谈有轨电车受电弓弹簧断裂分析

赵未 薛萍

Summary：本文通过对现代有轨电车受电弓升弓弹簧断裂现象进行深入的分析，确定了故障原因并提出了相应的改进措施，为相关产品设计提供了参考。

Key：受电弓；弹簧；断裂；分析

引言

国内某有轨电车项目在运营四年后，一列车在运营过程中出现了受电弓升弓弹簧断裂，受电弓无法升起的故障，导致列车救援。为了避免类似问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 再次出现，对断裂弹簧进行了理化分析，来确定断裂原因并提出相应的改进措施。

1.受电弓升弓原理

如图（1），受电弓升弓弹簧始终处于拉伸状态，且当受电弓在最低位时，拉伸长度达到最大。升弓时，右侧电传动装置向后缩短，左侧升弓弹簧则会自动收缩。在弹簧拉力的作用下，带动凸轮转动，凸轮与弓体相连，以杠杆原理将受电弓弓头抬起。

2.断口分析

2.1断口总体概况

如图（2），断裂位置为弹簧与固定盘配合的第一扣簧圈上部，断口附近没有明显的塑性变形，弹簧外圈 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面涂层完整，无明显磕碰损伤痕迹或锈蚀现象。但断口附近与固定盘配合的弹簧内圈存在明显的红锈痕迹（箭头1所示），远离固定盘的弹簧内圈表面黑色涂层则完整，未发现明显的锈蚀现象（箭头2所示）。断口附近右侧挡板有一处因撞击产生的豁口（红框所示），豁口顶部及侧面都没有发现明显的锈蚀现象。

2.2弹簧断面分析

弹簧断口边缘在低倍形貌下可以看到一个宽度为3.09mm的半圆形深色区域（箭头所示）。断面低倍形貌如图（3）所示，断面平整，没有明显塑性变形，但可以看到由深色区域起始的放射状条纹。将断口分为A、B、C、D四个区域进行理化分析。

A、B、C、D区微观形貌及断面覆盖物能谱分析结果如下：A、B区存在覆盖物，可见明显的“冰糖状”沿晶形貌，并伴随晶间二次裂纹，A区覆盖物主要成分为铁的氧化物，并存在一定含量的锌及少量硫、硅、铬、锰元素，B区覆盖物除基体元素外，存在一定含量的锌及少量硫元素。C、D区可见明显的准解理形貌，未发现明显的外来元素。

2.3彈簧与固定板U型槽接触面分析

图（4）所示为弹簧断口与固定板U型槽接触面情况。可以看到，半圆形深色断面与U型槽底部相邻（箭头3所示），槽底有着明显的锈蚀现象；弹簧与U型槽的接触面存在大量的锈蚀现象；U型槽（箭头4所示）左侧挡板及槽底存在明显的锈蚀现象，右侧挡板轻微腐蚀，相邻U型槽（箭头5所示）两侧挡板均有明显锈蚀，左侧挡板腐蚀程度较右侧更加严重，槽底没有发现明显的腐蚀痕迹。

对断口附近弹簧表面进行能谱分析，结果显示：腐蚀物中存在大量锌、氧、铁元素与少量硫、氯、镍、硅、钾元素。

3.相、硬度检测及化学分析

对弹簧进行金相检测，确定弹簧表面没有明显折叠、裂纹等不连续性缺陷，也没有明显的脱碳现象，但有明显的腐蚀坑，最大深度达0.1mm，同时有明显的沿晶二次裂纹。弹簧芯部显微组织，为均匀的回火屈氏体，没有异常。对其非金属夹杂物形态进行分析，判定为A类硫化物（细系）0.5级，D类球状氧化物（细系）1级，没有异常。

在失效弹簧断口附近进行硬度梯度试验，结果显示硬度均匀，无异常。采用直读光谱仪对失效弹簧进行化学成分分析，结果显示材质符合“DIN EN 10089-2002”标准中关于51CrV4钢的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 。

4.综合分析

4.1断裂模式分析

从以上检测结果可以看出，弹簧表面不连续性缺陷、脱碳、显微组织、非金属夹杂物、硬度、化学成分等指标均未发现异常。但从断口低倍形貌可以看到边缘处有深度约3mm的半圆形深色区域，并存在由该深色区域起始的放射状条纹，说明该深色区域为断裂起始区。微观形貌显示，断裂起始区有明显的“冰糖状”沿晶形貌，并伴随着晶间二次裂纹。经过能谱扫描，确定断裂起始区腐蚀产物存在氧、硫、锌等元素，与断口附近弹簧表面的腐蚀物元素种类基本一致，说明在裂纹扩展过程中，表面镀层的腐蚀物逐渐地渗入了弹簧内部。

由于升弓弹簧使用过程中始终处于拉伸状态，时刻承受着拉应力作用，而受电弓安装于车顶，直接暴露于自然环境中，工作环境存在着各种腐蚀性介质，同时满足应力条件与介质条件，结合断口微观形貌可以判定，弹簧断裂的原因为应力腐蚀断裂错误！未找到引用源。。

应力腐蚀是 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 内存在超过某临界值的拉力值（此临界值往往远远低于材料的屈服强度）并协同某特定介质环境引起。当材料内存在超过某临界值的拉应力，并且材料又处于特定的腐蚀介质环境中就会产生应力腐蚀。腐蚀介质主要包括高温潮湿环境中的水蒸气、工业废气中的二氧化硫以及沿海地区大气中的氯等。腐蚀过程中，材料先出现微裂纹，再扩展为宏观裂纹，而微裂纹一旦形成，其扩展速度会比其他类型局部腐蚀快得多。应力腐蚀破裂的过程，是金属在应力和环境的共同作用下裂纹的萌生、扩展和最终破裂的三个阶段。

4.2腐蚀成因分析

对弹簧生产装配过程进行检查发现，其表面处理方式为首先进行电泳处理，再与两端固定盘进行装配，之后再喷涂黑色油漆。因此，弹簧与U型槽的接触面只有一层电泳涂层保护，导致接触面更易出现锈蚀，而弹簧喷涂了油漆的部分未出现腐蚀现象。

与弹簧断裂部位接触的U型槽左侧挡板及底部都有明显的锈蚀现象，右侧挡板只有轻微腐蚀，而相邻U型槽两侧挡板均有明显的锈蚀现象，且左侧挡板腐蚀程度较右侧更加严重，但槽底没有明显腐蚀痕迹。据此可以推断，在承受拉力的工作状态下，弹簧向受力一侧移动，导致与U型槽挡板右侧的间隙减小，左侧间隙增大，如图（8）所示。此时外界腐蚀介质（如雨水）通过间隙较大的左侧渗入U型槽内，积聚于槽底，导致腐蚀过程不断进行。

5.结论

从以上的分析中可以得出，弹簧断裂的原因为生产装配过程中，弹簧与固定盘接触面的表面防腐蚀处理措施不足；弹簧在工作过程中长期受到拉力作用，在恶劣工作环境下，接触面出现严重腐蚀而最终导致的应力腐蚀断裂。

由于应力腐蚀涉及到材料、应力状态、腐蚀环境三个方面，因此预防应力腐蚀的途径，可以从以上三方面进行改进错误！未找到引用源。。考虑到弹簧材质、工作状态已经固定，因此优先采取措施降低腐蚀介质的作用，一方面可以改进弹簧和固定盘接触面的表面处理方式，增加保护涂层；另一方面可以采取物理隔离的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，防止腐蚀介质渗入弹簧与U型槽的间隙内。

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