鋁合金動車組受電弓安裝座組焊工藝研究

王德 王磊

摘要：受電弓具有弓頭質量小、良好空氣動力學特性、良好的受流性能、結構簡單、維修方便等特點，是高速列車的十大關鍵技術之一。我國高速動車組以CRH系列作為基礎進行了不斷地創新。在此過程中，受電弓作為重要的電力連接部件也在不斷地發展。本文就鋁合金動車組受電弓安裝座組焊工藝展開探討。

關鍵詞：鋁合金;動車組;組焊工藝

1 鋁合金車體材料簡介

鋁合金普遍應用于動車組車體生產過程中，通過添加鎂、錳、硅、銅、鋅等元素，可獲得不同性能的金屬材料，適用于車體不同受力部位。目前主要由5000系列（Al-Mg合金）、6000系列（Al-Mg-Si合金）、7000（Al-Zn-Mg-合金）系列。5000系列、6000系列、7000系列呈現不同的特性，普遍使用的鋁合金主要A5083、A6N01，A7N01三種材料，其中A5083用在骨架及板狀的制件，其耐蝕性、焊接性好，但擠壓性能差;A6N01主要用在車頂、側墻、底架地板、端墻等受力不大的部件;A7N01主要用在牽引梁、枕梁、車鉤座、緩沖梁、高度閥座、抗蛇形扭桿座等受力較大的部件制造。受電弓安裝座材料為A5083P-O（退火）。

2 高速動車組用受電弓概述

（1）SSS400+型受電弓。SSS400+受電弓適用于CRH3型車，同樣為單臂式，雙滑板結構。一臺完整的受電弓主要有受電弓本身和安裝于車內的氣路控制閥板組成。受電弓的控制通過網絡來實現。司機通過操作升降弓開關來觸發電磁閥，將氣路打開，通過壓縮空氣的驅動將受電弓提升以實現升弓。受電弓的運行情況通過壓力開關傳輸到CCU，CCU再將信號通過車輛控制總線發送到HMI。當受電弓在運行過程中發生故障例如碳滑板破裂﹑碳滑板磨耗過限時，快速下降閥被觸發將受電弓快速降下。與此同時，壓力開關將相關信號傳輸到CCU，經CCU診斷處理后再將相關故障代碼發送給HMI，實現信息的人機交換并提醒司機及時換弓。（2）DSA250型受電弓。DSA250型受電弓適用于CRH1﹑CRH2和CRH5型車。整個受電弓采用單臂式結構，并配備了雙碳滑板，以保證在運行過程中良好的導電性。受電弓主要由底架，上下臂和弓頭三部分組成。為了實現輕量化的技術要求，受電弓的運動部件及弓頭均采用鋁合金結構。在運行過程中考慮到滑板的結構，因此將滑板的使用限度設定為不小于5mm，兩滑板之間的高度差不大于3mm。為了防止碳滑板過度磨損，在進行設計時將碳滑板設計為中空結構，并通過氣路與控制閥板上的壓力開關連接，當磨損超限漏氣時（即壓縮空氣值降為2.5bar時），觸發壓力開關，并啟動ADD功能，最終使受電弓快速下降，實現降弓保護。（3）CX主動控制型受電弓。CX型受電弓適用于CRH380B型車，由法維萊制造。與普通受電弓不同，首先，該受電弓采用了單滑板結構，同時將滑板材料更改為滲銅碳滑板延長了使用壽命;其次，增加了受電弓控制單元（PCU），可以在受電弓動態運行時，對弓網接觸力進行調節控制;再次，弓體采用了新的合成材料，使受電弓減輕30%～40%;最后，采用了更高精度的空氣調節裝置。因此，CX型受電弓結構簡單，重量輕，動態接觸力可調整，可靠性更高。受電弓本身通過壓縮空氣來進行驅動。壓縮空氣由車輛管道供應并通過APIM單元進入升弓氣囊。氣囊在壓縮空氣的作用下產生扭矩，并通過凸輪和彈性連接軸以鉸鏈的方式連接，從而實現升弓。降弓時關斷壓縮空氣管路，依靠受電弓自重降弓。如果壓縮空氣供應中斷或低壓電源發生故障，受電弓將會啟動ADD裝置自動降弓。該受電弓的工作原理與DSA250型受電弓相似，不同的是該受電弓的動態特性可以調整。受電弓動態特性的調整是通過與阻尼器相連的兩級懸掛來實現的。第一級懸掛由氣囊完成。受電弓控制單元可確保氣囊的壓力保持恒定，并與受電弓的高度無關。第二級懸掛由弓頭的彈簧來實現調整。通過兩級懸掛可以實現該受電弓良好的動態調整性能。

3 鋁合金動車組受電弓安裝座組焊工藝

3.1受電弓工作特點

受電弓的工作特點就是先快后慢。（1）受電弓靠滑動接觸而受流，因此在機車運行中，受電弓動作輕巧、平穩，動態特性穩定，升、降弓時不產生過分沖擊。滑板與接觸導線接觸時，要求特性可靠、磨耗小。（2）防止彈跳，彈跳會產生弓網間的拉弧造成弓網的燒損。升弓時滑板離開底架要快，貼近接觸（3）防止對底架有過分的機械沖擊。降弓時脫離接觸網導線要快，以防拉弧造成燒損，落在底架上要慢。

3.2受電弓安裝座施工工藝

（1）電弓安裝座安裝、點固。受電弓安裝座安裝在車頂的外側，為了保證緊密安裝，首先對車頂板外已焊焊縫進行處理：用風動銑刀將安裝部位的通長焊縫部位焊縫余高磨平。根據膠片樣板畫出的安裝座安裝位置，先將中間受電弓安裝座放置，在劃線部位對正，再將另外兩個安裝座預放置，然后放上安裝樣板，放入定位銷，將受電弓安裝座整體定位，要求安裝座底座與車頂板間隙要求小于1mm，上平面卡平間隙不超過1.5mm。將受電弓安裝座點固后松開安裝樣板，然后進行點固，焊此板厚組合為3mm+5mm鋁合金板，焊接時采用脈沖MIG焊，焊絲為φ1.2mm鋁合金焊絲，牌號為ER5356，保護氣體材料純度大于99.999%的高純氬氣，焊接時使用KEMPPI3200風冷焊機。點固焊是應該在距工件端部20mm以上處進行焊接，焊縫長度為15mm左右?？紤]到具體施工的情況有所不同，其中電流，電壓，焊接速度可以上下浮動10%，如果當環境溫度低于8℃時或當環境濕度大于80%時，為了防止產生氣孔、焊縫熔合不良等缺陷，需對待焊部位進行預熱，注意預熱溫度應低于150℃，且時間不要太長，避免破壞母材的性能。（2）正式焊接。由前面所知鋁合金的線膨脹系數大，即焊接時容易產生變形，為了減少受電弓安裝座的變形量，該焊縫采用斷續焊的形式。首先，根據焊接要求用油筆畫出安裝座段焊位置，為了進一步減少焊接變形，先焊接收縮量大的焊縫，在焊接后收縮量小的焊縫，故先焊接長焊縫，在焊接短焊縫。在此對受電弓安裝座焊接順序進行規定，焊接順序。

3.3根本改進措施

動車組運行過程中受電弓受異物擊打是概率事件，目前幾種受電弓之所以受損概率不同，是因為升起工作狀態的受電弓空間上覆蓋橫截面不同，速度等級不同，相對于CX-018型受電弓，DSA250型受電弓橫截面較大，像一個撐開的“捕鳥網”，鳥類或其他異物相對容易掛載附著，且受電弓最易受損的供風管路較多且外露，受電弓受損影響運行的概率較大。國外部分動車組多年運營經驗對后續受電弓設計已有此類考慮，相比較而言，例如日本E2系1000型動車組PS207型受電弓從外觀到結構都做到了盡可能的簡潔，高壓設備和風管內包，受損幾率大大降低，有助于減少此類問題，因此建議，我國后續的標準動車組受電弓使用中也要向此方向積極借鑒并進行深入研究。

結語

確定受電弓安裝座的組焊工藝是為了保證受電弓的順利安裝，焊接前各個工序的操作最焊接都會有影響，如零件的來料情況、焊接工具的使用狀態、操作者的焊接水平、環境的溫濕度、焊接材料的成分、保護氣體的純度等。必須嚴格規范工藝過程，如尺寸定位、焊前清理、焊接參數、焊接順序、焊后處理等，只有保證每個焊接步驟的質量，才能得到滿足要求的產品。

參考文獻

[1]王亞婷，曹興華，王紅波，等.鋁合金車體增加受電弓監測安裝座工藝分析[J].軌道交通裝備與技術，2018（3）：28-30.

[2]彭瑞剛.動車組受電弓風管故障分析及改進措施[J].上海鐵道科技，2018（02）：67-69.

[3]栗木功，王永超，張永波.武廣高鐵動車組受電弓裂紋故障分析及改進措施[J].中國鐵路，2019（05）：28-31.