無錫2號線電客車動車構架電機吊座區域裂紋分析及其優化

廖玻

摘 要：針對無錫地鐵2號線電客車轉向架在架修時（運行里程約60萬公里），動車構架電機吊座區域開始出現裂紋問題，通過從設計結構、工藝執行、理化分析等方面開展故障分析，該動車構架裂的主要原因為裂紋位置焊縫熔深未達到設計要求，提出動車構架修復方案，免于由于動車構架裂紋延伸發生行車事故，確保無錫2號線電客車安全平穩運行。

關鍵詞：構架;裂紋;分析;優化

中圖分類號：U279 文獻標識碼：A

0 引言

目前無錫2號線電客車轉向架為浦鎮車輛有限公司的PW80E-II型轉向架，2020年6月，2號線架修時02122車2位端構架電機吊座區域橫梁上蓋板存在裂紋（如圖1所示），該轉向架于2014年5月生產，運營里程646 862公里，經過普查共發現12個動車故障構架。構架裂紋危及行車安全，為查找構架裂紋原因，開展了設計結構、工藝執行、理化分析、線路測試等工作。

1 構架裂紋原因分析

1.1 設計結構分析

無錫2號線PW80E-II型轉向架是在B23型轉向架基礎上，為滿足電機和制動接口進行了適應性改進，理論計算分析、構架強度計算、構架強度和疲勞強度試驗，結果均滿足UIC615-4、EN13749等標準要求。

1.2 工藝執行分析

（1）人員。人員具備上崗證和歐標證，不具備指向性。

（2）設備。

（3）物料。板材型號為P355NL1;焊材型號為G4Si1/φ1.2 mm，保護氣體為80%Ar+20%CO2;該平臺轉向架均采用該型號板材、焊材和保護氣體，不具備指向性。

（4）工藝。PW80E-II型轉向架的工藝中，與裂紋故障相關的焊縫為H308焊縫，端部板厚度8 mm，單邊Y型坡口，設計融深要求6 mm，工藝實際執行過程中，牽引板與橫梁上蓋板為Y型50°坡口，端部8 mm板厚有2 mm頓邊，越是靠近內擋板處，空間位置越狹小，焊槍擺動受限，存在焊接電弧達不到焊縫根部導致熔深達不到設計要求6 mm的可能性。

1.3 線路測試

為了更好地進行線路測試，根據既有鏇輪記錄和線路軌道資料進行了統計分析，23列車中共存在94個車輪不圓度在0.4 mm～0.5 mm，占7.5%，85個車輪不圓度超過0.5 mm，占6.8%，其中最大不圓度為0.94 mm。

選取0216車在正線進行動應力、振動測試，動應力測試共布置10個測點;振動測試共布置16個測點，經過測試，在車輪徑跳狀態（0.37 mm，0.23 mm，0.16 mm，0.5 mm）下;所有測點的等效應力幅均小于70 MPa;近構架裂紋處焊縫測點應力主頻主要集中在20 Hz～50 Hz、60 Hz、90 Hz頻率帶，其中頻率占比最大為20 Hz～50 Hz，60 Hz、90 Hz頻率能量占比較小。

1.4 構架理化分析

對無錫2號線2個裂紋構架進行理化分析，結論顯示：

（1）2個構架的3個裂紋位置的構架焊縫熔深為2.8 mm，4.2 mm，4.2 mm，不符合設計要求。（2）對開裂疲勞源處焊縫進行微觀檢測，熔敷區、熔合區、熱影響應及母材等各區域微觀組織正常。（3）裂紋處呈現疲勞斷口特征，疲勞源位置靠在內擋板的橫梁上蓋板與牽引力的焊縫根部，呈現多源性疲勞特征。

1.5 小結

（1）PW80E-II型轉向架設計驗證充分，滿足標準要求。（2）工藝執行的人、機、料不具備故障原因指向性，工藝文件從平臺實施以來，焊接要求沒有變化。（3）構架理化結果顯示，裂紋處焊縫熔深未達到設計要求是出現裂紋的主要原因。

2 構架修復方案

2.1 結構方案

針對無錫2號線構架裂紋問題，進行修復優化，詳見下表：

通過上述優化，保證了焊縫熔深，提高了故障區域局部強度，提高了疲勞余量。

2.2 方案驗證

（1）強度計算。本次考慮主體1 000萬次循環載荷和局部安裝座疲勞1 000萬次循環載荷，修復構架所有關鍵承載焊縫的疲勞損傷均小于1，滿足600萬公里使用壽命要求;相較于原構架，在相同工況下，修復構架在裂紋位置的疲勞壽命約是原構架的7倍。（2）工藝驗證。對修復后的構架進行焊縫切割取樣，金相復驗熔深合格，滿足設計要求。（3）臺架試驗。對修復構架進行靜強度及強度試驗，試驗軸重比無錫2號線的設計軸重更大，結果表明：1）經過超常16 t滿軸重和疲勞15 t滿軸重的靜載荷考核，構架所有測點應力滿足要求。2）經過15 t滿軸重的動態主體疲勞1 000萬次+局部安裝座疲勞1 000萬次的嚴苛考核，構架無裂紋產生，滿足要求。

3 結束語

通過對無錫2號線電客車動車構架裂紋進行深入調查分析，是由于動車構架裂紋位置焊縫熔深未達設計要求，導致多源性裂紋產生。采取對故障區域內擋板結構優化等措施改善受力狀態，增加該區域焊縫熔深， 提高焊接可達性和結構疲勞強度，有效地降低了故障區域應力水平，確保PW80E-II型轉向架動車構架安全運用，可為地鐵電客車構架裂紋故障提供借鑒。

參考文獻：

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