交通科技与管理
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技术与应用1 一系弹簧断裂情况
武汉地铁2号线一期车在2015年首次发现一系弹簧断裂故障（图1所示），在之后的几年断簧现象越来越频繁。一系弹簧的设计使用寿命为200万公里，但有的弹簧才使用几万公里后就出现断裂故障，这远远低于设计寿命。图2所示的是最近几年弹簧断裂数量统计，从图中可以看出2015年至2018年弹簧断裂故障发生次数不断增加，从2015年出现断簧开始，
断簧数量每年以成倍的速度增加，呈现出倍数型增长的趋势。
图 1 一系弹簧断裂图
图 2 一系弹簧断裂数量统计
2 原因分析
2.1 弹簧服役状态分析 一系弹簧（图3所示）由圆柱自立螺旋弹簧组构成，该汽车弹簧
弹簧组包括一个大弹簧和一个小弹簧，大弹簧右旋、小弹簧
左旋，大、小弹簧材料相同。为了满足弹簧的自立平放要求，
需要将弹簧两端并紧、磨平。并紧导致非均匀弹簧螺距现象，
即弹簧两端端部的螺距由小变大，弹簧中部（工作圈）的螺
距均匀分布。磨平导致非均匀簧丝截面现象，即两端部簧丝
截面小、且渐变，中部簧丝截面大、且均匀。
图 3 一系弹簧
根据以往的弹簧设计规范，认为一系弹簧在理想的受压作用下、相邻簧丝间的相对距离的变化量具有
相同的数值。换句话说就是，在理想状态下，弹簧中部的螺距均匀分布。结合垂向止档的限位作用，即使是超载工况（AW3），弹簧的工作圈都不会出现相互接触现象。B 型车一系弹簧断裂原因分析
朱强强，居晓凡，刘晨光
（武汉地铁运营有限公司，武汉 430033）
摘 要：为了调查武汉地铁2号线一系弹簧断裂故障原因，通过一系弹簧的服役状态分析、现场一系弹簧动应力测试及一系弹簧固有特性分析。发现在弹簧服役过程中，一系弹簧发生共振，出现局部并圈和工作圈非均匀螺距现象，随着列车运行过程中的振动和冲击，接触区域弹簧圆弧表面将会产生挤压损伤，从而形成磨损区域，当局部某点在一定深度时形成微小裂纹源，最终裂纹扩展导致弹簧断裂。关键词：一系弹簧；固有特性；共振
作者简介：朱强强（1992-），男，湖北襄阳人，硕士研究生，研究方向：轮轨关系。
然而，一系弹簧在服役过程中存在工作圈相互接触现象，如图4所示。图4中的A 区域为簧丝螺距均匀的工作圈范围，在理想状态下该区域的相邻簧丝不会出现相互接触现象，但图片显示相邻簧丝之
间有掉漆现象。因此，
图 4 一系弹簧簧丝接触现象可以断定在弹簧服役过程中存在相邻簧丝相互接触的现象。另外，正线运营时弹簧服役视频显示，弹簧服役过程中存在
簧丝快速、大幅度振动现象，尤其是小弹簧。
2号线客流量很大，在大部分状态下车辆处于超载工况，导致弹簧相邻簧丝出现接触现象，随着列车运行过程中的振
动和冲击，接触区域弹簧圆弧表面将会产生挤压损伤，从而形成磨损区域，当局部某点在一定深度时形成微小裂纹源，
最终裂纹扩展导致弹簧断裂。
2.2 弹簧应力测试
为进一步确定一系弹簧断裂的原因，通过现场试验对车
辆运行时弹簧的应力进行了测试。
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技术与应用
图 5 一系弹簧应力时域图
图 6 一系弹簧应力时频图
图5给出车辆运行时弹簧的应力历程图，可以看出在多个区间弹簧的应力幅值都超过了150 MPa。图6给出应力较大区间虎泉-街道口弹簧应力时频图。在时频图中弹簧应力均表现为频率为60 Hz 左右的峰值，且在运行过程中60 Hz 左右频率持续存在。说明弹簧在运行过程中表现为60 Hz 左右的主频。
2.3 弹簧固有特性
图7 一系弹簧1阶固有模态（58.8 Hz） 对弹簧进行预应力模态分析，计算其工作模态。模态分析结果如图7所示，为弹簧1阶固有模态。弹簧固有模态58.8 Hz 与弹簧应力主频60 Hz 基本一致，说明是由于弹簧发生共振，导致弹簧应力出现60 Hz 的主频。
3 结论
（1）在弹簧服役过程中，有局部并圈和工作圈非均匀螺距现象，随着列车运行过程中的振动和冲击，接触区域弹簧圆弧表面将
会产生挤压损伤，从而形成磨损区域，当局部某点在一定深度时形成微小裂纹源，最终裂纹扩展导致弹簧断裂。 （2）车辆运行过程中由于轮轨激励，导致一系弹簧发生共振，加剧一系弹簧的断裂。
参考文献：
[1]周凯林.地铁车辆转向架一系弹簧接触及疲劳研究[D].成都：西南交通大学,2019.
[2]方配丰，熊晨彩，陈智江，等.地铁车辆一系簧断裂问题的试验研究[J].中国新技术新产品,2018(18):53-55.
（上接第83页）
身速度难以控制，加上没有动力制动，对司机的操纵带来不小的难度，因此组合万吨重载列车在长大下坡道过分相，一般采用带闸过分相的操作手法，这就需要司机掌握好列车的制动周期，制动减压后，待速度稳定，逐渐将电流退至零，断开主断路器，过完分相后，立即闭合主断路器起动辅机，给上制动电流400 A 以上保持10 s，缓解列车，这样操纵目的是充分压缩车钩，保证列车平稳通过分相。1.4 上坡道操纵
组合万吨列车运行至上坡道时，车钩处于拉伸状态，进退电流时，严禁野蛮，在运行中需要做好行车预想，当遇接车不畅时，应及时控制列车运行速度，缓慢运行，防止列车运行过快停在，从而导致坡道起车，这对起车技术要求较高，难度较大，避免出现类似情况；同时还应考虑天气因素，出现降雨、降雪等恶劣天气时，轮轨间黏着力被破坏，容易引起空转或者滑行，也可能导致坡道途停，给行车造成危害，因此在上坡道操纵时，司机需要做好行车预想，避免坡道起车。
1.5 起伏坡道的操纵
列车在平道上牵引运行时，牵引力与运行阻力相对平衡，全列车的车钩基本处于伸张状态，不会产生冲动，但线路纵断面不可能是一条直线，它是由平道、上坡道、下坡道等组成，当列车由平道运行至坡道、由坡道运行至平道或者由大坡道运行至小坡道时，这种平衡关系将被破坏，车钩之间间
隙发生变化，列车运行也极不平稳。因此万吨组合列车在起伏坡道上平稳运行操纵也较为重要，当列车运行至起伏坡道上时应结合线路纵断面的特点，小坡道区段应采用小牵引力运行，一般电流控制在200 A 左右，保证全列车车钩处于拉伸状态，减小车钩间隙的变化。运行至坡度变化大的区段需要进行工况转换时，掌握上坡道退电制动力下坡道退牵引力的原则，确保整列车车钩状态一致。在工况转换时，为保证主从车工况一致，工况转换后，间隔10 s 以上再进行电流的进退级，保证主从车电流进退一致方可确保万吨组合列车在起伏坡道上的平稳运行。
2 结语
组合万吨重载列车平稳操纵是司机不断研究、探讨的话题，随着铁路扩能改造，组合万吨重载列车将会常态化运行，而司机作为列车平稳安全运行的技术保障，这就意味着对司机的操纵水平提出了更高的要求。本文通过对组合万吨重载列车的平稳操纵研究，为组合万吨重载列车平稳操纵提供参考，减少由于司机操纵不当导致的列车断钩、分离事故。参考文献：
[1]高胜利.神朔铁路万吨组合列车平稳操纵的研究与运用[J].科技与企业,2014(20):193-195.
[2]张学礼.旅客列车的平稳操纵和常用操纵方法的探究[J].产业创新研究,2020(16):140-141.
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