弹簧的强度校核弹簧材料为60Si2MnA，簧条直径32mm，有效圈数5.25，总圈数6.75，自由高401mm.其剪切弹性模数G=78400MPa;许用剪切应力[τ]=740MPa;拉伸强度极限σb=1586MPa;屈服强度极限σs=1372MPa.弹簧静载荷25550N，静挠度139mm.按标准DINEN13909-1《圆形金属丝和棒材制柱状螺旋弹簧计算和设计》计算，静挠度下和压并状态下弹簧剪应力分别为531.8MPa和632.3MPa，均小于许用剪切应力，弹簧能满足静强度要求。

　　由于此处弹簧承受交变载荷作用，因此有必要对弹簧进行疲劳强度校核。当弹簧的设计计算和材料的机械性能数据精确性高时，弹簧的疲劳强度的设计安全系数取[S]=1.3～1.7.在计算时，载荷按动载系数0.25取值，弹簧在工作载荷和交变载荷共同作用下最大、最小剪应力分别为664.8MPa和398.9MPa.由于要求弹簧承受变载荷的次数大于106，所以材料的脉动循环剪切疲劳极限按τ0=0.33σb取值;考虑弹簧的棒料均进行剥皮、磨光，成形后进行了抛丸等特殊处理，因此弹簧脉动循环剪切疲劳极限还可以提高20%左右，从而可得τ0=628.06MPa.疲劳强度安全系数S=τ0+0.75τminτmax=1.39，该值在弹簧的许用安全系数[S]内，因此，弹簧的疲劳强度满足要求。

　　最后，对弹簧的综合应力进行精确计算。利用I-DEAS有限元软件，采用4节点四面体单元，共划分为9532个单元体，3124个节点。分别计算弹簧在承受垂向工作载荷P1=25563N及考虑25%动载荷P2=31954N时的应力，、分别为在两种工况下弹簧的应力云图，其最大等效应力分别为1010MPa和1200MPa，均未超出弹簧材料的屈服强度，因此，弹簧的综合强度能满足工作载荷下的应力25%动载荷下的应力要求。

　　通过以上对弹簧的理论计算校核，均表明弹簧在正常运用条件下，其强度能满足使用要求。但是，出现弹簧断裂的机车，其运行里程均在20万km左右，远不足100万km的使用寿命，因此本次弹簧断裂应另有原因。

　　弹簧的断口分析及断裂原因弹簧的断口分析通过对断裂弹簧断口进行理化分析，有以下特点：(1)断裂位置在弹簧1.1至1.2圈之间，断裂性质属疲劳断裂和脆性破断，有明显的成核区、疲劳区和断裂区。(2)成核区：由于端圈与有效圈之间在运行中产生较大的接触磨损形成尖角，导致应力集中产生裂纹源。(3)疲劳区和断裂区：裂纹扩展区域小，快速断裂区域大。

　　弹簧的断裂原因弹簧表面的磨损弹簧表面磨损直接影响承受动负荷弹簧的疲劳寿命，使弹簧的疲劳强度和抗冲击能力下降。在弹簧的制造过程中，一般都能保证弹簧工作圈的表面质量，往往忽视了支撑圈的表面质量。从已断的弹簧1来看，所有弹簧支撑圈下的弹簧工作圈表面上都留有许多不连续的局部小压痕，而弹簧的断裂开始位置正是从某一个表面压痕开始的。压痕形成的原因不难分析，在弹簧的制造过程中因支撑圈的减薄部分的下表面(靠近工作圈)不平整，表面有隆起的凸台。在弹簧工作时，因受交变载荷的作用，支撑圈表面凸起部分反复撞击工作圈的表面而形成压痕。这种高频的接触摩擦挤压，不仅在弹簧表面压痕处形成冷作硬化区，而且在簧圈表面与压痕周围形成尖角，引起应力集中和表面微裂纹，进而形成弹簧早期的疲劳裂纹。

　　异常的冲击负荷当螺旋压缩弹簧的弹簧末端突然受到某种异常冲击负荷的作用，如冲击或振动具有很高速度时，会造成弹簧出现附加的剪向负荷，其大小取决于冲击开始的速度。较大的应力幅值将使弹簧在早期的疲劳裂纹处快速断裂。

　　机车所有冲击和振动都是来源于轮轨间的作用。由于车轮的异常磨损踏面剥离和轮缘磨耗，轮轨间的动作用力急剧增大，强大的冲击通过轴箱传递给一系弹簧，引起对弹簧的异常冲击负荷。我们对机务段出现断簧的机车进行车轮检查发现，机车3，6位轮对的车轮变形较大，呈多边形，并有卷边现象。同时踏面剥离也十分严重，表面呈鱼鳞状，用手指便可翻转。现场有SS3B0024机车被换下的B节3位轮对，该位置的一系外簧已出现了断裂。其踏面中间有一剥离掉块后留下的凹坑，大小约15mm×20mm，最深处约7～10mm左右。轮对的变形和踏面剥离不仅增大了机车的冲击载荷，而且加快了冲击频率。弹簧在高频交变载荷作用，过快的应力循环，使变形集中在头几圈，来不及将载荷传递到其他簧上，所以弹簧容易在工作圈与支撑圈附近出现断裂。

　　其他原因对于三轴转向架，3，6位轮对处轮轨间的作用较为复杂、异常。不仅垂向冲击大，而且还存在较大的横向、和纵向冲击。主要表现为机车横向晃动、踏面剥离、轮缘偏磨严重，轴箱拉杆异常受损等。通过对断簧机车的踏面检查，在该位机车车轮整圈踏面上能清晰可见波浪形曲线状轨迹便是很好的证明。另外，由于2C0转向架的机车，其轴重转移使3，6位轮对增载。所以该位置的弹簧承载是复杂的，难免不出现弹簧的超负荷工作。

　　当然，寒冷的西北气候条件也是不可忽视的。路基的变硬，热胀冷缩使钢轨接缝增大，更加剧了对弹簧的冲击。同时温度的影响弹簧的抗低温性能也会有所降低，这些都将对弹簧使用寿命造成影响，严重时将会造成弹簧的突然断裂。

　　处理措施通过分析，我们对在段机车采取了以下措施：(1)提高弹簧的支撑圈表面的质量，保证其表面光滑平整。在工作载荷下，支撑圈与工作圈的接触面均匀，接触长度不小于弹簧中径的1/3.

　　(2)加强检查，及时镟轮，保证正常的轮轨接触。严格按《电力机车检修技术规范》要求“踏面擦伤深度不大于0.7mm;踏面上的缺陷或剥离长度不超过40mm，且深度不超过1mm;踏面磨耗深度不大于7mm.”进行踏面和轮缘的检查。

　　(3)优化机车的运用状态：采用高性能的粉末冶金闸瓦取代高磷合成闸瓦，同时减少踏面制动使用率，提高电阻制动的使用率;避免机车的空转和滑行;加强对线路的维护，保持轨面的清洁等。

　　结论通过对蓄电池电压跌落造成的辅助逆变器起动失效问题的分析研究可以看出，按上海轨道交通一号线直流电动列车的技术规格本可以通过采用车上备用的应急电池起动来解决此问题，但在蓄电池电压过低时，不能支持辅助逆变器多次起动，达不到辅助逆变器正常工作的要求。通过这次试验分析找出起动失效的真正原因并给予解决，不仅能确保上海轨道交通一号线直流电动列车持续可靠安全运营，而且具有很好的经济效益、社会效益。