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141,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 辺星刼冋莘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K.JW1WMEYS 元至•力分樹恂興古力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焊飨层间熔舍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%C02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0OL缶ii?:'«.31l.al1.沪1_ &◎腦PI-缈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S4裂毁廉鹿方何弟抚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 *■ .gr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：2015❷09❷08作者简介：王永亮（1987—），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。