受流器安装吊座裂纹机理分析和改进建议

摘 要：城轨车辆受流器安装吊座是把受流器安装在转向架上的关键部件，受流器安装吊座裂纹、脱落可能造成受流器的掉落，从而引起整列车辆起火或脱轨，给车辆的安全高效运营带来较大的隐患。为了找出受流器安装吊座的裂纹原因，本文对地铁车辆的裂纹受流器安装吊座进行了理化分析，查找出裂纹原因，为以后受流器安装吊座的设计和生产提供借鉴参考。

关键词：城轨车辆；受流器；裂纹；理化分析

引言

城市的交通压力的持续增大，大量的汽车尾气造成严重的环境污染，全国范围内雾霾天气，在城市交通压力的今天，轨道客车不仅有准时、便捷、绿色环保等显著优点，而且运力巨大，发车频次高、单次运送旅客多等特点，轨道客车的广泛应用大大缓解了城市的交通压力。由于轨道客车的巨大运力，所以轨道车辆安全运营尤为重要，安全性能要求高。

1 问题分析

现代城市轨道客车大多由电力驱动电机提供牵引动力，通过受流装置从接触网吸收电能。第三轨受电是一种常见的受电方式，它是通过安装在列车转向架上的受流器从轨旁的第带电轨上吸收750V直流电经过逆变器转变为交流电为牵引电机和其他用电设备供电。受流器通过受流器安装吊座安装在转向架上，受流器安装吊座是一个关键性承重部件，以万喜龙法雷型号受流器为例，受流器自重32Kg，加上车辆运营过程中的振动冲击，受流器安装吊座承受较大的冲击载荷，受流器安装吊座在运营过程中发现裂纹断裂，这给客车的安全运营带来较大的安全隐患。为了找出受流器安装吊座的裂纹原因，对裂纹受流器安装吊座进行理化分析。受流器安装吊座的裂纹安装结构原理和实物图如图1所示：

安装结构原理图 安装实物图

图1 受流器的安装方式

裂纹受流器如图2所示，从受流器实物图可以看出受流器安装吊座通过四颗M16X55的螺栓固定在转向架上，在安装吊座上增焊了套筒增加螺栓的长径比，为了增大受流器安装吊座的强度还增焊三个加强筋，受流器再通过四颗螺栓安装在受流器安装吊座上，如图可以看出受流器安装吊座裂纹发生在套筒的焊缝处，为了查明裂纹的原因，对该受流器进行理化分析。

受流器安装吊座实物图 裂纹形态

图2 受流器安装吊座实物图和裂纹形态

2 理化分析验证

对裂纹受流器安装吊座采用金属显微组织检验方法（GB/T13298-1991）进行分析，对实物样品按图三所示位置横跨裂纹切取金相样品，并制取拉伸试样和化学成分试样，分别进行检验。

具体检验结果如下：

2.1 受流器安装吊座焊接母材检测分析

钢管和钢板材料均为Q235，钢板材料的显微组织为细小铁素体+珠光体，晶粒度8级，钢管部分显微组织为细小铁素体+珠光体，晶粒度7.5级，化学成分和拉伸检测均符合Q345要求，均未发现明显材料缺陷，如图4所示。

钢板母材 钢管母材

图4 受流器安装吊座母材材料显微检测

2.2 受流器安装吊座裂纹机理金相检验：

从宏观看，裂纹的安装座裂纹发生在靠近焊缝区域，肉眼可见，但未裂透。按圖三所示切开后制样裂纹处显微检验，焊接形式为管板焊接，封闭环形焊缝，焊缝截面未见其他明显焊接缺陷，裂纹起源于钢板侧焊址，为焊址裂纹，沿着热影响区形状扩展，突破热影响区后在母材区域随机发展，未穿透母材，如图5所示。图6为分别显示裂纹起始、中部和尾部的裂纹形态，显示母板材料虽略显有带状，但裂纹并没有在带状之间扩展，而是穿过带状随机扩展，说明材料无明显各项异性。

图 CP007-04 焊缝截面-裂纹起源于焊址

起始 中部 尾端

图6 裂纹不同部位的显微形态

3 结论分析

该安装座化学成分和机械性能测试均满足技术要求。从金相检测结果看，材料方面没有明显缺陷，发生的裂纹缺陷起源于焊缝外焊址位置。从受流器安装吊座的结构来看，焊缝位置的冷却收缩收到外部的强烈约束，使得焊缝外侧产生拉应力而内侧产生压应力，焊缝未经其他热处理，残余应力保存下来。在运营中车辆的振动冲击和残余应力叠加，超过材料的强度极限而产生裂纹。

4 意见和改进建议

4.1 该结构焊缝外侧易产生拉应力，优化制造工艺，可通过采用两道焊，以减小残余应力或焊后进行焊接应力退火，以消除残余应力。

4.2 优化该受流器安装吊座的结构，通过增加母材钢板厚度或增加肋板加强综合结构强度。

参考文献

[1]孙有望，李云清.城市轨道交通概论[M].北京：中国铁道出版社，2000.

[2]喻凡.车辆动力学及其控制[M].北京：机械工业出版社，2010，12.

[3]胡用生.现代轨道车辆动力学[M].北京：中国铁道出版社，2009，11.

[4]周顺华，金锋.城市轨道交通设备系统[M].北京：人民交通出版社，2009，6.

[5]王伯铭.城市轨道交通车辆总体及转向架[M].北京：科学出版社，2013，11.

作者简介：郭宗信，硕士研究生，助理工程师 中国南车（天津）地铁车辆有限公司技术质量部高级诊断工程师，从事于轨道交通故障诊断、处理工作。