分享：接觸線反復彎曲壽命試驗結果的影響因素

趙海洋,袁 遠,花思明

(中鐵建電氣化局集團 康遠新材料有限公司,泰州 ２１４５２１)

     摘 要:借助反復彎曲試驗機,測試了銅鎂合金接觸線反復彎曲壽命,分析了夾緊力和夾具型式對接觸線反復彎曲壽命試驗結果的影響.結果表明:在反復彎曲試驗過程中,夾緊力對接觸線反復彎曲壽命的影響明顯,接觸線反復彎曲壽命隨夾緊力的增大先增加后穩定;而夾具型式對接觸線反復彎曲壽命的影響較小,與光面夾具相比,帶槽夾具能更好地保證試驗結果的穩定性和可靠性.

   關鍵詞:接觸線;反復彎曲壽命;夾緊力;夾具

中圖分類號:U２２５．４＋１ 文獻標志碼:A 文章編號:１００１Ｇ４０１２(２０１７)０３Ｇ０１６１Ｇ０４

InfluenceFactorsofTestingResultsofRepeatedBending

LifeforContactWires

ZHAOHaiＧyang,YUANYuan,HUASiＧming

(KangyuanNew MaterialCo．,Ltd．,ChinaRailwayConstructionElectrificationBureauGroup,Taizhou２１４５２１,China)

     Abstract:TherepeatedbendinglifeofCuＧMgalloycontactwireswasinvestigatedbytherepeatedbending

tester,andtheeffectoftheclampingforceandfixtureblocktypeonthetestingresultsofrepeatedbendinglifeof

contractwireswasanalyzed．Theresultsshowthat:duringrepeatedbendinglifetests,theclampingforcehad

obviousinfluenceontherepeatedbendinglifeofcontactwires,andthebendinglifeofcontactwiresincreasedand

theninclinedtostablevaluewiththeincreaseofclampingforce;thetypeoffixtureblockshadtheinconspicuous

influenceontherepeatedbendinglife;compared withsmoothfixtureblocks,experimentaldatadetectedbythe

bendingtesterweremorestableandreliablewhencontactwireswereclampedbygroovefixtureblocks．

Keywords:contractwire;repeatedbendinglife;clampingforce;fixtureblock

    隨著列車運行速率的不斷提高和高速鐵路的發展與進步,高鐵產品的質量要求也越來越高.接觸線作為供電系統的核心產品,其質量對高鐵運行的安全可靠具有決定性作用.反復彎曲壽命是考核接觸線性能合格與否的重要指標之一.

在檢測過程中,接觸線反復彎曲壽命試驗結果的影響因素有很多,除接觸線本身力學性能的影響

外還有很多外在因素.夾具、試樣夾緊力、彎曲速率、彎曲半徑、拉緊力、夾持面和彎曲圓弧半徑的間隙、撥桿孔直徑、撥桿底面到彎曲圓弧頂部的距離、彎曲角度等因素對彎曲壽命都有不同程度的影響.

凃應宏等在文獻[１]中指出:支輥半徑對金屬線材彎曲次數有重大影響,兩者呈近似冪指數關系;隨著支輥半徑的增大,反復彎曲次數會明顯增加.楊廣英等[２]研究發現:在規定的范圍內,試驗速率對銅及銅合金接觸線的反復彎曲試驗結果幾乎沒有影響;反彎曲次數隨試樣橫截面積、抗拉強度的增加而減少.向前等[３]研究發現,晶粒位向對取向電工鋼的反復彎曲次數影響較大.吳澎等[４]指出,通過對試驗機進行改進,可以消除由于張緊力不一致對鋼絲反復彎曲試驗次數產生的影響.仁興堂[５]提出,接觸線反復彎曲的試驗速率為 ３０ 次??min－１ 較 為 合適,同時也指出夾緊力下降會造成彎曲點變化,使用

帶齒夾具能夠解決試樣上竄的問題.為研究夾緊力和夾具對接觸線反復彎曲壽命試驗結果的影響,筆者采用不同的夾緊力和夾具進行對比試驗,以獲得更加穩定、可靠的反復彎曲壽命.

１ 試驗材料與方法

１．１ 試驗材料

    為避免反復彎曲試驗中試樣本身性能離散帶來的影響,試驗采用中鐵建電氣化局集團康遠新材料有限公司同一生產工藝生產的 CTMH１５０ 銅鎂合金接觸線.同時,取樣時確保試樣不受到拉伸、扭轉、彎曲或其他機械損傷.其中３個 CTMH１５０銅鎂合金試樣的化學成分和機電性能分別如表１~２所示.

１．２ 試驗方法

    反復彎曲試驗采用北京遠航鐵路專用器材有限公司制造的 DDWZJＧⅡ型接觸線電動反復彎折試驗機.依據 GB/T４９０９．５－２００９«裸電線試驗方法 第５部 分:彎 曲 試 驗 反 復 彎 曲»[６]和 OCSＧ３－２００９«３００~３５０km/h電氣化鐵路接觸網裝備暫行技術條件»[７]進行試驗,彎曲速率為３０次??min－１,彎曲圓柱半徑r 為(３０±０．１)mm,彎曲圓柱頂部至撥桿底部距 離 h 為 １２５ mm,撥 桿 孔 直 徑 d 為d(a)＋１．０mm[d(a)為試樣直徑].試驗時,以試樣從中

心位置(垂直水平面)向右彎曲９０°到再次回到中心位置計為１次,試驗過程中仔細觀察彎曲點,試樣徹底斷開時的次數為斷開次數.設定扭矩扳手的扭矩為１０,２０,３０,４０,５０,７０,８０N??m,對試樣提供夾緊力,選擇夾具為槽夾具,在每個扭矩下測試５根銅鎂合金接觸線的反復彎曲壽命,記錄試樣的斷開次數和試樣夾持位置上移距離.根據前面７個夾緊力試驗結果選擇兩個合適的夾緊

１．２ 試驗方法

     反復彎曲試驗采用北京遠航鐵路專用器材有限公司制造的 DDWZJＧⅡ型接觸線電動反復彎折試驗機.依據 GB/T４９０９．５－２００９«裸電線試驗方法 第５部 分:彎 曲 試 驗 反 復 彎 曲»[６]和 OCSＧ３－２００９«３００~３５０km/h電氣化鐵路接觸網裝備暫行技術條件»[７]進行試驗,彎曲速率為３０次??min－１,彎曲圓柱半徑r 為(３０±０．１)mm,彎曲圓柱頂部至撥桿底部距 離 h 為 １２５ mm,撥 桿 孔 直 徑 d 為d(a)＋１．０mm[d(a)為試樣直徑].試驗時,以試樣從中心位置(垂直水平面)向右彎曲９０°到再次回到中心位置計為１次,試驗過程中仔細觀察彎曲點,試樣徹底斷開時的次數為斷開次數.設定扭矩扳手的扭矩為１０,２０,３０,４０,５０,７０,８０N??m,對試樣提供夾緊力,選擇夾具為槽夾具,在每個扭矩下測試５根銅鎂合金接觸線的反復彎曲壽命,記錄試樣的斷開次數和試樣夾持位置上移距離.根據前面７個夾緊力試驗結果選擇兩個合適的夾緊力,一個低值(３０N??m),一個高值(５０N??m);配合兩種不同夾具 (光面和帶槽,見圖１),設計兩因子兩水平正交試驗,每個試驗重復８次,記錄斷開次數并觀察試樣的斷裂情況.最后采用 Sirion２００型場發射掃描電鏡對反復彎曲斷口形貌進行觀察.

２ 試驗結果

     不同扭矩下試樣斷開次數和上移距離試驗結果如表３~４所示,二水平二因子正交試驗結果如表５所示.

３ 分析與討論

      由 表３可見,隨著夾緊力的增加,試樣的反復彎曲斷開次數逐漸增加,由１０N??m 時的７．８次增加到８０N??m 時的１０．８次.由表４可見,夾緊力對試樣夾持位置的上移距離有較大影響,隨著夾緊力的增加,夾持位置上移距離逐 漸 減 小,由 １０ N??m 時 的２．１８cm 減 小 到８０N??m時的０．１８cm.圖２為不同夾緊力下斷開次數與試樣夾持位置上移距離的曲線,可以看出夾緊力越大,試樣的夾持位置移動距離越小,當夾緊力大于５０N??m 時,夾持位置上移距離變化較小,基本保持穩定;隨著夾緊力的增大,試樣的反復彎曲斷開次數增大,當夾緊力大于５０N??m 時,試樣反復 彎 曲 斷 開 次 數 達 到 １０．７次,而后保持穩定.這說明夾緊力大于５０N??m 時,在反復彎曲試驗過程中,帶槽夾具能較好地夾緊試樣,且能保證試驗結果的穩定性和可靠性.圖３為二水平二因子正交試驗因子效果圖.從圖３(a)可以看出,因子 A(夾緊力)對響應變量斷開次數的影響比因子 B(夾具)要顯著,因子 A(夾緊力)從３０N??m 到５０N??m 變化時,反復彎曲斷開次數變化明顯;因子 B(夾具)為光面時,斷開次數較夾具為帶槽時的要大.從圖 ３(b)可以看出,因子 A(夾緊力)和因子 B(夾具)之間存在交互作用.具體來說,不 論 夾 具 為 光 面 夾 具 還 是 帶 槽 夾 具,使 用５０N??m均能保證較高的斷開次數.

    對反復彎曲試驗后的試樣斷口進行掃描電鏡觀察,形貌如圖４所示.由圖４可見,CTMH１５０銅鎂合金接觸線的斷口有一半呈現韌性斷裂特征,另一半呈現脆性斷裂特征.試樣的韌性斷裂部位呈現拉伸撕裂型伸長韌窩,見圖４(b),這是由于試件在反復彎曲時,受拉伸和彎曲復合加載,試樣內力學微孔沿垂直拉伸應力軸線方向擴張直至被撕開,試件斷裂后微孔在斷口上呈現拋物線形韌窩,拋物線尖端背向裂紋起始點.而脆性斷裂部位呈準解理斷裂特征,這是由于試樣承載面積減少,出現應力集中、超載的情況.試樣反復彎曲時的移動會使原彎曲點的彎曲幅度增大,彎曲半徑減小,出現變形不均勻的現象,導致應力集中增大,裂紋加速擴展,反復彎曲性能降低,如圖５所示.

４ 結論

    (１)夾緊力對接觸線反復彎曲斷開次數的影響較為顯著,接觸線反復彎曲斷開次數隨著夾緊力的增大而增加.

    (２)在反復彎曲試驗過程中,相對于夾緊力來說,夾具型式對試樣的反復彎曲斷開次數的影響相對較小.與光面夾具相比,帶槽夾具能更好地保證試驗結果的穩定性和可靠性.

     (３)GB/T４９０９．５－２００９未對反復彎曲試驗的夾緊力進行規定,人工夾緊方式夾緊力較低且不穩定,對反復彎曲斷開次數會有較大影響,試驗結果難以作為判定產品合格與否的依據,建議修改.

( 材料與測試網-理化檢驗－物理分冊 > 53卷 > 3期 (pp:161-164))