CN117804800A - 机车轮轴驱动装置的评估方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种机车轮轴驱动装置的评估方法，涉及机车安全性评估技术领域。该方法包括：通过对机车轮轴驱动装置的关键承载部件进行动应力测试和振动加速度测试，得到各关键承载部件的测试数据；关键承载部件至少包括车轮和车轴；根据车轮的测试数据，分别评估车轮的静强度和车轮的疲劳强度是否合格；根据车轴的测试数据，判断车轴的轴颈、轮座、齿轮座和抱轴承座处的应力是否均小于车轴的疲劳强度许用应力，在均小于车轴的疲劳强度许用应力的情况下，评估结果为合格；在对关键承载部件的评估结果均为合格的情况下，确定机车轮轴驱动装置可继续使用。根据本公开实施例，能够最大程度发挥机车零部件的寿命和价值，节约资源，节省成本。

Description

机车轮轴驱动装置的评估方法

技术领域

本公开涉及机车安全性评估技术领域，尤其涉及一种机车轮轴驱动装置的评估方法。

背景技术

轨道交通行业机车转向架轮轴驱动系统是走行部最重要的安全件之一，行业内为了确保机车轮轴驱动系统的安全性和可靠性，对其剩余寿命的评价通常采取较为保守的方法，即仅根据其服役年限和运用里程来判定，一旦超出服役年限或运用里程，轮轴驱动系统须进行报废处置。在上述方案中，经常有能正常使用的机车轮轴驱动系统被报废处置，导致资源浪费。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开提供一种机车轮轴驱动装置的评估方法，至少在一定程度上克服由于相关技术中能正常使用的机车轮轴驱动系统被报废处置，导致资源浪费的问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供了一种机车轮轴驱动装置的评估方法，包括：

通过对机车轮轴驱动装置的关键承载部件进行动应力测试和振动加速度测试，得到各关键承载部件的测试数据；关键承载部件至少包括车轮和车轴；

根据车轮的测试数据，分别评估车轮的静强度和车轮的疲劳强度是否合格；

根据车轴的测试数据，判断车轴的轴颈、轮座、齿轮座和抱轴承座处的应力是否均小于车轴的疲劳强度许用应力，在均小于车轴的疲劳强度许用应力的情况下，评估结果为合格；

在对关键承载部件的评估结果均为合格的情况下，确定机车轮轴驱动装置可继续使用。

在本公开的一个实施例中，评估车轮的静强度是否合格，包括：

通过如下公式分别计算车轮第一纵向应力、车轮第一横向应力和车轮第一垂向应力：

其中，表示车轮第一纵向应力，Q_max表示车轮的最大牵引载荷，Z_max表示车轮的最大制动载荷；/>表示车轮第一横向应力，P₀表示机车轴重，/>表示车轮的最大横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示车轮第一垂向应力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，/>表示车轮的最大垂向振动加速度；

在车轮第一纵向应力、车轮第一横向应力和车轮第一垂向应力均小于车轮屈服极限时，车轮的静强度合格。

在本公开的一个实施例中，评估车轮的疲劳强度是否合格，包括：

通过如下公式分别计算车轮第二纵向应力、车轮第二横向应力和车轮第二垂向应力：

其中，表示车轮第二纵向应力，Q_avg表示车轮的平均牵引载荷，Z_avg表示车轮的平均制动载荷；/>表示车轮第二横向应力，P₀表示机车轴重，/>表示车轮的平均横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示车轮第二垂向应力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，/>表示车轮的平均垂向振动加速度；

在车轮第二纵向应力、车轮第二横向应力和车轮第二垂向应力均小于车轮屈服极限时，车轮的疲劳强度合格。

在本公开的一个实施例中，在对车轮的评估结果为不合格的情况下，方法还包括：

判断是否为分体车轮；

在车轮为分体车轮的情况下，通过轮心探伤判断轮心是否需要修复；

在轮心需要修复的情况下，判断轮心是否接受过堆焊修复；

在轮心未接受过堆焊修复的情况下，对轮心装配面进行堆焊后加工至图纸尺寸；

对堆焊后的轮心进行探伤；

在探伤无问题的情况下，为堆焊后的轮心更新轮箍，并将修复后的车轮的评估结果调整为合格。

在本公开的一个实施例中，在对车轴的评估结果为不合格的情况下，方法还包括：

对车轴整体进行超声波探伤和磁粉探伤；

判断车轴轴颈的大小是否大于预设阈值；

在车轴轴颈的大小大于预设阈值的情况下，基于预设数值加工去除轴颈处的缺陷；

匹配与加工后轴颈对应尺寸的轴箱轴承后，将修复后的车轴的评估结果调整为合格。

在本公开的一个实施例中，关键承载部件还包括轴箱体、电机吊杆、电机吊座、从动齿轮和主动齿轮。

在本公开的一个实施例中，方法还包括：

根据轴箱体的测试数据，判断轴箱体的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下轴箱体的评估结果为合格；

根据电机吊杆的测试数据，判断电机吊杆的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下电机吊杆的评估结果为合格；

根据电机吊座的测试数据，判断电机吊座的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下电机吊座的评估结果为合格。

在本公开的一个实施例中，方法还包括：

对电机吊杆、电机吊座、轴箱体、抱轴箱、齿轮箱进行磁粉探伤，识别微小疲劳裂纹，微小疲劳裂纹为裂纹的宽度小于预设阈值的裂纹；

通过打磨去除微小疲劳裂纹，其中，打磨去除的深度以锻铸件毛坯和加工表面所允许去除的最大量为限，否则报废。

在本公开的一个实施例中，方法还包括：

从动齿轮和主动齿轮进行整体探伤，在从动齿轮齿面和主动齿轮齿面均无裂纹，且主动齿轮和从动齿轮磨耗率小于许用磨耗率的情况下，从动齿轮和主动齿轮的评估结果为合格。

本公开实施例所提供的机车轮轴驱动装置的评估方法，通过对机车轮轴驱动装置的关键承载部件进行动应力测试和振动加速度测试，得到各关键承载部件的测试数据，并评估各关键承载部件是否合格，在对关键承载部件的评估结果均为合格的情况下，确定机车轮轴驱动装置可继续使用，在保证机车轮轴驱动装置安全性和可靠性的基础上，系统地构建了轨道车辆轮轴驱动装置的剩余寿命评估方法及再制造技术，最大程度发挥机车零部件的寿命和价值，解决了服役时间较长甚至超设计寿命的轮轴驱动装置的再利用难题，节约了大量资源，节省大量成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开实施例中一种机车轮轴驱动装置的评估方法流程图；

图2示出本公开实施例中一种机车转向架示意图；

图3a和图3b示出本公开实施例中一种机车轮轴驱动装置的架构示意图；

图4示出本公开实施例中一种轴箱装配的结构示意图；

图5示出本公开实施例中一种抱轴箱装配的结构示意图；

图6示出本公开实施例中一种电机悬挂装置示意图；

图7示出本公开实施例中一种机车坐标系方向示意图；

图8示出本公开实施例中一种零部件的测点布置示意图；

图9示出本公开实施例中另一种零部件的测点布置示意图；

图10示出本公开实施例中又一种零部件的测点布置示意图；

图11示出本公开实施例中再一种零部件的测点布置示意图；

图12示出本公开实施例中一种齿轮箱示意图；

图13示出本公开实施例中车轮和车轴示意图；

图14示出本公开实施例中一种车轴示意图。

具体实施方式

下面将参考附图更全面地描述示例实施方式。

需要说明的是，示例实施方式能够以多种形式实施，不应被理解为限于在此阐述的范例。

基于背景技术部分可知，仅根据其服役年限和运用里程来判定，机车轮轴驱动装置是否需要报废，经常有能正常使用的机车轮轴驱动系统被报废处置，导致资源浪费。

具体地，发明人发现机车轮轴驱动系统(装置)是机车行走部最重要的安全件之一，轮轴驱动系统上的零部件一旦发生损坏，轻则导致机车停在半途等待救援(业内称为“机破”)，重则导致机车掉道、脱轨、翻车等重大事故，因此，行业内为了确保机车轮轴驱动系统的安全性和可靠性，对其剩余寿命的评价通常采取较为保守的方法，即仅根据其服役年限和运用里程来判定，一旦超出服役年限(＞30年)或运用里程(＞600万公里)，轮轴驱动系统须进行报废处置。

机车轮轴驱动系统的价格约占机车整车价格的1/3，对于机车运用单位来说，报废整车或轮轴驱动系统会导致生产成本大幅增加，对企业的经济效益产生一定影响。

为解决上述问题，本公开实施例在保证机车轮轴系统安全性和可靠性的基础上，系统地构建了轨道车辆轮轴驱动装置的剩余寿命评估方法及再制造技术，最大程度发挥机车零部件的寿命和价值，解决了服役时间较长甚至超设计寿命的轮轴驱动装置的再利用难题，节约了大量资源，节省大量成本。

下面结合附图及实施例对本示例实施方式进行详细说明。

图1示出本公开实施例中一种机车轮轴驱动装置的评估方法流程图，该机车轮轴驱动装置的评估方法可以应用于轨道车辆转向架轮对，适用于服役时间较长甚至超设计寿命的轮轴驱动装置。

需要说明的是，轨道交通机车转向架模块化程度较高，机车轮轴驱动装置整体结构大体相同，其中，图2示出本公开实施例中一种机车转向架，图3a和图3b示出本公开实施例中一种机车轮轴驱动装置。

本公开实施例中机车轮轴驱动装置，可以包括车轮(包括整体车轮、轮心、轮箍)、车轴、从动齿轮、主动齿轮、轴箱装配、抱轴箱装配、齿轮箱、牵引电机、电机悬挂装置等。其中，轴箱装配包括轴箱体、轴箱轴承、前盖、后盖等，如图4所示；抱轴箱装配包括两侧抱轴承或抱轴瓦、抱轴箱等，如图5所示；电机悬挂装置包括电机吊杆、电机吊座等，如图6所示。

如图1所示，本公开实施例中提供的机车轮轴驱动装置的评估方法包括步骤S102-S108。

在S102中，通过对机车轮轴驱动装置的关键承载部件进行动应力测试和振动加速度测试，得到各关键承载部件的测试数据；关键承载部件至少包括车轮和车轴。

在一些实施例中，可以规定机车坐标系方向，如图7所示。

在一些实施例中，可以在轮轴驱动装置关键承载部件的外露表面上贴应变片和振动加速度传感器分别进行动应力测试和振动加速度测试。作为一个示例，动应力测点布置如下图8-图11所示。其中，图8中包括测点Z01、Z02和Z03；图9中包括测点B01、B02、B04和B05；图10中包括测点A01和A02；图11中包括测点DZ01、DZ02和DG01。

三向振动加速度测点布置于齿轮箱上，如图12所示。

统计振动加速度测试结果，如下表所示。

表1

纵向振动加速度	ax1	ax2	ax3	…	axn
						占比	b1	b2	b3	…	bn
横向振动加速度	ay1	ay2	ay3	…	ayn
						占比	d1	d2	d3	…	dn
垂向振动加速度	az1	az2	az3	…	azn
						占比	e1	e2	e3	…	en

平均纵向振动加速度计算：

平均横向振动加速度计算：

平均垂向振动加速度计算：

将测试中各方向的最大振动加速度分别记为和/>

与汽车不同，机车的运行线路相对固定，这为测算机车载荷谱提供了方便。在一些实施例中，可以按照机车日常牵引规律(重载或轻载)，在运用线路上至少跑3个来回，对机车牵引控制软件中记录的数据进行分析，统计机车载荷谱，如下表所示。

表2

牵引工况	Q1	Q2	Q3	…	Qn
						占比	a1	a2	a3	…	an

表3

平均牵引载荷计算：Q_avg＝a1*Q1+a2*Q2+…+an*Qn

平均制动载荷计算：Z_avg＝b1*Z1+b2*Z2+…+bn*Zn

最大牵引载荷和最大制动载荷按照机车牵引力最大值和机车紧急制动力(即制动力最大值)计算，分别记为Q_max和Z_max。

在S104中，根据车轮的测试数据，分别评估车轮的静强度和车轮的疲劳强度是否合格。

在S106中，根据车轴的测试数据，判断车轴的轴颈、轮座、齿轮座和抱轴承座处的应力是否均小于车轴的疲劳强度许用应力，在均小于车轴的疲劳强度许用应力的情况下，评估结果为合格。

在S108中，在对关键承载部件的评估结果均为合格的情况下，确定机车轮轴驱动装置可继续使用。

本公开实施例，针对服役时间较长甚至超设计寿命的轮轴驱动装置需要报废处理的问题，系统地构建了轨道车辆轮轴驱动装置的剩余寿命评估方法及再制造技术，既可以保证机车转向架轮轴驱动装置在服役时间较长或超设计寿命时科学的评价其剩余寿命，又可以最大程度发挥各零部件的寿命和价值。解决了服役时间较长甚至超设计寿命的轮轴驱动装置的再利用难题，节约了大量资源，节省大量成本。

在一些实施例中，在S104中评估车轮的静强度是否合格，可以是通过如下公式分别计算车轮第一纵向应力、车轮第一横向应力和车轮第一垂向应力：

其中，表示车轮第一纵向应力，Q_max表示车轮的最大牵引载荷，Z_max表示车轮的最大制动载荷；/>表示车轮第一横向应力，P₀表示机车轴重，/>表示车轮的最大横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示车轮第一垂向应力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，/>表示车轮的最大垂向振动加速度；

在车轮第一纵向应力、车轮第一横向应力和车轮第一垂向应力均小于车轮屈服极限时，车轮的静强度合格。

在一些实施例中，评估车轮的疲劳强度是否合格，可以是通过如下公式分别计算车轮第二纵向应力、车轮第二横向应力和车轮第二垂向应力：

其中，表示车轮第二纵向应力，Q_avg表示车轮的平均牵引载荷，Z_avg表示车轮的平均制动载荷；/>表示车轮第二横向应力，P₀表示机车轴重，/>表示车轮的平均横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示车轮第二垂向应力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，/>表示车轮的平均垂向振动加速度；

在车轮第二纵向应力、车轮第二横向应力和车轮第二垂向应力均小于车轮屈服极限时，车轮的疲劳强度合格。

在一些实施例中，车轮可以采用ANSYS软件进行有限元仿真计算。

静强度计算所需载荷：

(机车纵向)

(机车横向)

(机车垂向)

当计算应力＜车轮屈服极限时，即认为静强度合格。

疲劳强度计算所需载荷：

(机车纵向)

(机车横向)

(机车垂向)(c为载荷系数，一般取1.25)

其中，P0为机车轴重，Pu为簧下重量。

当计算应力＜车轮疲劳极限时，即认为疲劳强度合格。

当静强度计算和疲劳强度计算均合格时，即认为车轮或轮心在全寿命周期内可安全使用。

在一些实施例中，根据车轴的测试数据，判断车轴的轴颈、轮座、齿轮座和抱轴承座处的应力是否均小于车轴的疲劳强度许用应力，可以是通过如下公式计算轴颈处受到的垂向力：

其中，表示轴颈处受到的垂向力，c表示载荷系数，P₀表示机车轴重，P_u表示簧下重量，g表示重力加速度，/>表示轴颈的平均垂向振动加速度；

通过如下公式计算轮座处受到的纵向力、轮座处受到的横向力和轮座处受到的垂向力，轮座处受到的纵向力、轮座处受到的横向力和轮座处受到的垂向力的作用点位于车轮踏面与轨道接触处：

其中，表示轮座处受到的纵向力，Q_avg表示轮座的平均牵引载荷，Z_avg表示轮座的平均制动载荷；/>表示轮座处受到的横向力，P₀表示机车轴重，/>表示轮座的平均横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示轮座处受到的垂向力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，/>表示轮座的平均垂向振动加速度；

通过如下公式计算齿轮座处受到的垂向力，其中，齿轮座处受到的垂向力的作用点位于齿轮齿面上：

通过如下公式计算各截面应力:

其中，d表示车轴各截面直径，MX表示x方向上车轴各截面所受的弯矩，MZ表示z方向上车轴各截面所受的弯矩，MY表示y方向上车轴各截面所受的扭矩。

当σ＜[σ]时，认为车轴该截面疲劳强度满足要求，其中，[σ]表示车轴各截面疲劳强度许用应力。

在一些实施例中，车轴的疲劳计算依据施加在车轴轴颈、轮座、齿轮座、抱轴承座上的平均载荷，对车轴各截面处的应力进行计算，计算结果不得高于车轴的疲劳强度许用应力。本公开实施例中的车轴和车轮如图13所示，车轮如图14所示。

其中轴颈处受到垂向力作用：

轮座处受到纵向力、横向力和垂向力作用，且力的作用点位于车轮踏面与轨道接触处：

齿轮座处受到垂向力作用：

力的作用点位于齿轮齿面上。通过上述载荷可计算车轴各截面所受的弯矩Mx和Mz和扭矩Ty，并通过如下合力矩公式：

可计算合力矩，则各截面应力可表示为：

当σ＜[σ]时，认为车轴该截面疲劳强度满足要求。

当所有截面均满足疲劳强度要求时，即认为该车轴疲劳强度可满足再利用规定的全寿命周期使用。

本公开实施例通过对轮轴驱动装置各零部件三维模型进行仿真计算、对各零部件进行探伤检测和缺陷分析并进行修复、对高应力点进行动应力测试，科学评估服役时间较长甚至超设计寿命的轮轴驱动装置各零部件的剩余寿命。在保证安全性和可靠性的基础上，通过改造、修复、改善运行工况等多种方法，达到延长上述研究对象服役寿命的目的。

在一些实施例中，在对车轮的评估结果为不合格的情况下，该机车轮轴驱动装置的评估方法，还可以包括：判断是否为分体车轮；在车轮为分体车轮的情况下，通过轮心探伤判断轮心是否需要修复；在轮心需要修复的情况下，判断轮心是否接受过堆焊修复；在轮心未接受过堆焊修复的情况下，对轮心装配面进行堆焊后加工至图纸尺寸；对堆焊后的轮心进行探伤；在探伤无问题的情况下，为堆焊后的轮心更新轮箍，并将修复后的车轮的评估结果调整为合格。

在一些实施例中，在对车轮的评估结果为不合格的情况下，若为整体车轮，则更新；若为分体车轮，则更新轮箍，轮心探伤。轮心探伤是决定轮心能否再利用的关键工序。本公开实施例除在标准规定允许存在的原始铸造缺陷外，轮心上不得允许存在任何疲劳裂纹或由原始铸造缺陷扩展的裂纹，否则机车安全性将得不到保障。

轮心探伤合格后，进入修复阶段，若经过尺寸检查，轮心的各尺寸均在图纸规定的范围内，则允许继续使用。由于分体车轮轮心在全寿命周期内已经过多次拆卸，因此轮毂内径面、长轮毂外径面、轮毂内端面、轮辋侧面及毂部等装配面易出现配合尺寸超限的问题，可对轮心的上述装配面进行堆焊后加工至图纸尺寸，堆焊加工后须对焊接部位进行探伤，每个轮心只允许堆焊修复一次。

在一些实施例中，在对车轴的评估结果为不合格的情况下，该机车轮轴驱动装置的评估方法，还可以包括：对车轴整体进行超声波探伤和磁粉探伤；判断车轴轴颈的大小是否大于预设阈值；在车轴轴颈的大小大于预设阈值的情况下，基于预设数值加工去除轴颈处的缺陷；匹配与加工后轴颈对应尺寸的轴箱轴承后，将修复后的车轴的评估结果调整为合格。

在一些实施例中，在对车轴的评估结果为不合格的情况下，车轴整体超声波探伤和磁粉探伤，轴颈处的缺陷可通过加工去除，轴颈可按规定数值等级减小(一般为0.5mm)，但不得超过最大允许减小的数值(一般为2mm)，并适配同样尺寸的轴箱轴承。若该车轴已达到轴颈所允许的最小值，则该车轴已不具备修复的空间，因此需报废换新。

在一些实施例中，关键承载部件还可以包括轴箱体、电机吊杆、电机吊座、从动齿轮和主动齿轮中的一种或多种。

在一些实施例中，该机车轮轴驱动装置的评估方法，还可以包括根据轴箱体的测试数据，判断轴箱体的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下轴箱体的评估结果为合格；根据电机吊杆的测试数据，判断电机吊杆的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下电机吊杆的评估结果为合格；根据电机吊座的测试数据，判断电机吊座的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下电机吊座的评估结果为合格。

在一些实施例中，针对轴箱体、电机吊杆、电机吊座可以根据动应力测试结果进行剩余寿命评估，若：c*动应力测试最大值＜屈服极限，c*动应力测试平均值＜屈服极限，则认为其在再利用规定的全寿命周期内仍可安全使用。

在一些实施例中，轴箱轴承、抱轴承或抱轴瓦须更新，更新后可在其全寿命周期内正常使用。

在一些实施例中，该机车轮轴驱动装置的评估方法，还可以包括：对电机吊杆、电机吊座、轴箱体、抱轴箱、齿轮箱进行磁粉探伤，识别微小疲劳裂纹，微小疲劳裂纹为裂纹的宽度小于预设阈值的裂纹；通过打磨去除微小疲劳裂纹，其中，打磨去除的深度以锻铸件毛坯和加工表面所允许去除的最大量为限，否则报废。

在一些实施例中，对电机吊杆、电机吊座、轴箱体、抱轴箱、齿轮箱的关键受力部位进行磁粉探伤，磁粉探伤应采用更高等级的质量标准，对上述零件在长期服役过程中经过交变载荷的冲击产生的微小疲劳裂纹进行识别，微笑疲劳裂纹只可打磨去除，不可进行焊补，打磨去除的深度以锻铸件毛坯和加工表面所允许去除的最大量为限，否则报废。去除微笑疲劳裂纹后须再次探伤，确保无裂纹。

在一些实施例中，该机车轮轴驱动装置的评估方法，还可以包括：从动齿轮和主动齿轮进行整体探伤，在从动齿轮齿面和主动齿轮齿面均无裂纹，且主动齿轮和从动齿轮磨耗率小于许用磨耗率的情况下，从动齿轮和主动齿轮的评估结果为合格。

在一些实施例中，从动齿轮和主动齿轮进行整体探伤，齿面不得有裂纹；对从动齿轮和主动齿轮齿侧隙或磨耗量n(mm)进行测算，根据该轮轴驱动装置运行里程L(万公里)，计算主动齿轮和从动齿轮磨耗率为λ＝n/L。齿轮设计的许用磨耗量为[n]，则可计算主动齿轮和从动齿轮的剩余寿命为：Ls＝([n]-n)/λ。若剩余寿命达不到再利用的规定里程则需要进行更换(可单独更换主动齿轮或从动齿轮)。

机车轮轴驱动装置可方便地从转向架下方拆卸。拆卸后，确认轮轴驱动装置整体状态无异常磕碰、无卡滞、无不可修复的故障，并对其进行吹扫，去除表面附着的油泥。

拆解电机悬挂装置；拆解齿轮箱、电机、抱轴瓦等驱动装置及附件；拆解轴箱装配；拆解轮对。

易损易耗件一般为紧固件(包括螺栓、螺母、垫圈等)和橡胶件。

本公开实施例的再制造技术，通过对轮轴驱动装置所用的易损易耗件、紧固件的更换、轴承更新、缺陷消除等预防性维修方法，延缓产品的故障率；根据机车日常运用的实际工况，提出了基于机车载荷谱的可靠性分析方法。

本公开实施例，通过研究轮轴驱动设计定型时的冗余设计技术，在保证产品可靠性和安全性的基础上，允许采用一定技术手段对车轴承载部位进行一定程度的缺陷消除或修复，大大降低了车轴的报废率；本公开实施例，通过采用更高的质量标准以及更精确的无损探伤手段，对轮轴驱动装置各关键受力部件进行状态检查，确保服役末期或超期服役产品在预定的再利用周期内的可靠性。

在本公开实施例中，术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本公开中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。

在一些实施例中，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。

本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种机车轮轴驱动装置的评估方法，其特征在于，包括：

通过对机车轮轴驱动装置的关键承载部件进行动应力测试和振动加速度测试，得到各关键承载部件的测试数据；所述关键承载部件至少包括车轮和车轴；

根据车轮的测试数据，分别评估车轮的静强度和车轮的疲劳强度是否合格；

根据车轴的测试数据，判断车轴的轴颈、轮座、齿轮座和抱轴承座处的应力是否均小于车轴的疲劳强度许用应力，在均小于车轴的疲劳强度许用应力的情况下，评估结果为合格；

在对所述关键承载部件的评估结果均为合格的情况下，确定机车轮轴驱动装置可继续使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，评估车轮的静强度是否合格，包括：

通过如下公式分别计算车轮第一纵向应力、车轮第一横向应力和车轮第一垂向应力：

其中，表示车轮第一纵向应力，Q_max表示车轮的最大牵引载荷，Z_max表示车轮的最大制动载荷；/>表示车轮第一横向应力，P₀表示机车轴重，/>表示车轮的最大横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示车轮第一垂向应力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，表示车轮的最大垂向振动加速度；

在所述车轮第一纵向应力、所述车轮第一横向应力和所述车轮第一垂向应力均小于车轮屈服极限时，车轮的静强度合格。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，评估车轮的疲劳强度是否合格，包括：

通过如下公式分别计算车轮第二纵向应力、车轮第二横向应力和车轮第二垂向应力：

其中，表示车轮第二纵向应力，Q_avg表示车轮的平均牵引载荷，Z_avg表示车轮的平均制动载荷；/>表示车轮第二横向应力，P₀表示机车轴重，/>表示车轮的平均横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示车轮第二垂向应力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，表示车轮的平均垂向振动加速度；

在所述车轮第二纵向应力、所述车轮第二横向应力和所述车轮第二垂向应力均小于车轮屈服极限时，车轮的疲劳强度合格。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据车轴的测试数据，判断车轴的轴颈、轮座、齿轮座和抱轴承座处的应力是否均小于车轴的疲劳强度许用应力，包括：

通过如下公式计算轴颈处受到的垂向力：

其中，表示轴颈处受到的垂向力，c表示载荷系数，P₀表示机车轴重，P_u表示簧下重量，g表示重力加速度，/>表示轴颈的平均垂向振动加速度；

通过如下公式计算轮座处受到的纵向力、轮座处受到的横向力和轮座处受到的垂向力，所述轮座处受到的纵向力、所述轮座处受到的横向力和所述轮座处受到的垂向力的作用点位于车轮踏面与轨道接触处：

其中，表示轮座处受到的纵向力，Q_avg表示轮座的平均牵引载荷，Z_avg表示轮座的平均制动载荷；/>表示轮座处受到的横向力，P₀表示机车轴重，/>表示轮座的平均横向振动加速度，g表示重力加速度；/>表示轮座处受到的垂向力，c表示载荷系数，P_u表示簧下重量，/>表示轮座的平均垂向振动加速度；

通过如下公式计算齿轮座处受到的垂向力，其中，齿轮座处受到的垂向力的作用点位于齿轮齿面上：

通过如下公式计算各截面应力:

其中，d表示车轴各截面直径，MX表示x方向上车轴各截面所受的弯矩，MZ表示z方向上车轴各截面所受的弯矩，MY表示y方向上车轴各截面所受的扭矩；

当σ＜[σ]时，认为车轴该截面疲劳强度满足要求，其中，[σ]表示车轴各截面疲劳强度许用应力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对车轮的评估结果为不合格的情况下，所述方法还包括：

判断是否为分体车轮；

在车轮为分体车轮的情况下，通过轮心探伤判断轮心是否需要修复；

在轮心需要修复的情况下，判断轮心是否接受过堆焊修复；

在轮心未接受过堆焊修复的情况下，对轮心装配面进行堆焊后加工至图纸尺寸；

对堆焊后的轮心进行探伤；

在探伤无问题的情况下，为堆焊后的轮心更新轮箍，并将修复后的车轮的评估结果调整为合格。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对车轴的评估结果为不合格的情况下，所述方法还包括：

对车轴整体进行超声波探伤和磁粉探伤；

判断车轴轴颈的大小是否大于预设阈值；

在车轴轴颈的大小大于预设阈值的情况下，基于预设数值加工去除轴颈处的缺陷；

匹配与加工后轴颈对应尺寸的轴箱轴承后，将修复后的车轴的评估结果调整为合格。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关键承载部件还包括轴箱体、电机吊杆、电机吊座、从动齿轮和主动齿轮。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据轴箱体的测试数据，判断轴箱体的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下轴箱体的评估结果为合格；

根据电机吊杆的测试数据，判断电机吊杆的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下电机吊杆的评估结果为合格；

根据电机吊座的测试数据，判断电机吊座的动应力测试最大值是否小于屈服极限，在小于屈服极限的情况下电机吊座的评估结果为合格。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对电机吊杆、电机吊座、轴箱体、抱轴箱、齿轮箱进行磁粉探伤，识别微小疲劳裂纹，所述微小疲劳裂纹为裂纹的宽度小于预设阈值的裂纹；

通过打磨去除所述微小疲劳裂纹，其中，打磨去除的深度以锻铸件毛坯和加工表面所允许去除的最大量为限，否则报废。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

从动齿轮和主动齿轮进行整体探伤，在从动齿轮齿面和主动齿轮齿面均无裂纹，且主动齿轮和从动齿轮磨耗率小于许用磨耗率的情况下，从动齿轮和主动齿轮的评估结果为合格。