傅駿

（廣州市地下鐵道總公司運營事業總部車輛中心）

摘　要：廣州（zhōu）市地鐵一號線車輛已運用多年，隨著運營裏程的增加，車輛中帶接地裝 置軸箱的故障率（lǜ）明顯上升，為此分析（xī）了 一號（hào）線車輛軸（zhóu）箱接地裝置發生故障的原因，提 出（chū）了（le）相（xiàng）應的解決辦法和應對措施，減少損失。

關鍵詞：地鐵車輛；軸箱；接地裝置；脆性斷裂

廣州市地下鐵道總（zǒng）公司（sī）（以（yǐ）下簡稱廣州地鐵） 於1997年開（kāi）通運營地鐵一號線，截至目前該（gāi）線車輛已使用14年，運（yùn）用公裏（lǐ）數累計超過150萬km。隨著使用時（shí）間（jiān）的增加，車輛中帶接地裝置軸（zhóu）箱（xiāng）的故障率明顯上升，主要表現為（wéi）內部結構的機械斷裂。對此（cǐ）種故（gù）障進行具體分析，有利（lì）於完善平時檢修作（zuò）業標準，提高車輛正線運營安全性。

一、接地裝置結構

廣州地鐵一號線（xiàn）車輛在動車的所有輪對（4條）和拖車（chē）第2、3輪對軸箱上（shàng）裝配有接地裝置，一列車（chē）總數為20個。接地裝置整件由外端（duān）蓋、銅安裝（zhuāng）支架 （帶接地碳刷）、接地裝置殼體（帶安裝支架固定座）、導電銅棒組成（見（jiàn）圖1）。導電銅棒露出軸箱的一端緊固在柔性車體（tǐ）接地線（銅編織線）上，另一端固定在銅安裝（zhuāng）支架上，安裝支架有一通孔（kǒng）帶內螺（luó）紋，由（yóu）固定螺栓將導電銅（tóng）棒一端與安裝支架緊固。安裝支架另（lìng）有螺栓與接地碳刷（shuā）導線緊固，卡式恒壓彈（dàn）簧使接地碳刷始終緊貼銅滑圓盤（圓盤固定在輪對上）。受流時（shí），電流通過（guò）導電銅棒流向安裝支架，再由接地碳刷流入輪對。

二、故障分析（xī）

廣州地鐵一號線車（chē）輛自2006年起陸續出現接地裝（zhuāng）置整件故障（zhàng），表（biǎo）現為整件內導電（diàn）銅棒（bàng）固定螺栓鬆動、掉落和安裝支架固定座斷裂。由於這兩種故障均導致車輛受流回路部（bù）件被破壞，使得電流無法良好回（huí）流（liú），當需要承（chéng）載較大電（diàn）流時存在（zài）一定的安（ān）全隱患。檢査（chá）所有接地裝置整件故障發現（xiàn），此故（gù）障與（yǔ）車號無關，發生周期無規律性，但安裝支架固（gù）定座斷裂時必然同時有導電銅棒（bàng）固定螺栓掉落（luò）現象，反之卻不一定成立，說明固定座斷裂可能是由導電銅棒固定螺栓（shuān）掉（diào）落引發的二次故障，且發生幾率較大。

1.導電銅棒固定螺栓掉落分析

導電（diàn）銅棒為圓（yuán）柱形銅（tóng）棒料經過機加工所得，材質（zhì）為T2紫銅。銅棒兩端各有一段區域需要進行銑削加工（gōng），且在出的銑處（chù）的平麵上開有通孔，如圖2所示。

安裝（zhuāng）支架所帶（dài）內螺紋長度僅約為5 mm，致使緊固螺栓產生（shēng）的預緊力有限。導電銅棒若受（shòu）到外力影響，沿銅棒傳遞過來的（de）拉力作用在緊（jǐn）固螺栓上，容易使螺栓緊（jǐn）固失效。導電（diàn）銅棒另一（yī）端連接著柔性車體接地線，經分析，外力可（kě）從接地線與導電銅（tóng）棒連接處產生。

車輛運行過程中，雖然有一係人字彈簧的約束，但軸（zhóu）箱與構架仍存在相對運動，可大致解耦成軸向和垂向運動。柔性車體接地線有部分被電纜（lǎn）夾緊固在轉向架上如圖3所示，若電纜夾固定處與銅導線 連接處之間的車體接地線過短，在軸箱的軸向運動中，柔性車體接地線會隨軸箱的內（nèi）、外移而（ér）被拉伸，從而在銅導線連接的一（yī）端產生拉力，方向為沿瞬時車體接（jiē）地線方向指向銅（tóng）棒外（wài）側。長期受到（dào）此拉力的作用，相（xiàng）當於在銅棒與（yǔ）安裝支（zhī）架緊固處（chù）施加（jiā）交變載（zǎi）荷，將引起螺栓鬆動，從（cóng）而使導電銅棒與安裝支架連接處在車輛運動時受到的局部應力增大，後繼可能出現兩種故障現（xiàn）象:要麽緊固螺栓（shuān）脫離安裝（zhuāng）支架，掉落（luò）在接地裝置內；要麽在緊固螺栓脫離安裝支架之（zhī）前，此端銅棒通孔處材質斷裂，螺栓依舊（jiù）固定在安裝支架上。

2.安裝（zhuāng）支（zhī）架固定座斷裂分析

銅安裝支架固定座共有3個，按相隔120°圓周等分分布在接地裝置殼體內側，是與接地裝置外殼體一起鑄造（zào）出來的，其局部側麵示意圖如圖4所示。 固定座可看作為一個與外殼相連的懸臂梁，當螺（luó）栓（shuān）掉（diào）落到接地裝置內後，固定座有可能發生斷裂，斷裂的個數不定。統計所有的斷裂（liè）固定座，發現（xiàn）斷裂麵的側麵基本都沿著圖（tú）4中的虛（xū）線ED方向。

根據損傷力學理論，光滑區域為裂紋擴展區，粗糙部位為（wéi）瞬時（shí）斷裂區⑴。以圖5所示（shì）實物為例，斷裂麵內不規則（zé）分布著（zhe）兩處較光（guāng）滑小區域，目測麵積總和約10% ,其餘為（wéi）粗（cū）糙麵。有（yǒu）一處（chù）光滑區域在斷裂麵（miàn）內呈島狀分布，未（wèi）延伸至邊緣，另一處光滑區與邊緣輪廓重合。造成此（cǐ）裂紋的情況應是鑄造缺陷，或是長時間（jiān）運用後產（chǎn）生（shēng）的裂紋核擴展成較短的裂紋（wén）。若此現（xiàn）象為斷裂原因，則應該是同一批次軸箱內普遍現象，這與事實不符。

在發生斷裂的接地裝（zhuāng）置內，固定座背（bèi）麵留有較嚴重（chóng）的劃傷，有的還（hái）有規則的（de）齒狀壓痕，位置基本為CD段，深度大（dà）約2~3 mm,寬度不定，銅滑圓盤在此相（xiàng）應位置也有類似劃痕。結合（hé）瞬時斷裂區麵積遠大 於（yú）裂紋擴展區（qū）現象推斷，固定座應是先（xiān）受到損傷，再突然受到超過承載強度的外力（lì）導致斷裂。由於所有車輛運行軌道條件、載荷條件及使用年限基（jī）本一致，即固定座承載條（tiáo）件（jiàn）基本（běn）一致，但斷裂故障並非同時 批量出現，且（qiě）斷裂（liè）情況隻發生在固定螺栓掉落後，因此可以（yǐ）排除正常運用情況下固定座（zuò）斷裂的可能性（xìng）。

緊固螺栓為法蘭麵防鬆螺栓，材質為鋼，表麵鍍黃銘，表麵硬度在800 - 1000 HV。掉落的螺栓法蘭麵（miàn）、螺紋（wén）有嚴重的磨損，但接地裝置其他部件表麵（miàn）基本無損傷（shāng）。

綜上所述，分析掉落的（de）螺（luó）栓導致固定座斷裂的原因可（kě）能有以下2種⑵：

A.螺栓卡在固定座背麵與銅滑圓盤的（de）間隙之間,即 CD段下方。由於（yú）空間太小，在輪對轉動過程中，銅滑（huá）圓（yuán）盤擠壓卡（kǎ）在間隙中的螺栓（shuān）而對固定座產生（shēng）外部應力，固定座無法承受此（cǐ）應力而斷裂；

B.螺栓被固定在軸（zhóu）端（duān）旋轉的（de）銅滑圓盤不斷（duàn）撞擊（jī）而（ér）再次撞上固（gù）定座，固定座先出現裂紋，在承受較大載荷時Z終斷（duàn）裂。

根據固定座安裝位置（zhì），正麵被（bèi）撞擊（jī）的可能性很小，隻有側麵才有可能被撞（zhuàng）擊導致固定座斷裂，但經現場檢查，斷裂固（gù）定（dìng）座側麵無明顯傷（shāng）痕，側麵斷裂（liè）輪廓線與掉落位置邊緣基本吻合。根（gēn）據之前分析，固（gù）定座須先受損傷，應在側麵留下明顯撞擊點，但檢査所（suǒ）有固定座均沒有明（míng）顯撞擊點。而且螺栓在軸箱體內極易撞上固定座側麵，若是由此導致斷（duàn）裂，則此故障必然頻發，與發現的固定座斷裂隻（zhī）是存在一定（dìng）故 障率（lǜ）的（de）事實不（bú）符。

所以隻有一種可能（néng），就是螺栓被夾（jiá）在固定座背（bèi）麵時對其造成損傷Z後導致固定座斷裂。DE段是固定座的主（zhǔ）要（yào）受力部位，一旦劃傷，相當於材（cái）料出現幾何缺陷，根據（jù）材質的缺陷敏感性，這一部位極（jí）易在應（yīng）力作用下發生（shēng）疲勞、斷裂。

三、應對措施

由於固定座是與（yǔ）接地裝（zhuāng）置外殼整體鑄造（zào）而來的，空間位置狹小難以進行焊接工（gōng）作，所以對此故障件一般（bān）報廢整個接地裝置，帶來的成本損失較大。可以從（cóng）這幾方麵進行改進，合理運（yùn）用,降低此故障的（de）發生率:

1.調（diào）整接地（dì）線與導（dǎo）電銅棒連接處長度，保（bǎo）證接地銅棒車輛在運行時（shí）不受外（wài）力影響；

2.改進接地銅棒備件（jiàn）。可人為製造材料缺陷，在接地銅棒與銅安（ān）裝支架緊固螺栓附近製造出 一（yī）個V形槽，利（lì）用材料的缺陷敏感性，當銅棒受到外力時自身發生斷裂，使得固定螺（luó）栓依舊固定在銅安裝架上（shàng），不會掉落，從而避免固（gù）定座斷裂的二次故障（zhàng）的發（fā）生；

3.增（zēng）加開蓋（gài）檢査次數（shù），及時發現故障。

四、總結

廣（guǎng）州地鐵一號（hào）線的（de）接地（dì）裝置問題可分為一次螺栓掉（diào）落故障和二（èr）次固定座斷裂故障（zhàng），其中二次（cì）故障的危害性較大。從各方麵可以推斷出固定座斷裂原因是車輛運（yùn）行（háng）時受掉落螺栓擠壓應（yīng）力所致，針對此 故（gù）障（zhàng）釆用（yòng）了合理的改進方式降低其故障（zhàng）率。

參考文獻：

［1］ 張安哥，朱成九，陳（chén）夢成（chéng）.疲勞、斷裂（liè）與損傷［M］.成都：西南交通 大學出版（bǎn）社（shè）,2006.

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來源：《鐵道（dào）機車車輛工人》