受流器安裝吊座裂紋機(jī)理分析和改進(jìn)建議

摘 要：城軌車輛受流器安裝吊座是把受流器安裝在轉(zhuǎn)向架上的關(guān)鍵部件，受流器安裝吊座裂紋、脫落可能造成受流器的掉落，從而引起整列車輛起火或脫軌，給車輛的安全高效運(yùn)營(yíng)帶來較大的隱患。為了找出受流器安裝吊座的裂紋原因，本文對(duì)地鐵車輛的裂紋受流器安裝吊座進(jìn)行了理化分析，查找出裂紋原因，為以后受流器安裝吊座的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：城軌車輛；受流器；裂紋；理化分析

引言

城市的交通壓力的持續(xù)增大，大量的汽車尾氣造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，全國(guó)范圍內(nèi)霧霾天氣，在城市交通壓力的今天，軌道客車不僅有準(zhǔn)時(shí)、便捷、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)力巨大，發(fā)車頻次高、單次運(yùn)送旅客多等特點(diǎn)，軌道客車的廣泛應(yīng)用大大緩解了城市的交通壓力。由于軌道客車的巨大運(yùn)力，所以軌道車輛安全運(yùn)營(yíng)尤為重要，安全性能要求高。

1 問題分析

現(xiàn)代城市軌道客車大多由電力驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供牽引動(dòng)力，通過受流裝置從接觸網(wǎng)吸收電能。第三軌受電是一種常見的受電方式，它是通過安裝在列車轉(zhuǎn)向架上的受流器從軌旁的第帶電軌上吸收750V直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姙闋恳姍C(jī)和其他用電設(shè)備供電。受流器通過受流器安裝吊座安裝在轉(zhuǎn)向架上，受流器安裝吊座是一個(gè)關(guān)鍵性承重部件，以萬(wàn)喜龍法雷型號(hào)受流器為例，受流器自重32Kg，加上車輛運(yùn)營(yíng)過程中的振動(dòng)沖擊，受流器安裝吊座承受較大的沖擊載荷，受流器安裝吊座在運(yùn)營(yíng)過程中發(fā)現(xiàn)裂紋斷裂，這給客車的安全運(yùn)營(yíng)帶來較大的安全隱患。為了找出受流器安裝吊座的裂紋原因，對(duì)裂紋受流器安裝吊座進(jìn)行理化分析。受流器安裝吊座的裂紋安裝結(jié)構(gòu)原理和實(shí)物圖如圖1所示：

安裝結(jié)構(gòu)原理圖 安裝實(shí)物圖

圖1 受流器的安裝方式

裂紋受流器如圖2所示，從受流器實(shí)物圖可以看出受流器安裝吊座通過四顆M16X55的螺栓固定在轉(zhuǎn)向架上，在安裝吊座上增焊了套筒增加螺栓的長(zhǎng)徑比，為了增大受流器安裝吊座的強(qiáng)度還增焊三個(gè)加強(qiáng)筋，受流器再通過四顆螺栓安裝在受流器安裝吊座上，如圖可以看出受流器安裝吊座裂紋發(fā)生在套筒的焊縫處，為了查明裂紋的原因，對(duì)該受流器進(jìn)行理化分析。

受流器安裝吊座實(shí)物圖 裂紋形態(tài)

圖2 受流器安裝吊座實(shí)物圖和裂紋形態(tài)

2 理化分析驗(yàn)證

對(duì)裂紋受流器安裝吊座采用金屬顯微組織檢驗(yàn)方法（GB/T13298-1991）進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)物樣品按圖三所示位置橫跨裂紋切取金相樣品，并制取拉伸試樣和化學(xué)成分試樣，分別進(jìn)行檢驗(yàn)。

具體檢驗(yàn)結(jié)果如下：

2.1 受流器安裝吊座焊接母材檢測(cè)分析

鋼管和鋼板材料均為Q235，鋼板材料的顯微組織為細(xì)小鐵素體+珠光體，晶粒度8級(jí)，鋼管部分顯微組織為細(xì)小鐵素體+珠光體，晶粒度7.5級(jí)，化學(xué)成分和拉伸檢測(cè)均符合Q345要求，均未發(fā)現(xiàn)明顯材料缺陷，如圖4所示。

鋼板母材 鋼管母材

圖4 受流器安裝吊座母材材料顯微檢測(cè)

2.2 受流器安裝吊座裂紋機(jī)理金相檢驗(yàn)：

從宏觀看，裂紋的安裝座裂紋發(fā)生在靠近焊縫區(qū)域，肉眼可見，但未裂透。按圖三所示切開后制樣裂紋處顯微檢驗(yàn)，焊接形式為管板焊接，封閉環(huán)形焊縫，焊縫截面未見其他明顯焊接缺陷，裂紋起源于鋼板側(cè)焊址，為焊址裂紋，沿著熱影響區(qū)形狀擴(kuò)展，突破熱影響區(qū)后在母材區(qū)域隨機(jī)發(fā)展，未穿透母材，如圖5所示。圖6為分別顯示裂紋起始、中部和尾部的裂紋形態(tài)，顯示母板材料雖略顯有帶狀，但裂紋并沒有在帶狀之間擴(kuò)展，而是穿過帶狀隨機(jī)擴(kuò)展，說明材料無(wú)明顯各項(xiàng)異性。

圖 CP007-04 焊縫截面-裂紋起源于焊址

起始 中部 尾端

圖6 裂紋不同部位的顯微形態(tài)

3 結(jié)論分析

該安裝座化學(xué)成分和機(jī)械性能測(cè)試均滿足技術(shù)要求。從金相檢測(cè)結(jié)果看，材料方面沒有明顯缺陷，發(fā)生的裂紋缺陷起源于焊縫外焊址位置。從受流器安裝吊座的結(jié)構(gòu)來看，焊縫位置的冷卻收縮收到外部的強(qiáng)烈約束，使得焊縫外側(cè)產(chǎn)生拉應(yīng)力而內(nèi)側(cè)產(chǎn)生壓應(yīng)力，焊縫未經(jīng)其他熱處理，殘余應(yīng)力保存下來。在運(yùn)營(yíng)中車輛的振動(dòng)沖擊和殘余應(yīng)力疊加，超過材料的強(qiáng)度極限而產(chǎn)生裂紋。

4 意見和改進(jìn)建議

4.1 該結(jié)構(gòu)焊縫外側(cè)易產(chǎn)生拉應(yīng)力，優(yōu)化制造工藝，可通過采用兩道焊，以減小殘余應(yīng)力或焊后進(jìn)行焊接應(yīng)力退火，以消除殘余應(yīng)力。

4.2 優(yōu)化該受流器安裝吊座的結(jié)構(gòu)，通過增加母材鋼板厚度或增加肋板加強(qiáng)綜合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1]孫有望，李云清.城市軌道交通概論[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2000.

[2]喻凡.車輛動(dòng)力學(xué)及其控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010，12.

[3]胡用生.現(xiàn)代軌道車輛動(dòng)力學(xué)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009，11.

[4]周順華，金鋒.城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)[M].北京：人民交通出版社，2009，6.

[5]王伯銘.城市軌道交通車輛總體及轉(zhuǎn)向架[M].北京：科學(xué)出版社，2013，11.

作者簡(jiǎn)介：郭宗信，碩士研究生，助理工程師 中國(guó)南車（天津）地鐵車輛有限公司技術(shù)質(zhì)量部高級(jí)診斷工程師，從事于軌道交通故障診斷、處理工作。