故障统计与典型故障,K2改造车中出现的故障类型：承载鞍与侧架导框磨耗、承载鞍顶面磨耗、上心盘铆钉松动、车轮剥离、罐体卡带断或松动、罐体托架裂、车轮辐板孔裂纹、旁承橡胶体裂、旁承与滚子间隙超限、空重车自动调整阀漏泄
21、、制动缸作用不良、车钩托梁磨耗板丢失、交叉杆安全链螺母丢失、心盘磨耗盘裂、横跨梁空重阀触头板焊缝横裂、120阀防盗箱安装耳折断、车钩高超限、车钩后从板座铆钉松、上拉条圆销开口销折断、折角塞下堵泄露、车顶走板栏杆裂。,3、故障统计与典型故障,70t级车中出现的故障类型：承载鞍与侧架导框磨耗、制动梁滑槽磨耗板窜出、摇枕B区铸造缺陷、旁承橡胶体裂、承载鞍导框摇动座固定块开焊、上拉杆与牵引梁下翼板磨耗、车轮踏面剥离过限、车钩高超限、空重车节制阀帽丢失。,3、故障统计与典型故障,第一阶段试验的21t轴重车中出现的故障类型：承载鞍与侧架导框磨耗、承载鞍顶面磨耗、导框摇动块窜位及磨耗、摇动座固定块开焊丢失、
22、轴端螺栓松动、车轮踏面剥离过限、空重车自动调整阀漏泄、旁承橡胶体裂、旁承盒断裂、侧架立柱磨耗板裂、制动梁端衬套铆钉折断、钩身托板螺母丢、钩尾框托板螺母、主管卡子螺母丢、轴承挡键开口销丢、120阀防盗箱安装耳折断、车钩托梁磨耗板磨耗过限、钩舌销开口销丢、上心盘铆钉松动、车号标签安装架裂、钩提杆座裂、旁承与滚子间隙超限、空重阀支管折断、车钩高超限、上心盘铆钉折断、心盘中心销弯曲、双室风缸支管裂。,3、故障统计与典型故障,80t级车出现的故障类型：立柱磨耗板折断、摇动座固定块开焊、钩舌销开口销丢、承载鞍与侧架导框磨耗、旁承与滚子间隙超限、车轮踏面剥离过限、交叉杆安全链断。副构架与侧架磨耗严重、立柱磨
23、耗板横裂、制动软管与钩提杆磨、轴承挡键螺母松、闸条器调整杆开口销丢、旁承与滚子间隙超限、副构架连接轴折断、枕簧窜出。,3、故障统计与典型故障,（1）K2转向架承载鞍与侧架非正常磨耗承载鞍与侧架非正常磨耗的故障在第二阶段与第一阶段类似，第二阶段可靠性试验由于有K2改造车的加入，这种故障较第一阶段试验范围广。截止到06年4月7日，在4辆装K2型转向架的空车被试车中出现承载鞍顶面非正常磨耗，分别是NX17BK5283868车、G70K6229883（段改空）车、G70K6227972（段改空小轮径）车、C62BK4659181车(轻微)。G70K6227972车除了承载鞍异常磨耗外，罐体卡带断裂、垫
24、木松动故障。,3.4第二阶段试验典型故障,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍顶面非正常磨耗（1）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍顶面非正常磨耗（2）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍顶面非正常磨耗（3）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍顶面非正常磨耗（4）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍档边与侧架非正常磨耗（1）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍档边与侧架非正常磨耗（2）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K2转向架承载鞍档边与侧架非正常磨耗（3）,3、故障
25、统计与典型故障,出现承载鞍顶面非正常磨耗车辆具有下列特征（1）都是空车（包括第一阶段的G70K6283954车）；（2）罐车所占比例较大，包括第一阶段的1辆罐车，出现此类问题的共有3辆罐车、1辆平车和1辆敞车；（3）出现承载鞍顶面非正常磨耗车辆地面安全监测装置TPDS监测表明车辆运行状态不良状况名列前列。（4）这种故障情况下车辆的动力学性能趋于恶化，运行安全性得不到保证。针对这种情况联合工作组进行认真的理论分析与试验研究，最终提出了改进方案（主要是组合式斜楔和旁承），改进方案经环行线动力学性能比较试验取得了比较理想的效果，目前正在进行可靠性考核，还没有出现明显的磨耗现象。,3、故障统计与典型故
26、障,（2）K4转向架承载鞍与侧架非正常磨耗第一阶段18万公里试验后已发现K4型转向架承载鞍与侧架磨耗严重，部分车磨耗已过段修限度，在第二阶段初期这种现象还十分普遍。针对K4、K5转向架反映出的问题，生产厂家高度重视，从第一阶段试验中发现问题后应开始进行分析研究，并提出改进方案。第二阶段试验以来联合工作组与生产厂家一道进行了大量的试验验证。改进方案车辆的动力学性能也取得了比较理想的效果，改进方案的效果还有待于进一步的可靠性试验考验，目前为止还比较稳定正常。,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K4转向架承载鞍与侧架磨耗及不正位（1）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K4转向架承载鞍与侧架
27、磨耗及不正位（2）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K4转向架承载鞍与侧架磨耗及不正位（3）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K4转向架承载鞍与侧架磨耗及不正位（4）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K4转向架承载鞍与侧架磨耗及不正位（5）,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,K4转向架承载鞍与侧架磨耗及不正位（6）,3、故障统计与典型故障,（3）其它典型故障,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,C70H重车车轮剥离 损伤,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,P64GH3600000重车钩高度低过限,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,C64K4944592（重）4位
28、旁承橡胶体裂纹破坏,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,NX17BK5283865旁承盒损坏裂断,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,C804390008（重）侧架立柱磨耗板断裂,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,G60K空罐车卡带断,3、故障统计与典型故障,典型故障图片,G60K空罐车垫木松动,4、车轮硬度及伤损测量,由铁科院金化所和研发中心联合对车轮的硬度及伤损、踏面裂纹与剥离掉块进行测量。车轮的伤损形式也主要表现在踏面，包括裂纹、剥离掉块以及少量擦伤。在所有试验车辆的车轮中，有24左右的车轮存在裂纹或剥离掉块，其余车轮未出现裂纹和剥离掉块，或者裂纹很细小(左图)。这些刻度状裂纹进
29、一步发展，将形成剥离掉块。,车轮踏面刻度状裂纹,5、线路的主要问题,120km/h提速货车环行线可靠性试验第二阶段试验自2006年3月1日开始以来，至12月20日已运行12万公里。在这期间环行试验线路共发生断轨三次。,5.1轨道断轨情况,5、线路的主要问题,第二阶段可靠性试验运行至3万公里（通过总重1200万吨）时，钢轨表面产生鱼鳞状裂纹（图 25），位置在从轮轨作用边至轨顶面宽度四分之一的范围内，个别严重地段产生掉渣现象。在直线地段左右股钢轨都会产生；曲线只在上股钢轨产生，曲线半径小的比半径大的严重。,5.2钢轨表面产生的疲劳裂纹,5、线路的主要问题,钢轨剥离及斜裂纹情况,汇报结束谢谢各位领导专家！,
