CRH5型動車驅(qū)動系統(tǒng)萬向軸失效機理及對策研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在鐵道部技術(shù)引進的四種動車組中,只有CRH5型動車組驅(qū)動系統(tǒng)采用體懸式結(jié)構(gòu),運營初期驅(qū)動系統(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,因故障脫落后將導致車體“撐桿跳”,嚴重影響動車組的安全運營。本文以CRH5型動車驅(qū)動系統(tǒng)萬向軸為研究對象,從驅(qū)動系統(tǒng)的布置、萬向軸運動特性、萬向軸結(jié)構(gòu)和制造等方面分析了萬向軸失效的機理,提出了驅(qū)動系統(tǒng)和萬向軸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,經(jīng)

2、實際線路測試、數(shù)據(jù)對比分析,驗證了驅(qū)動系統(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)計和梳理了CRH5型動車組驅(qū)動系統(tǒng)、萬向軸在運用和檢修中發(fā)生的典型故障,建立了驅(qū)動系統(tǒng)故障樹,采用故障模式影響及危害性分析(FMECA)法重點分析了萬向軸的典型故障。
  (2)研究雙十字軸式萬向軸運動特性,分析萬向軸Z-W型布置時的附加力矩、附加載荷及軸的波動率,建立了CRH5型動車驅(qū)動系統(tǒng)運動分析簡圖,計算萬向軸空間運

3、行姿態(tài)極限位置及相應位置時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的懸掛結(jié)構(gòu),建立帶有萬向軸驅(qū)動系統(tǒng)的CRH5型動車組車輛動力學模型,考慮萬向軸驅(qū)動系統(tǒng)與車輛振動系統(tǒng)的耦合,分析驅(qū)動系統(tǒng)對動車組非線性穩(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、牽引電機的位移及加速度;分析驅(qū)動系統(tǒng)振動頻率的變化和轉(zhuǎn)動慣量變化對驅(qū)動系統(tǒng)動力學性能的影響。經(jīng)動力學對比

4、得知:驅(qū)動系統(tǒng)傳動比由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型動車驅(qū)動系統(tǒng)的剛?cè)狁詈夏B(tài)分析模型,通過齒輪箱和牽引電機的響應分析確定萬向軸的一階彎曲頻率為89.34Hz,萬向軸對應的臨界轉(zhuǎn)速為5360rpm;對萬向軸驅(qū)動系統(tǒng)進行臺架測試,萬向軸在系統(tǒng)中的

5、自振頻率為74Hz,對應的臨界轉(zhuǎn)速為4440rpm;采用傳統(tǒng)公式計算得到的萬向軸臨界轉(zhuǎn)速為5610rpm。對比分析可知:萬向軸在驅(qū)動系統(tǒng)中臨界轉(zhuǎn)速為有限元分析法計算臨界轉(zhuǎn)速的82%左右,為傳統(tǒng)公式計算臨界轉(zhuǎn)速的79%。
  (5)通過對萬向軸本身結(jié)構(gòu)研究得出其失效的主要影響因素:1)萬向軸的動不平衡限值,通過試驗證明減小動不平衡值,萬向軸兩端的振動幅值降低,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)計時應考慮軸

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