鋁合金動(dòng)車組受電弓安裝座組焊工藝研究

王德 王磊

摘要：受電弓具有弓頭質(zhì)量小、良好空氣動(dòng)力學(xué)特性、良好的受流性能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)，是高速列車的十大關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)高速動(dòng)車組以CRH系列作為基礎(chǔ)進(jìn)行了不斷地創(chuàng)新。在此過(guò)程中，受電弓作為重要的電力連接部件也在不斷地發(fā)展。本文就鋁合金動(dòng)車組受電弓安裝座組焊工藝展開探討。

關(guān)鍵詞：鋁合金;動(dòng)車組;組焊工藝

1 鋁合金車體材料簡(jiǎn)介

鋁合金普遍應(yīng)用于動(dòng)車組車體生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)添加鎂、錳、硅、銅、鋅等元素，可獲得不同性能的金屬材料，適用于車體不同受力部位。目前主要由5000系列（Al-Mg合金）、6000系列（Al-Mg-Si合金）、7000（Al-Zn-Mg-合金）系列。5000系列、6000系列、7000系列呈現(xiàn)不同的特性，普遍使用的鋁合金主要A5083、A6N01，A7N01三種材料，其中A5083用在骨架及板狀的制件，其耐蝕性、焊接性好，但擠壓性能差;A6N01主要用在車頂、側(cè)墻、底架地板、端墻等受力不大的部件;A7N01主要用在牽引梁、枕梁、車鉤座、緩沖梁、高度閥座、抗蛇形扭桿座等受力較大的部件制造。受電弓安裝座材料為A5083P-O（退火）。

2 高速動(dòng)車組用受電弓概述

（1）SSS400+型受電弓。SSS400+受電弓適用于CRH3型車，同樣為單臂式，雙滑板結(jié)構(gòu)。一臺(tái)完整的受電弓主要有受電弓本身和安裝于車內(nèi)的氣路控制閥板組成。受電弓的控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。司機(jī)通過(guò)操作升降弓開關(guān)來(lái)觸發(fā)電磁閥，將氣路打開，通過(guò)壓縮空氣的驅(qū)動(dòng)將受電弓提升以實(shí)現(xiàn)升弓。受電弓的運(yùn)行情況通過(guò)壓力開關(guān)傳輸?shù)紺CU，CCU再將信號(hào)通過(guò)車輛控制總線發(fā)送到HMI。當(dāng)受電弓在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障例如碳滑板破裂﹑碳滑板磨耗過(guò)限時(shí)，快速下降閥被觸發(fā)將受電弓快速降下。與此同時(shí)，壓力開關(guān)將相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)紺CU，經(jīng)CCU診斷處理后再將相關(guān)故障代碼發(fā)送給HMI，實(shí)現(xiàn)信息的人機(jī)交換并提醒司機(jī)及時(shí)換弓。（2）DSA250型受電弓。DSA250型受電弓適用于CRH1﹑CRH2和CRH5型車。整個(gè)受電弓采用單臂式結(jié)構(gòu)，并配備了雙碳滑板，以保證在運(yùn)行過(guò)程中良好的導(dǎo)電性。受電弓主要由底架，上下臂和弓頭三部分組成。為了實(shí)現(xiàn)輕量化的技術(shù)要求，受電弓的運(yùn)動(dòng)部件及弓頭均采用鋁合金結(jié)構(gòu)。在運(yùn)行過(guò)程中考慮到滑板的結(jié)構(gòu)，因此將滑板的使用限度設(shè)定為不小于5mm，兩滑板之間的高度差不大于3mm。為了防止碳滑板過(guò)度磨損，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將碳滑板設(shè)計(jì)為中空結(jié)構(gòu)，并通過(guò)氣路與控制閥板上的壓力開關(guān)連接，當(dāng)磨損超限漏氣時(shí)（即壓縮空氣值降為2.5bar時(shí)），觸發(fā)壓力開關(guān)，并啟動(dòng)ADD功能，最終使受電弓快速下降，實(shí)現(xiàn)降弓保護(hù)。（3）CX主動(dòng)控制型受電弓。CX型受電弓適用于CRH380B型車，由法維萊制造。與普通受電弓不同，首先，該受電弓采用了單滑板結(jié)構(gòu)，同時(shí)將滑板材料更改為滲銅碳滑板延長(zhǎng)了使用壽命;其次，增加了受電弓控制單元（PCU），可以在受電弓動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)，對(duì)弓網(wǎng)接觸力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制;再次，弓體采用了新的合成材料，使受電弓減輕30%～40%;最后，采用了更高精度的空氣調(diào)節(jié)裝置。因此，CX型受電弓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，動(dòng)態(tài)接觸力可調(diào)整，可靠性更高。受電弓本身通過(guò)壓縮空氣來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。壓縮空氣由車輛管道供應(yīng)并通過(guò)APIM單元進(jìn)入升弓氣囊。氣囊在壓縮空氣的作用下產(chǎn)生扭矩，并通過(guò)凸輪和彈性連接軸以鉸鏈的方式連接，從而實(shí)現(xiàn)升弓。降弓時(shí)關(guān)斷壓縮空氣管路，依靠受電弓自重降弓。如果壓縮空氣供應(yīng)中斷或低壓電源發(fā)生故障，受電弓將會(huì)啟動(dòng)ADD裝置自動(dòng)降弓。該受電弓的工作原理與DSA250型受電弓相似，不同的是該受電弓的動(dòng)態(tài)特性可以調(diào)整。受電弓動(dòng)態(tài)特性的調(diào)整是通過(guò)與阻尼器相連的兩級(jí)懸掛來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第一級(jí)懸掛由氣囊完成。受電弓控制單元可確保氣囊的壓力保持恒定，并與受電弓的高度無(wú)關(guān)。第二級(jí)懸掛由弓頭的彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整。通過(guò)兩級(jí)懸掛可以實(shí)現(xiàn)該受電弓良好的動(dòng)態(tài)調(diào)整性能。

3 鋁合金動(dòng)車組受電弓安裝座組焊工藝

3.1受電弓工作特點(diǎn)

受電弓的工作特點(diǎn)就是先快后慢。（1）受電弓靠滑動(dòng)接觸而受流，因此在機(jī)車運(yùn)行中，受電弓動(dòng)作輕巧、平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)特性穩(wěn)定，升、降弓時(shí)不產(chǎn)生過(guò)分沖擊?；迮c接觸導(dǎo)線接觸時(shí)，要求特性可靠、磨耗小。（2）防止彈跳，彈跳會(huì)產(chǎn)生弓網(wǎng)間的拉弧造成弓網(wǎng)的燒損。升弓時(shí)滑板離開底架要快，貼近接觸（3）防止對(duì)底架有過(guò)分的機(jī)械沖擊。降弓時(shí)脫離接觸網(wǎng)導(dǎo)線要快，以防拉弧造成燒損，落在底架上要慢。

3.2受電弓安裝座施工工藝

（1）電弓安裝座安裝、點(diǎn)固。受電弓安裝座安裝在車頂?shù)耐鈧?cè)，為了保證緊密安裝，首先對(duì)車頂板外已焊焊縫進(jìn)行處理：用風(fēng)動(dòng)銑刀將安裝部位的通長(zhǎng)焊縫部位焊縫余高磨平。根據(jù)膠片樣板畫出的安裝座安裝位置，先將中間受電弓安裝座放置，在劃線部位對(duì)正，再將另外兩個(gè)安裝座預(yù)放置，然后放上安裝樣板，放入定位銷，將受電弓安裝座整體定位，要求安裝座底座與車頂板間隙要求小于1mm，上平面卡平間隙不超過(guò)1.5mm。將受電弓安裝座點(diǎn)固后松開安裝樣板，然后進(jìn)行點(diǎn)固，焊此板厚組合為3mm+5mm鋁合金板，焊接時(shí)采用脈沖MIG焊，焊絲為φ1.2mm鋁合金焊絲，牌號(hào)為ER5356，保護(hù)氣體材料純度大于99.999%的高純氬氣，焊接時(shí)使用KEMPPI3200風(fēng)冷焊機(jī)。點(diǎn)固焊是應(yīng)該在距工件端部20mm以上處進(jìn)行焊接，焊縫長(zhǎng)度為15mm左右。考慮到具體施工的情況有所不同，其中電流，電壓，焊接速度可以上下浮動(dòng)10%，如果當(dāng)環(huán)境溫度低于8℃時(shí)或當(dāng)環(huán)境濕度大于80%時(shí)，為了防止產(chǎn)生氣孔、焊縫熔合不良等缺陷，需對(duì)待焊部位進(jìn)行預(yù)熱，注意預(yù)熱溫度應(yīng)低于150℃，且時(shí)間不要太長(zhǎng)，避免破壞母材的性能。（2）正式焊接。由前面所知鋁合金的線膨脹系數(shù)大，即焊接時(shí)容易產(chǎn)生變形，為了減少受電弓安裝座的變形量，該焊縫采用斷續(xù)焊的形式。首先，根據(jù)焊接要求用油筆畫出安裝座段焊位置，為了進(jìn)一步減少焊接變形，先焊接收縮量大的焊縫，在焊接后收縮量小的焊縫，故先焊接長(zhǎng)焊縫，在焊接短焊縫。在此對(duì)受電弓安裝座焊接順序進(jìn)行規(guī)定，焊接順序。

3.3根本改進(jìn)措施

動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中受電弓受異物擊打是概率事件，目前幾種受電弓之所以受損概率不同，是因?yàn)樯鸸ぷ鳡顟B(tài)的受電弓空間上覆蓋橫截面不同，速度等級(jí)不同，相對(duì)于CX-018型受電弓，DSA250型受電弓橫截面較大，像一個(gè)撐開的“捕鳥網(wǎng)”，鳥類或其他異物相對(duì)容易掛載附著，且受電弓最易受損的供風(fēng)管路較多且外露，受電弓受損影響運(yùn)行的概率較大。國(guó)外部分動(dòng)車組多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)后續(xù)受電弓設(shè)計(jì)已有此類考慮，相比較而言，例如日本E2系1000型動(dòng)車組PS207型受電弓從外觀到結(jié)構(gòu)都做到了盡可能的簡(jiǎn)潔，高壓設(shè)備和風(fēng)管內(nèi)包，受損幾率大大降低，有助于減少此類問(wèn)題，因此建議，我國(guó)后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組受電弓使用中也要向此方向積極借鑒并進(jìn)行深入研究。

結(jié)語(yǔ)

確定受電弓安裝座的組焊工藝是為了保證受電弓的順利安裝，焊接前各個(gè)工序的操作最焊接都會(huì)有影響，如零件的來(lái)料情況、焊接工具的使用狀態(tài)、操作者的焊接水平、環(huán)境的溫濕度、焊接材料的成分、保護(hù)氣體的純度等。必須嚴(yán)格規(guī)范工藝過(guò)程，如尺寸定位、焊前清理、焊接參數(shù)、焊接順序、焊后處理等，只有保證每個(gè)焊接步驟的質(zhì)量，才能得到滿足要求的產(chǎn)品。

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