廖玻

摘 要：針對(duì)無(wú)錫地鐵2號(hào)線電客車(chē)轉(zhuǎn)向架在架修時(shí)（運(yùn)行里程約60萬(wàn)公里），動(dòng)車(chē)構(gòu)架電機(jī)吊座區(qū)域開(kāi)始出現(xiàn)裂紋問(wèn)題，通過(guò)從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝執(zhí)行、理化分析等方面開(kāi)展故障分析，該動(dòng)車(chē)構(gòu)架裂的主要原因?yàn)榱鸭y位置焊縫熔深未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，提出動(dòng)車(chē)構(gòu)架修復(fù)方案，免于由于動(dòng)車(chē)構(gòu)架裂紋延伸發(fā)生行車(chē)事故，確保無(wú)錫2號(hào)線電客車(chē)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：構(gòu)架;裂紋;分析;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

目前無(wú)錫2號(hào)線電客車(chē)轉(zhuǎn)向架為浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司的PW80E-II型轉(zhuǎn)向架，2020年6月，2號(hào)線架修時(shí)02122車(chē)2位端構(gòu)架電機(jī)吊座區(qū)域橫梁上蓋板存在裂紋（如圖1所示），該轉(zhuǎn)向架于2014年5月生產(chǎn)，運(yùn)營(yíng)里程646 862公里，經(jīng)過(guò)普查共發(fā)現(xiàn)12個(gè)動(dòng)車(chē)故障構(gòu)架。構(gòu)架裂紋危及行車(chē)安全，為查找構(gòu)架裂紋原因，開(kāi)展了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝執(zhí)行、理化分析、線路測(cè)試等工作。

1 構(gòu)架裂紋原因分析

1.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析

無(wú)錫2號(hào)線PW80E-II型轉(zhuǎn)向架是在B23型轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)上，為滿足電機(jī)和制動(dòng)接口進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，理論計(jì)算分析、構(gòu)架強(qiáng)度計(jì)算、構(gòu)架強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果均滿足UIC615-4、EN13749等標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 工藝執(zhí)行分析

（1）人員。人員具備上崗證和歐標(biāo)證，不具備指向性。

（2）設(shè)備。

（3）物料。板材型號(hào)為P355NL1;焊材型號(hào)為G4Si1/φ1.2 mm，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2;該平臺(tái)轉(zhuǎn)向架均采用該型號(hào)板材、焊材和保護(hù)氣體，不具備指向性。

（4）工藝。PW80E-II型轉(zhuǎn)向架的工藝中，與裂紋故障相關(guān)的焊縫為H308焊縫，端部板厚度8 mm，單邊Y型坡口，設(shè)計(jì)融深要求6 mm，工藝實(shí)際執(zhí)行過(guò)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(nèi)擋板處，空間位置越狹小，焊槍擺動(dòng)受限，存在焊接電弧達(dá)不到焊縫根部導(dǎo)致熔深達(dá)不到設(shè)計(jì)要求6 mm的可能性。

1.3 線路測(cè)試

為了更好地進(jìn)行線路測(cè)試，根據(jù)既有鏇輪記錄和線路軌道資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，23列車(chē)中共存在94個(gè)車(chē)輪不圓度在0.4 mm～0.5 mm，占7.5%，85個(gè)車(chē)輪不圓度超過(guò)0.5 mm，占6.8%，其中最大不圓度為0.94 mm。

選取0216車(chē)在正線進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力、振動(dòng)測(cè)試，動(dòng)應(yīng)力測(cè)試共布置10個(gè)測(cè)點(diǎn);振動(dòng)測(cè)試共布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，在車(chē)輪徑跳狀態(tài)（0.37 mm，0.23 mm，0.16 mm，0.5 mm）下;所有測(cè)點(diǎn)的等效應(yīng)力幅均小于70 MPa;近構(gòu)架裂紋處焊縫測(cè)點(diǎn)應(yīng)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(gòu)架理化分析

對(duì)無(wú)錫2號(hào)線2個(gè)裂紋構(gòu)架進(jìn)行理化分析，結(jié)論顯示：

（1）2個(gè)構(gòu)架的3個(gè)裂紋位置的構(gòu)架焊縫熔深為2.8 mm，4.2 mm，4.2 mm，不符合設(shè)計(jì)要求。（2）對(duì)開(kāi)裂疲勞源處焊縫進(jìn)行微觀檢測(cè)，熔敷區(qū)、熔合區(qū)、熱影響應(yīng)及母材等各區(qū)域微觀組織正常。（3）裂紋處呈現(xiàn)疲勞斷口特征，疲勞源位置靠在內(nèi)擋板的橫梁上蓋板與牽引力的焊縫根部，呈現(xiàn)多源性疲勞特征。

1.5 小結(jié)

（1）PW80E-II型轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)驗(yàn)證充分，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）工藝執(zhí)行的人、機(jī)、料不具備故障原因指向性，工藝文件從平臺(tái)實(shí)施以來(lái)，焊接要求沒(méi)有變化。（3）構(gòu)架理化結(jié)果顯示，裂紋處焊縫熔深未達(dá)到設(shè)計(jì)要求是出現(xiàn)裂紋的主要原因。

2 構(gòu)架修復(fù)方案

2.1 結(jié)構(gòu)方案

針對(duì)無(wú)錫2號(hào)線構(gòu)架裂紋問(wèn)題，進(jìn)行修復(fù)優(yōu)化，詳見(jiàn)下表：

通過(guò)上述優(yōu)化，保證了焊縫熔深，提高了故障區(qū)域局部強(qiáng)度，提高了疲勞余量。

2.2 方案驗(yàn)證

（1）強(qiáng)度計(jì)算。本次考慮主體1 000萬(wàn)次循環(huán)載荷和局部安裝座疲勞1 000萬(wàn)次循環(huán)載荷，修復(fù)構(gòu)架所有關(guān)鍵承載焊縫的疲勞損傷均小于1，滿足600萬(wàn)公里使用壽命要求;相較于原構(gòu)架，在相同工況下，修復(fù)構(gòu)架在裂紋位置的疲勞壽命約是原構(gòu)架的7倍。（2）工藝驗(yàn)證。對(duì)修復(fù)后的構(gòu)架進(jìn)行焊縫切割取樣，金相復(fù)驗(yàn)熔深合格，滿足設(shè)計(jì)要求。（3）臺(tái)架試驗(yàn)。對(duì)修復(fù)構(gòu)架進(jìn)行靜強(qiáng)度及強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)軸重比無(wú)錫2號(hào)線的設(shè)計(jì)軸重更大，結(jié)果表明：1）經(jīng)過(guò)超常16 t滿軸重和疲勞15 t滿軸重的靜載荷考核，構(gòu)架所有測(cè)點(diǎn)應(yīng)力滿足要求。2）經(jīng)過(guò)15 t滿軸重的動(dòng)態(tài)主體疲勞1 000萬(wàn)次+局部安裝座疲勞1 000萬(wàn)次的嚴(yán)苛考核，構(gòu)架無(wú)裂紋產(chǎn)生，滿足要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)無(wú)錫2號(hào)線電客車(chē)動(dòng)車(chē)構(gòu)架裂紋進(jìn)行深入調(diào)查分析，是由于動(dòng)車(chē)構(gòu)架裂紋位置焊縫熔深未達(dá)設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致多源性裂紋產(chǎn)生。采取對(duì)故障區(qū)域內(nèi)擋板結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施改善受力狀態(tài)，增加該區(qū)域焊縫熔深， 提高焊接可達(dá)性和結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度，有效地降低了故障區(qū)域應(yīng)力水平，確保PW80E-II型轉(zhuǎn)向架動(dòng)車(chē)構(gòu)架安全運(yùn)用，可為地鐵電客車(chē)構(gòu)架裂紋故障提供借鑒。

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