《城軌交通車輛結(jié)構(gòu)檢修及維護(hù)》課程城軌車輛零部件的損傷與故障教學(xué)目標(biāo)1、了解城軌車輛零部件的損傷與失效形式2、熟悉因車輛零部件損傷而引起的故障類型3、掌握造成車輛零部件損傷的主要原因教學(xué)重點1、車輛零部件損傷而引起的故障類型2、車輛零部件損傷的主要原因目錄城軌車輛零部件的損傷與故障概述城軌車輛零部件的損傷與失效形式因車輛零部件損傷而引起的故障類型造成車輛零部件損傷的主要原因0102030401一、城軌車輛零部件的損傷與故障概述城軌車輛在日常運營中擔(dān)負(fù)著成千上萬乘客的運送任務(wù)，在運輸過程中，車輛除了消耗電能量，還會對自身造成消耗，從而產(chǎn)生損傷。除了因自然消耗產(chǎn)生損傷外，還可能由于車輛及零件的設(shè)計、材料、工藝及裝配等各種原因引起損傷。損傷由小變大，最后車輛零部件喪失規(guī)定的功能而無法繼續(xù)工作，這一過程稱為失效；對可修復(fù)的產(chǎn)品，通常也稱為故障。產(chǎn)品可以是零件、運動副、部件、整個機(jī)器或系統(tǒng)。故障包括：產(chǎn)品功能的完全喪失和性能下降到可接受限度之外的情況。02當(dāng)車輛的關(guān)鍵零部件失效時，就意味著車輛處于故障狀態(tài)，將會對運營安全造成極大的危害。車輛維修的目的就是通過不斷地修復(fù)和更換已經(jīng)受到損失的零部件，避免關(guān)鍵零部件失效，恢復(fù)其應(yīng)有的原始技術(shù)狀態(tài)，以保證城市軌道交通安全、正常地運營。

車輛在使用過程中，由于摩擦、外力、應(yīng)力及化學(xué)反應(yīng)的作用，零件總會逐漸磨損、腐蝕和斷裂，從而產(chǎn)生故障。加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng)維修，及時掌握零件磨損情況，在零件進(jìn)入劇烈磨損階段前進(jìn)行修理更換，就可防止故障造成的經(jīng)濟(jì)損失。03城軌車輛是以一定速度不斷運行的機(jī)械，運行中產(chǎn)生磨損的零部件很多。例如，車輪踏面及輪緣、軸承滾動體及內(nèi)外圈、車門及驅(qū)動裝置、車鉤及緩沖器零件，以及各種銷及銷孔等。這些零部件在列車運行中，都會因為磨損而逐漸導(dǎo)致其尺寸和形狀改變。當(dāng)達(dá)到一定限度后，這些零部件就不能繼續(xù)使用，必須進(jìn)行修理或更換。在城軌車輛的日常維修中，磨損的零部件是最主要的修理對象。04在車輛使用過程中，損傷與失效形式多種多樣，但磨損、變形、斷裂、腐蝕、老化和損傷是機(jī)械性損傷與失效的主要形式，而擊穿、短路和斷路是電氣性損傷與失效的主要形式。下面主要介紹機(jī)械性損傷與失效的主要形式。1、車輛零部件的磨損

運動副中，摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。磨損會逐漸改變零件尺寸和摩擦表面形狀，只要這個零件與另外一個零件之間有接觸，并且有相對運動，就不可避免地產(chǎn)生磨損，因此應(yīng)采取措施盡量使其減小，據(jù)統(tǒng)計，約有80％的零件是因磨損而報廢的。二、城軌車輛零部件的損傷與失效形式05

通常將機(jī)械零件的磨損分為黏著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損和微動磨損5種類型。?黏著磨損

加工后的零件表面總有一定的粗程度。摩擦表面受載時，實際上只有部分峰頂接觸，接觸處壓強(qiáng)很高，能使材料產(chǎn)生塑性流動。若接觸處發(fā)生黏著，滑動時會使接觸表面材由個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，即材料轉(zhuǎn)移（指接觸表面擦傷和撕脫，嚴(yán)重時摩表面能相互變死），這種現(xiàn)象稱為黏著磨損。預(yù)防黏著磨損的方法和途徑主要有：正確選材、合理潤滑、表面處理。06?磨料磨損

磨料磨損是指當(dāng)摩擦副的接觸表面之間存在著硬質(zhì)要粒，或者當(dāng)擦材料一方的硬度比另一方的硬度大得多時，所產(chǎn)生的一種類似于金屬切削過程的磨損。它是機(jī)械磨損的一種，特征是在接觸面上有明顯的切痕。在各類磨損中，磨料磨損約占50％，是一種十分常見且危險性最嚴(yán)重的一種磨損，其磨損率和磨損強(qiáng)度都很大，致使機(jī)械設(shè)備的使用壽命大大降低，能源和材料大量消耗，磨料磨損主要采用的預(yù)防措施有：選用硬度高的材料、控制磨粒、進(jìn)行材料表面處理、合理潤滑等。07

?疲勞磨損

在滾動或兼有滑動和滾動的高副中，如凸輪、齒輪等，受載時材料表層有很大的接觸應(yīng)力：當(dāng)荷載重復(fù)作用時，常會出現(xiàn)其表層金屬呈小片狀剝落而在零件表面形成小坑，這種度象稱為疲勞磨損或疲勞點蝕。預(yù)防疲勞磨損的方法有：合理選用材料、零件表面盡量光滑、減小表面殘余內(nèi)應(yīng)力、采用合適黏度的潤滑劑等。08

?腐蝕磨損

在摩擦過程中，金屬同時與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生物質(zhì)損失，這一過程稱為腐蝕磨損。?微動磨損

兩接觸表面由于受相對低振幅振蕩運動而產(chǎn)生的磨損稱為微動磨損。092、車輛零部件的變形

機(jī)械零件在使用過程中，由于承載或內(nèi)部應(yīng)力的作用，使零件的尺寸和形狀改變的現(xiàn)象稱為變形。變形是零件失效的一個重要原因，如各種傳動軸的彎曲變形、車體底架主梁在變形下的撓曲或扭曲、彈簧的變形等。根據(jù)外力去除后變形能否恢復(fù)，可將變形分為彈性變形和塑性變形兩大類。

1）彈性變形

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。彈性變形的重要特征是可逆性，即受力作用后產(chǎn)生變形，卸除荷載后變形消失。10

2）塑性變形

物體在外力的作用下產(chǎn)生形變，當(dāng)施加的外力撤除或消失后，該物體不能恢復(fù)原狀的變形，稱為塑性變形。從宏觀形貌特征上看，塑性變形主要有翹曲變形、體積變形、時效變形塑性變形導(dǎo)致機(jī)械零件各部分尺寸和外形的變化，將引起一系列不良后果。例如，車門框架和門葉的變形會導(dǎo)致車門無法開啟和關(guān)閉，零件的局部塑性變形雖然不像零件的整體變形那樣引起明顯失效，但也是引起零件塑性變形的重要形式。

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3、車輛零部件的斷裂

車輛零部件的斷裂是指零部件在機(jī)械力、溫度、磁場感應(yīng)和腐蝕等單獨作用或共同作用下，其本身連續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。與磨損和變形相比，斷裂失效的機(jī)會較少，但是一且發(fā)生，其危害性很大，會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，因此是一種最危險的失效形式。機(jī)械零件的斷裂一般分為延性斷裂、脆性性斷、疲勞斷裂、環(huán)境斷裂4種形式。12

4、車輛零部件的腐蝕和老化

金屬零件的腐蝕是指表面材料與外部介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的表面破壞現(xiàn)象，按腐蝕的機(jī)理不同可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

零件材料的性能隨著使用時間的增長而逐漸衰退的現(xiàn)象，稱為老化。零件老化多發(fā)生在橡膠和塑料等非金屬材料上。

5、車輛電氣元件的損傷

車輛電氣元件一段分為有觸點器件和無觸點器件兩大部分。有觸點器件的損傷主要集中在觸點上，如觸頭的磨損等。對于交流傳動城軌車輛，由于無觸點器件的大量使用，車電氣系統(tǒng)的損傷主要集中在變流元件損壞和控制系統(tǒng)電子線路板故障上。13三、因車輛零部件損傷而引起的故障類型因車輛零部件損傷而引起的故障，按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可有不同的類型。1、按照故障發(fā)生的時機(jī)分類

按照故障發(fā)生的時機(jī)不同分類，故障可分為漸發(fā)性故障和突發(fā)性故障。新發(fā)性故障是由于各種設(shè)備初始參數(shù)劣化和老化過程發(fā)展而產(chǎn)生的，這類故障與材料的磨損、腐蝕，疲勞及變等過程密切相關(guān)，與設(shè)備使用時間有關(guān)。突發(fā)性故障是各種不利因素及偶然的外界影響共同作用的結(jié)果，這種作用超過了設(shè)備所能承受的限度，如因潤滑油中斷而使零件產(chǎn)生的熱變形裂紋，這類故障往往與設(shè)備的使用時間無關(guān)。漸發(fā)性故障又稱為軟故障，而突發(fā)性故障則稱為硬故障。142、按照故障的后果分類

按照故障的后果不同分類，故障可分為功能故障和參數(shù)故障。功能故障使設(shè)備不能繼續(xù)完成自己的功能，而參數(shù)故障使設(shè)備的參數(shù)（特性）超出允許的極限值。與功能故障相比，參數(shù)故障不妨礙設(shè)備的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，但按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來衡量，這些設(shè)備都是無工作能力或工作能力不佳的。機(jī)器加工精度的破壞就屬于參數(shù)故障；馬達(dá)燒壞使機(jī)器不能運轉(zhuǎn)則屬于功能故障。153、按照設(shè)備的損傷程度分類

按照設(shè)備的損傷程度不同分類，故障可分為潛在故障和已發(fā)生故障兩種。從設(shè)備的損傷程度和使用時間可以判斷潛在故障發(fā)生的可能性，設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的目的就是防止?jié)撛诠收习l(fā)展為已發(fā)生故障。4、按照故障的影響程度分類

按照故障的影響程度不同分類，故障分為允許故障和不允許故障。允許故障一般同導(dǎo)致設(shè)備輸出參數(shù)逐步老化的過程密切相關(guān)。允許故障包括各種因素（使用技術(shù)條件所允許的）在最不利組合時引起的突發(fā)性故障。有時為了減少、縮小和簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，設(shè)計上允許一定的故障發(fā)生概率。165、按照故障存在時間分類

按照故障存在時間不同分類，故障可分為水久性故障和間歇性故障。水久性故障是指一旦發(fā)現(xiàn)就長期存在的故障。無論何時進(jìn)行檢測均可發(fā)現(xiàn)此類故障。間歇性故障是指某種特定條件下才出現(xiàn)的或隨機(jī)性的、存在時間短暫的故障。由于難以把握其出現(xiàn)的規(guī)律和時機(jī)，這種故障不易被檢測。6、按同時出現(xiàn)故障的數(shù)量分類

按照同時出現(xiàn)故障的數(shù)量不同分類，故障可分為單故障和多故障。若某一時刻僅有一個故障發(fā)生，稱為單故障；若同時可能發(fā)生若干故障，稱為多故障。177、按運營過程中發(fā)生的故障分類

評定產(chǎn)品運營可靠性時應(yīng)考慮運營故障的影響。不同的城市軌道交通項目運營故障分類有所不同，但通常會分為以下3類故障：

（1）救援故障。救援故障是指列車已嚴(yán)重?fù)p壞或瘓，需要牽引車或另一列車的幫助才能拉回基地或避車線。

（2）清客故障。清客故障是指列車在故障時不能繼續(xù)服務(wù)，疏散乘客后自行返回基地或避車線。在有些項目中，對清客故障須進(jìn)一步細(xì)分，分為清客故障和掉線故障。掉線故障被定義為列車運行一圈后，疏散乘客，退出商業(yè)運營。

（3）延誤故障。延誤故障是指列車發(fā)生故障以后影響正常運行且列車在線路中的停車時間超過了5min（也有定義為3min或2min）。18四、造成車輛零部件損傷的主要原因造成城軌車輛零部件損傷的原因是多方面的，歸納起來主要有以下幾點：1、設(shè)計不合理

設(shè)計不合理主要包括：結(jié)構(gòu)缺陷，印刷線路、配電線路布局不合理，電子元器件參數(shù)選擇不當(dāng)，線路可靠性差，零件、材料配合、潤滑方式選擇不當(dāng)，應(yīng)力過高、應(yīng)力集中，對使用條件和工作環(huán)境考慮不周等等。192、制造、安裝、使用中的缺陷

制造、安裝、使用中的缺陷主要包括以下兩個方面：

（1）電氣布線、焊接、絕緣隔離及印刷線路達(dá)不到工藝要求。

（2）機(jī)械切削、壓力加工、熱處理、焊接、電、裝配、安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)保養(yǎng)、維修、技術(shù)改造中產(chǎn)生的缺陷。203、原材料缺陷

原材料缺陷主要包括以下幾個方面：

（1）電器材料的電阻、電容、導(dǎo)電性能、絕緣性能等指標(biāo)缺陷。

（2）金屬材料不符合技術(shù)要求。

（3）鑄件、鍛件、軋制件缺陷及熱處理缺陷等。214、使用不當(dāng)

使用不當(dāng)主要包括以下幾個方面：

（1）超出規(guī)定的使用條件或環(huán)境發(fā)生變化，造成電壓過高、電流過大。