故障诊断(学生复习用).pdf

1 第一章 典型故障分析 第一节第一节 转向架故障转向架故障 转向架是车辆最重要的部件之一，它的技术状态好坏，直接影响列车的运行安全转向 架发生故障的主要部位是构架、车轴、车轮和齿轮箱悬挂装置 1、构架 构架上最典型的故障是检查中发现裂纹 构架有铸钢和钢板焊接两种，过去较多的是铸钢的，而现在地铁、轻轨大多采用钢板焊接的由于焊接中激热会造成局部应力集中，因此制造时必须采取各种措施来消除应力但 残余的焊接应力对结构的脆性断裂和疲劳还是有很大的影响，构架上的裂纹大部分出现在焊接缝处 构架裂纹出现几率较大的另一个地方就是在弯角处，因为在长期的交变载荷作用下容易形成疲劳裂纹 除此之外，构架在设计时，由于设计者对某些动态载荷部位估计不足，选择参数太低，也会导致强度不够产生疲劳裂纹上海、广州地铁的许多转向架构架的电机座发现裂纹，就 是因为设计者对电机座振动频率参数选择不当引起的事后，对电机座采取了补强措施 上述裂纹有时肉眼能发现，有时必须用着色探伤办法才能确定 2、车轴 车轴的典型故障是疲劳裂纹 车轴只是在架修和大修的情况下才退轮检查，所以发现故障比较困难车轴受力情况非 常复杂，在运行中除了受很大的垂直力外，还要承受来自钢轨的冲击。

车轴内部则长期经受交变的动载荷作用；同时车轮与车轴的紧配合也给车轴以附加应力，沿车轴纵向还有变化着 的水平力作用因此车轴内部应力状态是多种应力的综合，所以容易产生疲劳裂纹 车轴裂纹分为纵向裂纹与横向裂纹两种 若裂纹与中心线夹角大于 45 度时， 称为横裂纹 横裂纹的产生将减小车轴的有效横截面积，对车轴强度影响最大车轴的折损都是由于横裂纹的深度不断扩展，导致应力上升而引起的所以车轴上的横裂纹是危险性极大的一种损伤 和故障，是不允许存在的 如图 8-1-1 所示，车轴裂纹发生的部位一般都在轮座上，而且多数都在轮座内、外侧边 缘 10～20mm 处但也有少量裂纹发生在轴颈和轴中央的上海地铁在架修、大修中曾发现多根车轴裂纹，主要是横裂纹，也大多数发生在轮座内、外侧边缘的部位上经过技术分析， 这些裂纹的产生主要有两方面： 一是车轴轮座部分制造时留有刀痕， 使应力集中情况加重； 车轮和车轴的过盈配合太大， 形成接触面高度应力集中；这是制造方面的问题 二是车轴轮座部分与轮毂边缘有微小的滑动摩擦， 时间久了在摩擦处形成磨损 在空气、 水分、油脂和杂物的腐蚀作用下，磨损表面形成许多微小的腐蚀坑穴，成为车轴裂纹的裂纹疲劳源，致使过早地出现疲劳裂纹；有时车轴遭受外力的损伤，也会产生破坏性裂纹；这是2 使用过程中的问题。

其他还有设计、材质中的各种问题，都会在车轴使用早期就产生裂纹 车轴裂纹如不及时发现和处理，将形成事故隐患，危及行车安全，严重的会引起车辆颠 覆、脱轨等重大事故 车轴裂纹必须通过退轮后对车轴的电磁探伤才能发现，其中湿式磁粉或荧光粉探伤最有 效如果不退轮，则可使用超声波探伤仪进行探伤，但工艺复杂，准确率也不高 3、车轮 车轮是将车辆全部负载传递给钢轨的部件车辆运行时，车轮在钢轨上不断地滚动，车 轮踏面与钢轨形成一对摩擦副因此，车轮故障集中在踏面和轮缘上，较典型的有：踏面裂纹、踏面剥离、踏面擦伤、踏面和轮缘非正常磨损等 （1）踏面裂纹——踏面裂纹分为热裂纹（制动型裂纹）和疲劳裂纹两种热裂纹是因为踏面的最表层由于制动、滑行或空转的摩擦热使之急速加热，接着又急速冷却产生的裂纹 而疲劳裂纹则是由于车轮转动时，踏面上有很高的接触压力，就在踏面内部受剪切应力振幅（变化的）作用最大的位置上（稍深入踏面内部）产生的裂纹疲劳裂纹开始很细微，由于 在运行中受到各种负荷条件的影响，发展成为内部呈月牙状或剥离状的疲劳裂纹 （2） 踏面剥离——踏面的剥离是表面金属成片状剥落， 形成小凹坑 根据踏面剥离原因， 可分为疲劳型剥离和热剥离。

疲劳剥离是疲劳裂纹随着车轮的转动而向踏面内部扩展的结果而热剥离则是热裂纹引起的，因此热剥离也称制动型剥离 （3）踏面擦伤——踏面擦伤是最常见的车轮故障，是由于车轮在钢轨上滑行，而把圆周形踏面磨成一块或数块平面的现象它多数是由于制动力过大或缓解不良等原因造成的踏 面发生了擦伤的车轮由于不能圆滑地旋转，所以还会进一步引起滑行 擦伤和剥离都会使踏面局部凹陷，于是车轮在运行中会出现周期性的上下跳动，特别在 低速时振动和冲击就更大，其结果不但加速了线路的破坏，而且使列车运行平稳性差，车辆零件也容易损坏，并且容易发生热轴事故 （4）踏面沟状磨损——车轮踏面除了正常磨耗外，还会出现一些非正常的磨耗，如沟状磨耗等沟状磨耗主要是由于在制动频繁的区段使用合成闸瓦引起的合成闸瓦在制动时， 会使车轮踏面呈现局部过热，这是由于合成摩擦材料线膨胀系数较大，产生局部摩擦热膨胀引起的这种踏面横向温度分布的不均匀，会导致踏面产生沟状磨耗 （5）轮缘的非正常磨耗——在正常的工作条件下，轮缘的磨损并不严重，但如果踏面磨损严重或转向架组装不正，使轮对与钢轨的相对位置不正常，则轮对容易偏于线路一侧，使 轮缘产生偏磨轮缘的非正常磨耗主要有三种：轮缘厚度快速减小、轮缘顶部形成锋芒、轮缘垂直磨损。

对于轮缘的非正常磨损，应找出其原因，及时采取措施：如检查和修理轮对、图 8-1- 1 车轴裂纹发生部位示意图 3 构架等另外路的曲线段，对轮缘与外轨内侧经常进行涂油润滑，是减少非正常磨损的 有效方法 4、齿轮箱悬挂装置 齿轮箱悬挂装置是用于齿轮箱非抱轴一端（活动端）的悬挂固定装置为了使悬挂高度 位置有一定的调整量，悬挂装置一般都采用可调节双头螺纹锁紧装置（参见图 8-1-2） ，上海地铁一号线直流车就采用这种装置但这种装置的最大缺点是在运行中受振动后螺纹与螺纹 间会产生微动磨损如果螺纹没锁紧，螺纹与螺纹间间隙较大，螺纹的磨损速度很快，最后导致螺纹连接失效悬挂装置的断裂将使齿轮箱活动端坠地或随车轴转动上翻冲击车底板， 形成极大的事故苗子齿轮箱的坠地和翻转，将在钢轨和车底板上造成冲击发出声响，如听到类似声响应立即停车检查 转向架经常发生的故障还有橡胶联轴节的撕裂、轴承发热等，这里就不一一累赘了 第二节第二节 电传动系统故障电传动系统故障 由于近年来交流传动车的数量激增，电传动系统的故障大大减少与直流传动车相比，交流车故障减少的原因是没有了主接触器和直流电机，因此故障集中在变流元件损坏和控制 系统电子线路板故障上。

1、变流元件损坏 变流元件指晶闸管、GTO（可关断晶闸管） 、IGBT 等大功率电子元件，它们是交流变频 电传动系统、直流斩波电传动系统的主要元件 由于变流元件的耐压不是很高，因此在主电路出现过电压时容易被击穿过电压一般出 现在雷击时，避雷器和保护电路吸收不及，容易损坏元件主电路在进行再生制动时，平波电抗产生的突变电压有时也会对元件造成损害，虽然在设计时已有考虑 过电流是变流元件损坏的又一个“杀手” 产生过流的主要原因是元件的误触发，吸收电路保护不及，元件被击穿另外变流元件的散热条件不好，也容易引起过流，长期的过流将 导致元件容易被击穿 2、控制线路板故障 图 8-1- 2 可调节双头螺纹锁紧装置 1.双头螺杆；2.螺套；3.螺纹锁紧装置 4 控制线路板故障主要集中在功率放大部分， 因为功放部分元件容易发生过流、 短路故障 另外，线路板上的焊接点由于振动、腐蚀或虚焊，时间一长容易断裂、开焊有的线路板由于绝缘做得不好，容易产生爬电、短路，这也是故障主要原因之一 直流电传动系统的故障就要多的多除了上述两点故障外，大量故障集中在主接触器、直流电机和有触点电器上： 3、主接触器故障 直流车一般采用大量主接触器来变换主电路。

由于电路负载电流大，主接触器开关频率高，发生故障的频率也相当高主接触器常见故障有：线圈断线、衔铁不释放或释放缓慢、 电触头熔焊、接触器相间短路等 线圈断线使接触器不工作，故障原因主要是线圈过热或烧损而过热和烧损的原因是安 装环境空气潮湿或含腐蚀性气体、线圈匝间短路、接触器操作频率过高、衔铁吸合不完全，导致线圈电流增大 （处理办法要视引起衔铁吸合不完全的原因而采取相应的措施） 、 直流操作 电磁铁的双绕组线圈因常闭辅助触头粘焊住，以致起动绕组长期通电而发热等 衔铁不释放或释放缓慢故障原因可能是：反作用力过小，应调大触头弹簧的压力或反力 弹簧的拉力铁心极面有油污粘着；机械活动部分被卡住或转轴生锈，歪斜；触头已有部分熔焊在一起；剩磁过大，对于直流接触器应更换或加厚非磁性垫片，让线圈失电后容易释放 衔铁 电触头熔焊产生的原因有： 操作频率过高或接触器经常过载； 闭合过程中振动过于剧烈， 而且发生多次的振动（如线圈电压过低，使吸合振动而引起触头振动） ；触头分断能力不足，发生负载侧短路后触头便被粘住；触头表面有金属颗粒突起，应清理触头表面；触头弹簧压 力过小，应调整触头弹簧的压力；触头有油污、尘垢，或铜触头严重氧化或触头严重烧损，接触面大大缩小、以致接触不良；灭弧系统有故障，需调换灭弧罩。

接触器相间短路的原因是接触器箱内尘埃堆积或凝结水气，使绝缘变坏或是某部位相间绝缘被损坏（如灭弧罩碎裂造成相间电弧短路） 4、 直流电机故障 直流电机发生故障的主要部位是换向器和碳刷，由于过载、过流而引起换向火花过大、甚至环火，从而烧损换向器对于直流电机而言，换向器与炭刷是产生故障和维修工作的重 点 换向器的故障状态包括换向器的外观会发生严重变色，能观察到换向器圆周表面上烧坏 和不规则凹凸，以及烧灼痕迹的情况 炭刷的故障状态包括炭刷接触面外观已不再均匀光滑，有明显条纹，有表面暗淡区域和 表面烧伤区以及后边外观有火花痕迹与碎落、烧伤痕迹等 此外直流电机严重环火后还会烧损放电螺丝等 5、其他有触点电器 这里主要指继电器、空气开关等控制线路常用电器主电路的控制线路中大量使用的是控制继电器，一般触头数量较多、容量较大，用于增加控制回路数或起信号放大作用场合 其结构与接触器基本相同，故其触头部分和电磁系统的常见故障与接触器类似但有一点是5 比较特殊的：继电器的触头容易产生虚接故障，这故障常发生在电气控制的工作期间，它不 一定是经常发生或固定发生，因而难于捕捉，使故障不易判断这种故障产生的原因是由于触头受环境污染影响，特别象上海这种沿海城市，空气中盐雾、酸雾浓度较高，腐蚀性大， 从而引起触点压力和接触电阻变化。

消除故障的最好办法是采用镀金触头 第三节第三节 制动系统故障制动系统故障 制动系统关系到乘客的生命安全，必须高度重视司机每天出车前的检查，制动系统功能是主要内容之一如果发现有故障或故障苗子，必须马上进行检修，否则不能投入运营 制动系统在检查中经常发现的故障有：单元制动机扭簧断裂、防滑閥失效、速度传感器失效以及空气干燥塔排污閥失效等 单元制动机扭簧是缓解制动的主要部件，工作频率较高，承受扭力很大，而工作环境又较差，容易产生疲劳性变形、裂纹和折损，最后导致断裂弹簧产生的各种损伤，主要是由 于弹簧钢的化学成分、热处理后的机械性能以及在运用中受外界条件等影响所致凡是发现扭簧有裂纹、折损，都必须立即更换，不然将造成单元制动机不缓解，使列车滑行或出轨引 起重大事故 防滑阀故障的原因是电磁线圈烧损断路或短路，使电磁阀控制失效防滑閥的失效会引 起车轮被制动闸瓦“抱死” ，从而使车轮滑行造成踏面擦伤 速度传感器的失效原因主要是轴箱内的磁轮被润滑脂粘堵或减速， 使速度值有很大误差 另外，连接线的断线或接触不良也会导致速度参数传输失败 空气干燥塔排污閥是个较复杂的机械控制机构，一旦失效，不是使其处于关闭状态就是 使其处于常开状态。

关闭状态使空气干燥塔失去干燥功能；常开状态会引起压缩空气大量泄漏，造成列车空气制动总管压力下降，从而无法继续运营 第四节第四节 辅助电气系统故障辅助电气系统故障 辅助电气系统的主要故障有蓄电池低电位、应急电池失效、空气开关失效。