TSG18G（ 04）型受电弓托架组焊裂纹原因分析及优化

TSG18G（ 04）型受电弓托架组焊裂纹原因分析及优化

牛超

天津轨道交通运营集团有限公司 天津市 300000 摘要：TSG18G（04）型受电弓主要应用于地铁车辆，本文以天津地铁6号线电客车受电弓托架组焊裂纹故障为出发点，分析故障原因，改进托架设计结构，增加母材壁厚，从而明显降低使用应力，提高结构使用寿命。

关键词：TSG18G（04）型受电弓；托架组焊；疲劳；裂纹；

概述

天津地铁6号线电客车的受电弓为TSG18G(04)型受电弓。该型号受电弓是一种通过空气回路控制升、降动作的铰接式机械构件，主要应用于地铁车辆。通过支持绝缘子安装于车顶，并通过弓头上的碳滑板与供电网线接触。受电弓从接触网上集取电流，并传送到车辆电气系统。

近期天津地铁6号线受电弓检修时发现托架组焊出现细小裂纹，经过普查，共发现20架弓均存在相同的裂纹故障，如图1所示。经过统计，托架裂纹具有以下特征^[1]：

（1）裂纹均位于碳滑板安装侧。说明碳滑板承受的弓网间接触压力、摩擦力、弓头自身重力共同产生的高频振动和冲击，是产生托架裂纹的外力来源。

（2）裂纹由连接板边沿开裂，顺势向上扩展，或沿焊缝边沿扩展，或穿过焊缝。说明裂纹由连接板母材边沿起裂，与结构的焊接质量关系不大。

图1托架组焊裂纹

1裂纹原因分析

为进一步分析托架组焊开裂的原因，选取两件托架进行检测分析，主要包括渗透探伤、断口检测、宏观金相、微观金相和成分分析等内容。

（1）探伤结果表明，裂纹产生后，主要以裂穿壁厚的方式扩展，如图2所示。

（2）断口检测表明，母材上断口整齐，扩展至焊缝时，疲劳贝纹细密，说明疲劳振动频率很高。

（3）金相检测表明，焊缝内部无裂纹、夹渣等缺陷，如图3所示

（4）机械性能检测表明，材料的抗拉强度和屈服强度均满足要求。

综合上述检查和分析，托架在一定时间内承受了高于其母材许用强度的瞬时冲击力，致使母材发生裂纹；在后续运行过程中，高频振动使得焊缝部位疲劳失效，致使裂纹沿焊缝延伸。

图2渗透探伤情况

图3焊缝宏观金相

2改进措施

托架组焊结构如下图4所示，滑板支架（件1）采用3mm不锈钢0Cr18Ni9材料压型，托架（件2）采用2.5mm不锈钢0Cr18Ni9材料压型，两个零件压型后，采用焊接成型为为托架组焊。

为更好的提高托架组焊的结构强度，将托架组焊结构中的滑板支架和托架的板厚均改为4mm。

图4托架组焊结构图

3改进前后仿真对比

3.1计算工况

根据TB/T3271-2011《轨道交通受流系统受电弓与接触网相互作用准则》规定，交流系统受电弓承受的最大弓网接触力不超过300N。考虑到受电弓使用过程中，供电网线拉出值最大300mm时，为受电弓的最恶劣工况，仿真计算施加接触力在300mm位置进行偏载施加。受电弓实际运行中弓头会产生纵向冲击力，参照西南交大对TSG22受电弓的疲劳寿命计算时采用的弓网接触力数据，弓网动态纵向冲击加速度为5g，确定静强度计算工况为：300N接触力，作用位置向左侧偏移300mm，弓头纵向5g冲击力，垂向1g自重。

3.2计算模型的建立

用有限元分析软件建立TSG18G（04）型受电弓计算模型，如下图5所示，对受电弓弓头托架托架组焊结构进行静强度和疲劳寿命计算。

图5.1 受电弓几何模型

图5.2 受电弓有限元模型

3.3仿真结果分析

改进前后的托架组焊对比如下表所示：

综上所述，改进后的结构，使用应力明显降低，使用寿命大大提高。由于改进后的结构质量变大，导致弓网跟随性下降，具体使用情况还有待验证。

4结论

本文对天津地铁6号线电客车受电弓托架组焊裂纹故障进行了分析，并提出改进措施，通过增加壁厚，能够降低部件使用应力，提高使用寿命。目前新型托架组焊已装车试验。

参考文献：

[1]陈贞韬，肖伟良.TSG19A型受电弓上框架焊接裂纹故障分析及改进措施[J]技术应用，2018，10(25)：145.