昆明地铁牵引电机与转向架接口锥形垫片开裂故障原因分析及整改措施

摘 要:文章针对昆明地铁首期工程电客列车牵引电机与转向架接口锥形垫片开裂情况，进行原因分析，并提出相应的整改措施。

关键词：电客列车；锥形垫片；开裂；原因分析；整改措施

中图分类号：U231文献标识码： A

一、故障概况

昆明地铁首期工程全长41.989km，其中高架区段长11.501km，初期配属40列四动二拖六辆编组的B型车辆，牵引电机采用弹性悬挂的形式，发生开裂的锥形垫片为牵引电机与转向架接口位置，2013年6月至2014年3月，共计发生42块锥形垫片开裂，严重影响行车安全。该垫片在2012年6月开通的6号线地铁车辆（同一订单产品）上也有采用，但未发生开裂现象。

二、原因分析

经过对昆明地铁所有车辆进行普查，发现只有地铁首期工程地铁车辆的锥形垫片存在开裂现象，先期运营的地铁6号线未发现此类现象。将首期工程的锥形垫片与6号线的垫片进行对比，从表面质量判断分析，存在目测质量的差异，如下图（图01、图02）所示。

图016号线用垫片 图02首期工程用垫片

1、材质分析：

根据检验记录，6号线与首期工程垫圈的材料并不相同，其中6号线垫片使用的是60Si2Mn，首期工程产品使用的是50CrV4。

表一：6号线DIN6796 M27垫片材质成分（60Si2Mn）

表二：首期工程DIN6796 M27垫片材质成分（50CrV4）

由上表可知，尽管两批次产品材料不同，但都符合DIN和国际标准关于弹簧垫片材质的要求，而50CrV4也是公认的优质弹簧材料，存在垫片材质选型问题。

2、裂纹现象分析

垫片裂纹发生在垫片的内锥面全部，侧边全部，上锥面部分。其中裂纹最深的部分出现在内锥面和侧边，上锥面的裂纹较浅。由此分析，裂纹很可能发源于垫片的内锥面和侧边表面，然后逐步扩散至上锥面，如图（图03、图04）所示。

图03 垫片内锥面裂纹 图04垫片内侧边裂纹

3、垫片断口分析

下图（图05、图06）为开裂垫片断口扫描的图片，垫片可见细小的疲劳源和裂纹的逐步扩散，符合疲劳断裂的特征。

图05 裂纹初期断面图06裂纹形成后断面

4、垫片机械性能的硬度检测

对裂纹附近的材料进行硬度检测，按国家标准进行取样分析与检测，垫片大部分为480-500HV10，与未断裂部分差别不大，均在合格范围内。表三为分别对6号线及首期工程的垫片进行硬度测试，研磨后HV10：

表三：硬度测试对比

根据DIN6796及相关标准，合格产品的硬度范围为420-510HV， 上述两批产品均符合标准的规定，属合格产品；但6号线垫片的硬度明显低于首期工程，使得其韧性更好。

5、热处理金相组织分析

将6号线和首期工程样品进行金相组织分析，得到如下结论：

照片

锥形弹簧垫圈均采用淬火-中温回火，组织结构为回火屈氏体，上述两个批次产品均符合要求。而6号线样品分析中的“弥散碳化物”实际上是中温回火中屈氏体中必然存在的金相特征，与首期工程样品并无显著差异。

6、表面处理对比

两次样品分别采用了不同的表面处理，其中6号线采用的发黑处理，表面呈黑色；首期工程采用达克罗处理，表面呈银灰色。经过反复确认，首期工程垫圈表面处理之前，去除油污、灰尘的处理是清洗和抛丸，并不使用酸洗，所以可以确认不是镀层导致的氢脆开裂。

三、整改措施

根据以上原因分析，材质成分和硬度是6号线和首期工程锥形垫圈差异最大的地方，虽50CrV4和60Si2Mn均为合格的弹簧材料，但在不断振动的的应用中，硬度低、韧性更好的6号线垫圈能够承受更长时间，更适合目前运营工况。采取以下措施：

严格控制热处理工艺，将垫片的硬度调整到440-480HV，保证良好的韧性和弹性。

采用优质合金材料，降低材料本身的夹杂物，成分偏析。

改进加工工艺，如内外圈加工倒角，提高表面质量，抛丸产生预应力等，使应力分布更加均匀，提高疲劳强度。

四、整改效果

经过反复试验，按照整改措施制造的新品垫圈已于2014年3月份在T40整列车安装（共计64块），到目前为止未发生任何裂纹，计划跟踪运行半年后，全部更换故障垫圈。