一種定位節(jié)點絕緣阻值異常原因分析及優(yōu)化

郝濤廣

(中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 064000)

0 引言

為確保軌道與車輛間電流不從第二條通道流走,同時避免電流通過滾動軸承產(chǎn)生電蝕問題,要求轉向架與車體之間必須絕緣。通常要求軸箱軸承、電機、齒輪箱、基礎制動等部件與車體及轉向架進行絕緣處理,絕緣點的設計必須使轉向架相對軌道總電阻大于規(guī)定值[1]。而金屬橡膠件具有很好的非線性剛度特性及相當?shù)淖枘?在轉向架一系和二系懸掛系統(tǒng)中得到廣泛應用[2],其在實現(xiàn)減振功能的同時也被作為絕緣點。定位節(jié)點絕緣阻值異常問題,一定程度上會影響車輛的功能性和安全性,因此異常原因亟待分析解決。

1 定位節(jié)點結構

為滿足定位節(jié)點徑向及軸向剛度匹配要求,設計的某定位節(jié)點結構如圖1所示,采用兩個硫化體與芯軸的組裝結構,單個硫化體由金屬內(nèi)套、金屬外套及橡膠硫化而成。金屬內(nèi)套及金屬外套均選用Q345E材料,芯軸選用42CrMo材料。定位節(jié)點采用高壓模硫化方式,通過工藝參數(shù)控制及模具配合設計同時保證產(chǎn)品的外觀及質量。

圖1 定位節(jié)點結構

2 問題描述

某型車輛整車調試期間出現(xiàn)轉向架高阻抗試驗未通過的情況,經(jīng)排查判斷為轉向架4軸左端電阻異常,將電阻異常轉向架拆出后單獨進行測試,測試情況如下:轉向架自由狀態(tài)時,4軸左端電阻正常;在靜壓條件下4軸左端出現(xiàn)導通現(xiàn)象。將轉向架分解,拆出4軸輪對,反復測量節(jié)點芯軸及轉臂之間絕緣情況,結果顯示電阻均無異常。同月再次連續(xù)出現(xiàn)3起類似整車調試高阻抗試驗未通過情況,以上4起事件特征匯總見表1。

表1 4起高阻抗未通過事件特征匯總

3 問題原因分析

3.1 因素識別

絕緣阻值異常因素的識別主要從產(chǎn)品結構、產(chǎn)品制造和產(chǎn)品組裝三方面開展,識別的可能影響因素如下:

(1) 產(chǎn)品結構方面:外套與芯軸之間間隙設計過小或橡膠層過薄,節(jié)點在自然或受力狀態(tài)下外套與芯軸接觸,形成通路。

(2) 產(chǎn)品制造方面:膠料配方不合理,無法提供要求的絕緣阻值;外套或芯軸有毛刺飛邊,硫化后形成通路;膠料內(nèi)部混有導電性異物;硫化體組裝時混入導電性異物。

(3) 產(chǎn)品組裝方面:定位節(jié)點安裝結構設計不合理,自由或受力狀態(tài)使節(jié)點芯軸與外套形成導電通路。

3.2 試驗檢測

為充分分析故障原因,將第1起、第2起、第4起阻抗異常的定位節(jié)點從轉臂上退卸,編號為#1、#2、#4,分別對3個定位節(jié)點單獨進行檢測分析。

3.2.1 外觀檢查

金屬表面清潔、光滑、無缺陷,橡膠表面無孔、無異常凸起、無裂紋,橡膠與金屬部位粘接良好,除外套、芯軸、橡膠體外無其他異物。

3.2.2 自由狀態(tài)阻值測量

對#2定位節(jié)點采用歐姆表、機械式高阻計等多種方式反復進行測量,結果均不合格,電阻實測值接近為0;對#1和#4定位節(jié)點的電阻進行檢測,檢測結果顯示均合格。自由狀態(tài)電阻檢測如圖2所示。

圖2 自由狀態(tài)電阻檢測

3.2.3 加載測試

為模擬車輛運行狀態(tài),對#1和#4定位節(jié)點進行加載測試。將歐姆表夾頭與上下試驗工裝連接,上部試驗工裝與芯軸直接連接,下部試驗工裝與外套連接,整個加載狀態(tài)電阻檢測試驗過程中歐姆表一直保持測量狀態(tài),動態(tài)監(jiān)測試驗過程中產(chǎn)品的電阻變化情況。

在加載狀態(tài)下對#4定位節(jié)點的電阻進行檢測,當徑向載荷加載至32 kN時,開始出現(xiàn)導通現(xiàn)象(電阻為0),卸載至27 kN時電阻合格,與實際情況(轉向架自由裝填電阻異常,解體后正常)一致。

在加載狀態(tài)下對#1定位節(jié)點的電阻進行檢測,當徑向載荷加載至60 kN時,開始出現(xiàn)導通現(xiàn)象(電阻為0),卸載至21 kN時電阻合格,與實際情況(轉向架靜壓狀態(tài)下電阻為0,自由狀態(tài)下電阻正常)一致。

對#1和#4定位節(jié)點軸向加載,測量絕緣阻值,測量結果正常。

3.2.4 分解檢查

使用工裝將#2定位節(jié)點的芯軸及硫化體壓裝分離,分離后檢查發(fā)現(xiàn)在芯軸與硫化體外套之間有一條長度為20 mm～40 mm的發(fā)絲狀鐵屑。對卡有絲狀鐵屑的硫化體及芯軸采用同等條件電阻檢測,測量結果為0;將絲狀鐵屑去除后,再采用同等條件檢測電阻,測量結果滿足要求。對#1和#4定位節(jié)點進行壓裝分離,分離后發(fā)現(xiàn)在芯軸與硫化體之間的型腔內(nèi)均有發(fā)絲狀鐵屑。

對分離后的單個橡膠硫化體進行電阻檢測,結果滿足要求,說明膠料配方可以滿足節(jié)點的絕緣阻值要求。

4 分析結論

綜合以上試驗結果可以得出定位節(jié)點電阻異常原因為:個別產(chǎn)品生產(chǎn)過程的偶然因素導致發(fā)絲狀鐵屑產(chǎn)生并留存在芯軸與硫化體的型腔內(nèi),造成節(jié)點芯軸與外套導通,最終導致節(jié)點電阻出現(xiàn)異常。該發(fā)絲狀鐵屑產(chǎn)生的原因可能為芯軸及內(nèi)套未進行清潔處理、壓裝過程存在操作不良、壓裝過程中未涂抹潤滑劑等。鐵屑殘留位置見圖3。

圖3 鐵屑殘留位置示意圖

5 結構優(yōu)化

該定位節(jié)點采用分體式設計,內(nèi)部結構留有型腔,存在金屬導通的可能性。針對此結構,為彌補該產(chǎn)品制造工藝及過程控制中出現(xiàn)的異常情況,在外套處增加包膠設計優(yōu)化,實現(xiàn)芯軸與外套間的物理隔離效果,即使因各種偶然原因導致絲狀鐵屑產(chǎn)生并留存在芯軸與硫化體的型腔內(nèi),也不會出現(xiàn)芯軸與外套的導通現(xiàn)象。包膠位置如圖4所示。

圖4 外套包膠優(yōu)化示意圖

6 工藝質量控制建議

為避免后續(xù)出現(xiàn)類似問題,確保后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)質量和穩(wěn)定性,對制造工藝質量控制提出如下建議:

(1) 加強制造工藝、質量管控及工序自檢。

(2) 已生產(chǎn)的定位節(jié)點要求在加載狀態(tài)下重新進行檢測。

(3) 后續(xù)生產(chǎn)的定位節(jié)點電阻檢測比例由2件/批升級為100%檢測,并且在自由狀態(tài)和加載狀態(tài)下分別對阻值進行檢測。

(4) 在組裝、壓裝前應對產(chǎn)品配合面表面進行清潔,壓裝過程使用具有絕緣功能的潤滑劑對配合面進行潤滑。

7 結束語

本文主要針對某型軸箱轉臂定位節(jié)點絕緣阻值異常問題,從影響因素識別、試驗檢測等各方面對阻值異常原因做了詳細分析,確定了阻值異常原因為個別產(chǎn)品生產(chǎn)過程中偶然因素導致發(fā)絲狀鐵屑產(chǎn)生并留存在芯軸與硫化體的型腔內(nèi),造成節(jié)點芯軸與外套導通。為確保后續(xù)產(chǎn)品生產(chǎn)質量的穩(wěn)定性,對產(chǎn)品結構進行了優(yōu)化并對制造工藝質量控制方面提出了建議,同時該類型節(jié)點阻值異常問題分析流程也可以為其他橡膠件提供參考。