受流器安裝吊座裂紋機理分析和改進建議

摘 要：城軌車輛受流器安裝吊座是把受流器安裝在轉向架上的關鍵部件，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營帶來較大的隱患。為了找出受流器安裝吊座的裂紋原因，本文對地鐵車輛的裂紋受流器安裝吊座進行了理化分析，查找出裂紋原因，為以后受流器安裝吊座的設計和生產提供借鑒參考。

關鍵詞：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重的環(huán)境污染，全國范圍內霧霾天氣，在城市交通壓力的今天，軌道客車不僅有準時、便捷、綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點，而且運力巨大，發(fā)車頻次高、單次運送旅客多等特點，軌道客車的廣泛應用大大緩解了城市的交通壓力。由于軌道客車的巨大運力，所以軌道車輛安全運營尤為重要，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動電機提供牽引動力，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)過逆變器轉變?yōu)榻涣麟姙闋恳姍C和其他用電設備供電。受流器通過受流器安裝吊座安裝在轉向架上，受流器安裝吊座是一個關鍵性承重部件，以萬喜龍法雷型號受流器為例，受流器自重32Kg，加上車輛運營過程中的振動沖擊，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營過程中發(fā)現(xiàn)裂紋斷裂，這給客車的安全運營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，對裂紋受流器安裝吊座進行理化分析。受流器安裝吊座的裂紋安裝結構原理和實物圖如圖1所示：

安裝結構原理圖 安裝實物圖

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的螺栓固定在轉向架上，在安裝吊座上增焊了套筒增加螺栓的長徑比，為了增大受流器安裝吊座的強度還增焊三個加強筋，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，對該受流器進行理化分析。

受流器安裝吊座實物圖 裂紋形態(tài)

圖2 受流器安裝吊座實物圖和裂紋形態(tài)

2 理化分析驗證

對裂紋受流器安裝吊座采用金屬顯微組織檢驗方法（GB/T13298-1991）進行分析，對實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成分試樣，分別進行檢驗。

具體檢驗結果如下：

2.1 受流器安裝吊座焊接母材檢測分析

鋼管和鋼板材料均為Q235，鋼板材料的顯微組織為細小鐵素體+珠光體，晶粒度8級，鋼管部分顯微組織為細小鐵素體+珠光體，晶粒度7.5級，化學成分和拉伸檢測均符合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

2.2 受流器安裝吊座裂紋機理金相檢驗：

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，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，裂紋起源于鋼板側焊址，為焊址裂紋，沿著熱影響區(qū)形狀擴展，突破熱影響區(qū)后在母材區(qū)域隨機發(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展，而是穿過帶狀隨機擴展，說明材料無明顯各項異性。

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 結論分析

該安裝座化學成分和機械性能測試均滿足技術要求。從金相檢測結果看，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構來看，焊縫位置的冷卻收縮收到外部的強烈約束，使得焊縫外側產生拉應力而內側產生壓應力，焊縫未經(jīng)其他熱處理，殘余應力保存下來。在運營中車輛的振動沖擊和殘余應力疊加，超過材料的強度極限而產生裂紋。

4 意見和改進建議

4.1 該結構焊縫外側易產生拉應力，優(yōu)化制造工藝，可通過采用兩道焊，以減小殘余應力或焊后進行焊接應力退火，以消除殘余應力。

4.2 優(yōu)化該受流器安裝吊座的結構，通過增加母材鋼板厚度或增加肋板加強綜合結構強度。

參考文獻

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作者簡介：郭宗信，碩士研究生，助理工程師 中國南車（天津）地鐵車輛有限公司技術質量部高級診斷工程師，從事于軌道交通故障診斷、處理工作。