趙海洋,袁 遠(yuǎn),花思明
(中鐵建電氣化局集團(tuán) 康遠(yuǎn)新材料有限公司,泰州 ２１４５２１)
摘 要:借助反復(fù)彎曲試驗(yàn)機(jī),測試了銅鎂合金接觸線反復(fù)彎曲壽命,分析了夾緊力和夾具型式對接觸線反復(fù)彎曲壽命試驗(yàn)結(jié)果的影響.結(jié)果表明:在反復(fù)彎曲試驗(yàn)過程中,夾緊力對接觸線反復(fù)彎曲壽命的影響明顯,接觸線反復(fù)彎曲壽命隨夾緊力的增大先增加后穩(wěn)定;而夾具型式對接觸線反復(fù)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(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性.
關(guān)鍵詞:接觸線;反復(fù)彎曲壽命;夾緊力;夾具
中圖分類號:U２２５．４＋１ 文獻(xiàn)標(biāo)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(yùn)行速率的不斷提高和高速鐵路的發(fā)展與進(jìn)步,高鐵產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高.接觸線作為供電系統(tǒng)的核心產(chǎn)品,其質(zhì)量對高鐵運(yùn)行的安全可靠具有決定性作用.反復(fù)彎曲壽命是考核接觸線性能合格與否的重要指標(biāo)之一.
在檢測過程中,接觸線反復(fù)彎曲壽命試驗(yàn)結(jié)果的影響因素有很多,除接觸線本身力學(xué)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(yīng)宏等在文獻(xiàn)[１]中指出:支輥半徑對金屬線材彎曲次數(shù)有重大影響,兩者呈近似冪指數(shù)關(guān)系;隨著支輥半徑的增大,反復(fù)彎曲次數(shù)會(huì)明顯增加.楊廣英等[２]研究發(fā)現(xiàn):在規(guī)定的范圍內(nèi),試驗(yàn)速率對銅及銅合金接觸線的反復(fù)彎曲試驗(yàn)結(jié)果幾乎沒有影響;反彎曲次數(shù)隨試樣橫截面積、抗拉強(qiáng)度的增加而減少.向前等[３]研究發(fā)現(xiàn),晶粒位向?qū)θ∠螂姽や摰姆磸?fù)彎曲次數(shù)影響較大.吳澎等[４]指出,通過對試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行改進(jìn),可以消除由于張緊力不一致對鋼絲反復(fù)彎曲試驗(yàn)次數(shù)產(chǎn)生的影響.仁興堂[５]提出,接觸線反復(fù)彎曲的試驗(yàn)速率為 ３０ 次??min－１ 較 為 合適,同時(shí)也指出夾緊力下降會(huì)造成彎曲點(diǎn)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(fù)彎曲壽命試驗(yàn)結(jié)果的影響,筆者采用不同的夾緊力和夾具進(jìn)行對比試驗(yàn),以獲得更加穩(wěn)定、可靠的反復(fù)彎曲壽命.
１ 試驗(yàn)材料與方法
１．１ 試驗(yàn)材料
為避免反復(fù)彎曲試驗(yàn)中試樣本身性能離散帶來的影響,試驗(yàn)采用中鐵建電氣化局集團(tuán)康遠(yuǎn)新材料有限公司同一生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的 CTMH１５０ 銅鎂合金接觸線.同時(shí),取樣時(shí)確保試樣不受到拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲或其他機(jī)械損傷.其中３個(gè) CTMH１５０銅鎂合金試樣的化學(xué)成分和機(jī)電性能分別如表１~２所示.
１．２ 試驗(yàn)方法
反復(fù)彎曲試驗(yàn)采用北京遠(yuǎn)航鐵路專用器材有限公司制造的 DDWZJＧⅡ型接觸線電動(dòng)反復(fù)彎折試驗(yàn)機(jī).依據(jù) GB/T４９０９．５－２００９«裸電線試驗(yàn)方法 第５部 分:彎 曲 試 驗(yàn) 反 復(fù) 彎 曲»[６]和 OCSＧ３－２００９«３００~３５０km/h電氣化鐵路接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件»[７]進(jìn)行試驗(yàn),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(yàn)時(shí),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(jì)為１次,試驗(yàn)過程中仔細(xì)觀察彎曲點(diǎn),試樣徹底斷開時(shí)的次數(shù)為斷開次數(shù).設(shè)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(gè)扭矩下測試５根銅鎂合金接觸線的反復(fù)彎曲壽命,記錄試樣的斷開次數(shù)和試樣夾持位置上移距離.根據(jù)前面７個(gè)夾緊力試驗(yàn)結(jié)果選擇兩個(gè)合適的夾緊
１．２ 試驗(yàn)方法
反復(fù)彎曲試驗(yàn)采用北京遠(yuǎn)航鐵路專用器材有限公司制造的 DDWZJＧⅡ型接觸線電動(dòng)反復(fù)彎折試驗(yàn)機(jī).依據(jù) GB/T４９０９．５－２００９«裸電線試驗(yàn)方法 第５部 分:彎 曲 試 驗(yàn) 反 復(fù) 彎 曲»[６]和 OCSＧ３－２００９«３００~３５０km/h電氣化鐵路接觸網(wǎng)裝備暫行技術(shù)條件»[７]進(jìn)行試驗(yàn),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(yàn)時(shí),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(jì)為１次,試驗(yàn)過程中仔細(xì)觀察彎曲點(diǎn),試樣徹底斷開時(shí)的次數(shù)為斷開次數(shù).設(shè)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(gè)扭矩下測試５根銅鎂合金接觸線的反復(fù)彎曲壽命,記錄試樣的斷開次數(shù)和試樣夾持位置上移距離.根據(jù)前面７個(gè)夾緊力試驗(yàn)結(jié)果選擇兩個(gè)合適的夾緊力,一個(gè)低值(３０N??m),一個(gè)高值(５０N??m);配合兩種不同夾具 (光面和帶槽,見圖１),設(shè)計(jì)兩因子兩水平正交試驗(yàn),每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)８次,記錄斷開次數(shù)并觀察試樣的斷裂情況.最后采用 Sirion２００型場發(fā)射掃描電鏡對反復(fù)彎曲斷口形貌進(jìn)行觀察.
２ 試驗(yàn)結(jié)果
不同扭矩下試樣斷開次數(shù)和上移距離試驗(yàn)結(jié)果如表３~４所示,二水平二因子正交試驗(yàn)結(jié)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(fù)彎曲斷開次數(shù)逐漸增加,由１０N??m 時(shí)的７．８次增加到８０N??m 時(shí)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(shí) 的２．１８cm 減 小 到８０N??m時(shí)的０．１８cm.圖２為不同夾緊力下斷開次數(shù)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(dòng)距離越小,當(dāng)夾緊力大于５０N??m 時(shí),夾持位置上移距離變化較小,基本保持穩(wěn)定;隨著夾緊力的增大,試樣的反復(fù)彎曲斷開次數(shù)增大,當(dāng)夾緊力大于５０N??m 時(shí),試樣反復(fù) 彎 曲 斷 開 次 數(shù) 達(dá) 到 １０．７次,而后保持穩(wěn)定.這說明夾緊力大于５０N??m 時(shí),在反復(fù)彎曲試驗(yàn)過程中,帶槽夾具能較好地夾緊試樣,且能保證試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性.圖３為二水平二因子正交試驗(yàn)因子效果圖.從圖３(a)可以看出,因子 A(夾緊力)對響應(yīng)變量斷開次數(shù)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(shí),反復(fù)彎曲斷開次數(shù)變化明顯;因子 B(夾具)為光面時(shí),斷開次數(shù)較夾具為帶槽時(shí)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(shù).
對反復(fù)彎曲試驗(yàn)后的試樣斷口進(jìn)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(xiàn)韌性斷裂特征,另一半呈現(xiàn)脆性斷裂特征.試樣的韌性斷裂部位呈現(xiàn)拉伸撕裂型伸長韌窩,見圖４(b),這是由于試件在反復(fù)彎曲時(shí),受拉伸和彎曲復(fù)合加載,試樣內(nèi)力學(xué)微孔沿垂直拉伸應(yīng)力軸線方向擴(kuò)張直至被撕開,試件斷裂后微孔在斷口上呈現(xiàn)拋物線形韌窩,拋物線尖端背向裂紋起始點(diǎn).而脆性斷裂部位呈準(zhǔn)解理斷裂特征,這是由于試樣承載面積減少,出現(xiàn)應(yīng)力集中、超載的情況.試樣反復(fù)彎曲時(shí)的移動(dòng)會(huì)使原彎曲點(diǎn)的彎曲幅度增大,彎曲半徑減小,出現(xiàn)變形不均勻的現(xiàn)象,導(dǎo)致應(yīng)力集中增大,裂紋加速擴(kuò)展,反復(fù)彎曲性能降低,如圖５所示.
４ 結(jié)論
(１)夾緊力對接觸線反復(fù)彎曲斷開次數(shù)的影響較為顯著,接觸線反復(fù)彎曲斷開次數(shù)隨著夾緊力的增大而增加.
(２)在反復(fù)彎曲試驗(yàn)過程中,相對于夾緊力來說,夾具型式對試樣的反復(fù)彎曲斷開次數(shù)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(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性.
(３)GB/T４９０９．５－２００９未對反復(fù)彎曲試驗(yàn)的夾緊力進(jìn)行規(guī)定,人工夾緊方式夾緊力較低且不穩(wěn)定,對反復(fù)彎曲斷開次數(shù)會(huì)有較大影響,試驗(yàn)結(jié)果難以作為判定產(chǎn)品合格與否的依據(jù),建議修改.
(材料與測試網(wǎng)-理化檢驗(yàn)－物理分冊>53卷>3期(pp:161-164))