CRH5型動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)萬向軸失效機(jī)理及對(duì)策研究.pdf

1、在鐵道部技術(shù)引進(jìn)的四種動(dòng)車組中，只有CRH5型動(dòng)車組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用體懸式結(jié)構(gòu)，運(yùn)營初期驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)暴露的故障比較多，主要表現(xiàn)在萬向軸及其連接的齒輪箱小齒輪軸和牽引電機(jī)輸出軸上。萬向軸長1945mm，布置于車體和轉(zhuǎn)向架間，因故障脫落后將導(dǎo)致車體“撐桿跳”，嚴(yán)重影響動(dòng)車組的安全運(yùn)營。本文以CRH5型動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)萬向軸為研究對(duì)象，從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置、萬向軸運(yùn)動(dòng)特性、萬向軸結(jié)構(gòu)和制造等方面分析了萬向軸失效的機(jī)理，提出了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和萬向軸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，經(jīng)

2、實(shí)際線路測(cè)試、數(shù)據(jù)對(duì)比分析，驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案和新結(jié)構(gòu)萬向軸是可行的，主要內(nèi)容如下:
　　(1)統(tǒng)計(jì)和梳理了CRH5型動(dòng)車組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、萬向軸在運(yùn)用和檢修中發(fā)生的典型故障，建立了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障樹，采用故障模式影響及危害性分析(FMECA)法重點(diǎn)分析了萬向軸的典型故障。
　　(2)研究雙十字軸式萬向軸運(yùn)動(dòng)特性，分析萬向軸Z-W型布置時(shí)的附加力矩、附加載荷及軸的波動(dòng)率，建立了CRH5型動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)分析簡圖，計(jì)算萬向軸空間運(yùn)

3、行姿態(tài)極限位置及相應(yīng)位置時(shí)附加力矩和附加慣性力矩。
　　(3)采用SIMPACK多體系統(tǒng)仿真軟件，考慮齒輪箱組成及牽引電機(jī)的懸掛結(jié)構(gòu)，建立帶有萬向軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的CRH5型動(dòng)車組車輛動(dòng)力學(xué)模型，考慮萬向軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與車輛振動(dòng)系統(tǒng)的耦合，分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)車組非線性穩(wěn)定性的影響;分析列車在直線和曲線工況下萬向軸回轉(zhuǎn)力矩、角速度及角加速度、牽引電機(jī)的位移及加速度;分析驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)頻率的變化和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響。經(jīng)動(dòng)力學(xué)對(duì)比

4、得知:驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比由2.5改為2.22，降低系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，可使萬向軸附加力矩、轉(zhuǎn)角加速度降低8％-11.2％;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置角度由4.41°降為2.91°，可使萬向軸附加力矩、轉(zhuǎn)角加速度降低2％-3％。
　　(4)利用ANSYS軟件建立CRH5型動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剛?cè)狁詈夏B(tài)分析模型，通過齒輪箱和牽引電機(jī)的響應(yīng)分析確定萬向軸的一階彎曲頻率為89.34Hz，萬向軸對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速為5360rpm;對(duì)萬向軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，萬向軸在系統(tǒng)中的

5、自振頻率為74Hz，對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速為4440rpm;采用傳統(tǒng)公式計(jì)算得到的萬向軸臨界轉(zhuǎn)速為5610rpm。對(duì)比分析可知:萬向軸在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中臨界轉(zhuǎn)速為有限元分析法計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的82％左右，為傳統(tǒng)公式計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的79％。
　　(5)通過對(duì)萬向軸本身結(jié)構(gòu)研究得出其失效的主要影響因素:1）萬向軸的動(dòng)不平衡限值，通過試驗(yàn)證明減小動(dòng)不平衡值，萬向軸兩端的振動(dòng)幅值降低，可減小萬向軸失效概率;2）滾針軸承是萬向軸的薄弱環(huán)節(jié)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮軸