ZMA120型高速地铁车辆转向架结构介绍与故障分析.docx

ZMA120型高速地铁车辆转向架结构介绍与故障分析作者：王永亮来源：机电信息2015年第30期王永亮（广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东广州510000）摘要：介绍了株洲电力机车有限公司ZMA120型转向架的主要结构和特点，并结合该转向架 实际运用表现，详细说明该型转向架的构架裂纹及维修处理措施。关键词：ZMA120；转向架；裂纹0引言ZMA120型地铁车辆转向架是南车株洲电力机车有限公司在引进SIEMENS广州地铁3号线转 向架的基础上，通过研究分析设计制造的完全国产化B型车地铁车辆转向架，分为动车转向架 和拖车转向架，动拖转向架除电气部分及信号部分不同外，其余部件均可实现互换使用。转向 架整体采用轻量化设计，轴重14t，最高运行速度120km/h，是国内地铁车辆中运行速度最快的 转向架。该型转向架最早运用于广州地铁3号线机场线，装车25列共计150个转向架，于2010年 开始上线运营，并在2013-2014年进行了首轮专项维修。本文将对该型转向架的结构特点进行 介绍，并对实际运用及维修中出现的故障情况进行详细说明，从而为后续维修及设计改进提供 实际参考依据。1主要特点该型转向架具有速度高、乘坐舒适性好、轻量化设计、运行平稳性好等特点，其最高运行 速度为120km/h，为国内地铁车辆运行速度之最。2基本组成部件如图1所示，该转向架主要由构架、轮对、基础制动单元、牵引动力装置、液压减振器、 一系悬挂系统、二系悬挂系统组成。构架采用“H”型全焊接构架，设计寿命30年；制动装置 采用Knorr较为成熟可靠的轮盘式基础制动装置。S 1 mifli如里睇月等3转向架构架裂纹及处理措施3.1构架轴箱转臂安装座与侧梁焊缝裂纹构架是转向架关键部件，焊缝裂纹会造成裂纹部位应力集中，引起疲劳断裂、脆性断裂等 严重事故，严重削弱构架的承载受力能力及抗腐蚀能力，对列车运营安全构成严重威胁。按照转向架构架的设计寿命技术要求，使用寿命及免维护周期应不低于30年，即使在最恶 劣的使用工况下，其应力要求均不得超过许用应力和疲劳强度要求，不能出现裂纹。根据广州地铁的维修探伤统计，150个转向架构架中共计有12个构架该部位出现裂纹现象， 磁粉探伤有较为明显的磁痕显示，故障率为8%。裂纹部位主要承受来自车体的垂向载荷力和列 车运行中的纵向牵引制动力。参考同类构架的ANSYS有限元受力分析结果，出现裂纹的部位应力为35MPa左右（图2）， 属低应力区域，可排除应力疲劳裂纹的可能。困卫 MEYS有阳元声.力分析构编屯尤I分布此部对接熔焊的钢板厚度为14mm，焊接时按照DIN6700焊接体系要求进行，分4层焊接而 成，焊接工艺要求为焊接每层前需对母材进行预热处理，预热后用点温计检测温度，每层焊接 后需将焊渣及氧化皮去除。采用磁粉或渗透法探伤，确保层间焊缝无缺陷后将探伤物清除方可 焊接下一层。这种焊接方法对焊接工艺及作业人员要求较高，此裂纹的出现极有可能是焊接过 程中人为因素造成的。对焊缝开裂处进行打磨处理，可发现裂纹逐渐延伸至焊缝底部，肉眼可观察到较为明显的 开裂痕迹，可判定裂纹产生的原因为多层焊缝之间熔合不良所致（图3），属焊接缺陷。图3肄S3层阀陪去不良焊接表面未清洁干净、焊接坡口形状不合理、焊接电流变化以及操作人员技术水平等因素 均会对焊接质量造成影响，导致多层焊接层间熔合不良，引起裂纹的产生。对此裂纹采用打磨至焊缝根部后重新补焊的方式进行修复，使用Ar和CO2混合气体，按照 80%Ar+20%CO2配比，分4层补焊，每层补焊完成后进行磁粉探伤检查，直至完成补焊修复。3.2构架轴箱转臂安装座母材裂纹ZMA120型转向架构架轴箱转臂安装座出现母材裂纹（图2），位置距焊缝有一定距离，属 母材本体裂纹，非焊接工艺及质量问题。该轴箱转臂安装座属模锻件，母材材质为16MnDR，裂纹位置正处于模锻件分模面上。根据 ANSYS有限元受力分析结果，此裂纹位置属低应力区域，排除应力疲劳裂纹的可能。为找出裂 纹产生的原因，在裂纹位置取样做理化检测。3.2.1化学成分分析从安装座上取样用直读光谱仪进行化学成分检测，检测结果如表1所示，由表中数据可知， 安装座的材质成分符合技术要求。新 萄旗薮感化宇我般行转都垮取.觥恭.也1讶路或技福柬豪L也«.31J.IWL 50L311,那LSYO一砒而.眼PI-顼册海153.2.2金相检测在裂纹位置取样经打磨、抛光后置于金相显微镜上观察裂纹横截面，裂纹与表面呈一定的 角度向内扩展，几乎贯通整个试样横断面，如图4所示。图4梨就探度方向形貌裂纹的头部和尾端分别如图5、图6所示。由图片可以看到裂纹头部较宽，尾端呈须状并 分布着大量的点状氧化物。在显微镜下观察，裂纹中部也发现有大量的灰色氧化物，说明裂纹形成于高温环境中。用 5%硝酸酒精溶液侵蚀裂纹后观察，裂纹头部和尾端的边缘均有脱碳现象，其金相组织为细块状 的铁素体+少量珠光体，裂纹两侧的脱碳主要是锻坯件原始裂纹在高温状态下氧化形成，进一步 证实了该裂纹非疲劳裂纹，属部件锻造阶段形成的原始裂纹缺陷。m * * =根据理化分析结果，该转臂安装座材质符合技术要求，裂纹形成于高温状态，应为锻造过 程中形成的缺陷，非疲劳开裂，短期内运用不存在安全问题。维修过程中若发现裂纹及时进行 打磨消除及补焊修复，可恢复该安装座正常功能。4结语目前，该型转向架已在国内多个城市地铁车辆中成功运用，其总体性能良好，能较好地满 足车辆120km/h的运行时速要求。对于维修及运用中发现的问题，需不断通过优化设计及提高 生产质量来提升该型转向架的综合性能，从而更好地降低后续维护成本、提高运行质量。收稿日期：2015。09。08作者简介：王永亮（1987一），男，广东广州人，机车车辆助理工程师，主要从事城轨车 辆的运营技术管理工作。