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苏州地铁4号线轮对降噪环裂纹原因分析及解决措施

2021.01.29点击:

【摘要】苏州地铁4号线电客车车轮内外侧安装有两根降噪 环,用于降低轮轨接触噪声,抑制电客车通过弯道时轮轨啸鸣声, 实际运营中取得不错的降噪效果。检修过程中发现降噪环焊接处 存在裂纹现象,本文通过分析断裂降噪环原材料、制作流程、安 装工艺各环节存在的问题,查找裂纹原因,有针对的提出后续解 决措施,保障安全运营。 【关键词】降噪环、裂纹、管控措施 doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2020.35.4406

一、概述 2020 年 4 月班组检修时,发现 4 号线车轮两处降噪环存在裂 纹,裂纹均位于降噪环对接焊缝处,另外普查发现全线其余车辆 降噪环存在 3 处裂纹、2 处空响。降噪环裂纹轮对内外侧均有分 布,车号无明显规律。 二、降噪环工作原理 降噪环又称阻尼环,苏州 4 号线采用开口式钢环,外力压缩 后嵌入轮辋消音槽内,接口处放入接头进行焊接。当车轮与钢轨 运行接触,轮轨间激励及振动传递至车轮,车轮消音槽与降噪环 体之间干摩擦进而产生阻尼,起到减小振动及噪声的作用。 三、故障现象及分布 根据检修及普查情况,降噪环故障主要分两类,一为裂纹, 二为空响,故障详见表 1。 表 1:降噪环故障情况统计表 序号 车号 位置 轮位 内 / 外 故障情况 1 0433 TC1 01 外侧 降噪环裂纹 2 0415 TC1 01 内侧 降噪环裂纹 3 0440 M1 04 外侧 降噪环裂纹 4 0419 TC2 01 内侧 降噪环裂纹 5 0415 TC1 02 内侧 降噪环裂纹 6 0437 TC1 01 外侧 降噪环空响 7 0433 TC1 07 外侧 降噪环空响 裂纹故障全部发生在降噪环对接焊缝处,焊缝处可见明显打 磨痕迹,内外侧降噪环均产生过裂纹,大部分集中在TC 车,M 车发生 1 起。 空响故障为厂家普查时发现,共发现 2 起,使用橡胶锤敲击 环体,故障时会发生清脆的空响,有别于正常沉闷的声响。 四、故障排查 为排查降噪环裂纹及空响产生的原因,从原材料、制作流程、 安装工艺等方面进行排查。 4.1、材料 降噪环采用材质为 GB/T 699 10A 碳素冷拔圆钢,环体直径要 求为 φ12(-0.1,+0.2)mm。外侧降噪环直径为 719mm,内侧降 噪环环直径为 708mm,圆度误差要求小于 0.2mm。 查看降噪环原材料各产生化验报告,均符合国标要求。对冷 拔后的降噪环环体直径进行测量,抽检在制的降噪环 13 件,数据 均符合工艺要求,数据详见附表 2。 表 2:降噪环环径抽检表 序号 直径(mm) 序号 直径(mm) 序号 直径(mm) 1 11.93 2 11.94 3 11.94 4 11.93 5 11.92 6 11.93 7 11.94 8 11.93 9 11.93 10 11.93 11 11.93 12 11.93 13 11.92 备注:工艺要求 11.90-12.20 4.2、制作流程 降噪环制作流程为:

表面磷化:对φ14 高速线材表面进行处理,去除表面氧化 铁皮; 冷拔成型:采用冷拔工艺将线材加工成工艺要求的 φ12 直径 冷拔圆钢; 滚筒缠绕:采用滚筒式自动缠绕方式加工圆环,根据环体直径要求不同,采用不同直径的滚筒; 校准、切割:粗制环体加工完后,采用工艺要求直径的模具 进行人工圆度校准和周长划线切割。在模具约束状态下,降噪环 两端预留小于 10mm 开口; 电镀:采用电泳工艺在降噪环表面镀上黑色电泳涂料,完成 降噪环的制作。 对制作降噪环工艺进行分析,使用滚筒缠绕的方式制作降噪 环,现场查看滚筒表面已出现磨损沟痕,圆钢在滚筒表面缠绕时, 不能确保降噪环环体圆度控制。现场抽检部分成品降噪环圆度, 环体和校模圆周间隙不均,局部间隙大于0.2mm 现象,圆度超 标。安装进消音槽后,不能确保和槽周向紧密贴合;现场测量部 分成品降噪环环径 720-770mm 之间波动,环径控制较差,部分小 直径阻尼环安装后,环体较易转动。 4.3、安装焊接工艺 降噪环安装进车轮消音槽后,根据开口实际大小选配相应尺 寸的接头,用铜锤将接头压入开口处,确保接头和阻尼环紧密连 接。降噪环和接头焊接采用手动钨极氩弧焊,焊丝采用符合 ISO A636 标准的 ER50-6,焊接两端加工 30° 坡口。 接头选定后,应采用铜锤敲击的方式将接头压入接口部,确 保接头和阻尼环本体连接紧密。实际安装时,因采用铜锤敲击方 式操作难度大,现场可能会选择尺寸偏小接头放入接口部。在环 径偏小,接头对接口部连接不紧密时,焊接后,阻尼环不能保证 和消音槽紧密贴合,降噪环发生转动和异响的可能性增大。 同时对接接口焊接后,厂家为对焊缝进行电磁探伤,对焊角 进行打磨,部分断裂降噪环处打磨过深,大大降低了焊接强度。 4.4、故障原因 综上可知,4 号线降噪环裂纹、空响原因如下: 1. 降噪环制作工艺不完善,本体、圆度控制不稳定,环体安 装后,不能确保与消音槽圆周方向紧密贴合,出现间隙。在车辆 运营过程中,间隙的存在将使降噪环和消音槽壁间发生相对运动, 最终导致撞击发生; 2. 降噪环安装工艺把控不严,环径偏小,接头选择不当,接 口部位连接不紧密,焊接后,阻尼环不能保证和消音槽紧密贴合, 降噪环发生转动和异响的可能性增大。对接焊缝焊角打磨过多后, 焊接强度下降; 3. 制作、安装存在不足,车辆运行时轮轨间振动冲击,会加 剧降噪环撞击消音槽壁程度,最终导致发生异响和断裂故障。TC 车为头车,振动冲击相对其他车辆强烈,这也是降噪环故障相对 偏高的原因。 五、解决措施 5.1、厂家管控 1. 优化制造工艺,摒弃过时的滚筒缠绕工艺,使用轧制机进 行轧制,控制环身圆度及长度; 2. 严控安装工艺,接头须保证降噪环连接紧密,探伤作业打 磨时,避免过度打磨,增加尺寸检查要求; 3. 接到运营反馈裂纹、空响后,及时进行更换。 5.2、车辆运营管控 1. 空响降噪环使用橡胶锤敲击时,会发出清脆的空响,在均 衡修各修程中,增加橡胶锤敲击检查要求; 2. 裂纹降噪环裂纹位置均处于对接焊缝处,日检、均衡修、 专项修检查车底时,加强该位置目视检查; 3. 异常降噪环在未产生裂纹、空响前,与消音槽会存在间隙, 使用样板检查时,与样板间隙存在小于 1mm 标准的现象,在均衡 修 12 中,增加样板检查要求。 六、论 本文通过分析断裂降噪环原材料、制作流程、安装工艺各环 节存在的问题,找到了裂纹原因,主要为厂家制造与安装工艺存 在不足,有针对的提出后续解决措施,指导厂家后续改进工艺, 同时增加了运营检修要求,确保出现裂纹与空响能第一时间能进 行处理,切实保障安全运营。

参考文献:

[1]邹强;江波;刘友存;陈刚;.阻尼车轮的降噪构设计 与应用 [J]. 铁道车辆,2016(4)。

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