无锡2号线电客车动车构架电机吊座区域裂纹分析及其优化

廖玻

摘 要：针对无锡地铁2号线电客车转向架在架修时（运行里程约60万公里），动车构架电机吊座区域开始出现裂纹问题，通过从设计结构、工艺执行、理化分析等方面开展故障分析，该动车构架裂的主要原因为裂纹位置焊缝熔深未达到设计要求，提出动车构架修复方案，免于由于动车构架裂纹延伸发生行车事故，确保无锡2号线电客车安全平稳运行。

关键词：构架;裂纹;分析;优化

中图分类号：U279 文献标识码：A

0 引言

目前无锡2号线电客车转向架为浦镇车辆有限公司的PW80E-II型转向架，2020年6月，2号线架修时02122车2位端构架电机吊座区域横梁上盖板存在裂纹（如图1所示），该转向架于2014年5月生产，运营里程646 862公里，经过普查共发现12个动车故障构架。构架裂纹危及行车安全，为查找构架裂纹原因，开展了设计结构、工艺执行、理化分析、线路测试等工作。

1 构架裂纹原因分析

1.1 设计结构分析

无锡2号线PW80E-II型转向架是在B23型转向架基础上，为满足电机和制动接口进行了适应性改进，理论计算分析、构架强度计算、构架强度和疲劳强度试验，结果均满足UIC615-4、EN13749等标准要求。

1.2 工艺执行分析

（1）人员。人员具备上岗证和欧标证，不具备指向性。

（2）设备。

（3）物料。板材型号为P355NL1;焊材型号为G4Si1/φ1.2 mm，保护气体为80%Ar+20%CO2;该平台转向架均采用该型号板材、焊材和保护气体，不具备指向性。

（4）工艺。PW80E-II型转向架的工艺中，与裂纹故障相关的焊缝为H308焊缝，端部板厚度8 mm，单边Y型坡口，设计融深要求6 mm，工艺实际执行过程中，牵引板与横梁上盖板为Y型50°坡口，端部8 mm板厚有2 mm顿边，越是靠近内挡板处，空间位置越狭小，焊枪摆动受限，存在焊接电弧达不到焊缝根部导致熔深达不到设计要求6 mm的可能性。

1.3 线路测试

为了更好地进行线路测试，根据既有镟轮记录和线路轨道资料进行了统计分析，23列车中共存在94个车轮不圆度在0.4 mm～0.5 mm，占7.5%，85个车轮不圆度超过0.5 mm，占6.8%，其中最大不圆度为0.94 mm。

选取0216车在正线进行动应力、振动测试，动应力测试共布置10个测点;振动测试共布置16个测点，经过测试，在车轮径跳状态（0.37 mm，0.23 mm，0.16 mm，0.5 mm）下;所有测点的等效应力幅均小于70 MPa;近构架裂纹处焊缝测点应力主频主要集中在20 Hz～50 Hz、60 Hz、90 Hz频率带，其中频率占比最大为20 Hz～50 Hz，60 Hz、90 Hz频率能量占比较小。

1.4 构架理化分析

对无锡2号线2个裂纹构架进行理化分析，结论显示：

（1）2个构架的3个裂纹位置的构架焊缝熔深为2.8 mm，4.2 mm，4.2 mm，不符合设计要求。（2）对开裂疲劳源处焊缝进行微观检测，熔敷区、熔合区、热影响应及母材等各区域微观组织正常。（3）裂纹处呈现疲劳断口特征，疲劳源位置靠在内挡板的横梁上盖板与牵引力的焊缝根部，呈现多源性疲劳特征。

1.5 小結

（1）PW80E-II型转向架设计验证充分，满足标准要求。（2）工艺执行的人、机、料不具备故障原因指向性，工艺文件从平台实施以来，焊接要求没有变化。（3）构架理化结果显示，裂纹处焊缝熔深未达到设计要求是出现裂纹的主要原因。

2 构架修复方案

2.1 结构方案

针对无锡2号线构架裂纹问题，进行修复优化，详见下表：

通过上述优化，保证了焊缝熔深，提高了故障区域局部强度，提高了疲劳余量。

2.2 方案验证

（1）强度计算。本次考虑主体1 000万次循环载荷和局部安装座疲劳1 000万次循环载荷，修复构架所有关键承载焊缝的疲劳损伤均小于1，满足600万公里使用寿命要求;相较于原构架，在相同工况下，修复构架在裂纹位置的疲劳寿命约是原构架的7倍。（2）工艺验证。对修复后的构架进行焊缝切割取样，金相复验熔深合格，满足设计要求。（3）台架试验。对修复构架进行静强度及强度试验，试验轴重比无锡2号线的设计轴重更大，结果表明：1）经过超常16 t满轴重和疲劳15 t满轴重的静载荷考核，构架所有测点应力满足要求。2）经过15 t满轴重的动态主体疲劳1 000万次+局部安装座疲劳1 000万次的严苛考核，构架无裂纹产生，满足要求。

3 结束语

通过对无锡2号线电客车动车构架裂纹进行深入调查分析，是由于动车构架裂纹位置焊缝熔深未达设计要求，导致多源性裂纹产生。采取对故障区域内挡板结构优化等措施改善受力状态，增加该区域焊缝熔深， 提高焊接可达性和结构疲劳强度，有效地降低了故障区域应力水平，确保PW80E-II型转向架动车构架安全运用，可为地铁电客车构架裂纹故障提供借鉴。

参考文献：

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