接触网作业车箱体梁构架振动时效处理

接触网作业车的构架为箱体梁结构件，属于大型构件，主要是通过焊接组成。在焊接过程中构架会产生焊接残余应力，而焊接残余应力会影响构件的尺寸稳定性，进而影响整车的稳定性。生产厂家为解决焊接残余应力的问题找到聚航科技，希望我们能够提供解决方法。通过双方商讨后，决定采用振动时效工艺消除残余应力，并通过对比振前、振后残余应力值，分析振动时效的可行性和实用性。

振动时效工艺的制定

振动时效的工作原理是以振动的形式将负载作用在工件上，当施加的外载荷应力和焊接残余应力的叠加数值超过工件材料的理论屈服极限时，工件发生塑形变形，其焊接残余应力得到降低并均化。

本次试验车型为W型接触网作业车，试件是转向架；质量为1610kg；外形尺寸为3440mm*2176mm*789mm。

试验设备采用聚航科技生产的JH-600A液晶交流振动时效设备，采用高速变频伺服电机，时效效果稳定可靠，更有残余应力动态跟踪功能，时效效果可达60%。

振动时效基本工艺参数

1. 振动频率的选择：金属构件因其固有特性，具有几种不同振型的共振频率。振动频率由构件最终的形状、质量及构件的材质和结构刚性等因素决定。选取共振频率时，在振前全频扫描曲线中选取加速度范围，在5g-20g之内的一个峰值作为振动频率处理。

2. 振动时间的确定：根据构架的重量、材质，通过多次试验确定45min是zui佳振动时间。

3. 支撑点的选择：用4个橡胶垫支撑在工件的波节处，距侧梁端部800mm，左右位置以侧梁边缘为基准，距离相同。

4. 激振器的安装位置：对称的金属构件的安装位置一般选择在工件的中心或重心位置，因此，构件激振器的安装位置选择在侧梁中间部位，这也是波峰位置。根据shou次振动时效对激振器的偏心角度进行调整，确认角度为5°。

5. 加速度传感器的安装位置：将加速度传感器安装在侧梁纵向中心线上距测量端部约350mm位置处，远离激振器的波峰位置。

振动时效工艺流程

根据作业车构架振动时效的特点，设计了试验工艺流程：开工前准备，振动时效过程、振动时效结果判定，保存扫频曲线和结果，现场整理。

振动时效过程中应注意，激振器的安装部位必须保证平整，如果不平整可考虑用手工打磨或更换其他平整的位置装夹，所有电缆不能与构架直接接触，为防止电缆损伤应垫有胶皮，振动频率应在5g-20g加速度范围内选择1-4个峰值进行振动时效处理。通过对比振前、振后的参数曲线，如存在下述情况之一时，可以认为该时效效果合格：一是a-t曲线上升后变平；二是a-t曲线上升后下降然后变平；三是振后a-n曲线加速度峰值比振前升高；四是振后a-n曲线的共振频率比振前降低；五是振后a-n曲线的带宽比振前变窄；六是振后a-n曲线的共振峰有裂变现象发生；七是n-t曲线下降后变平。根据设备型号和现场实际试验总结选定振后a-n曲线加速度峰值比振前提升、振后a-n曲线的共振频率比振前下降为作业车构架振动时效判定依据。

振动时效效果评价

构架的共振频率振后比振前降低，振动加速度值振后比振前升高，因为残余应力与构架的刚度、固有频率成正比，当残余应力降低和均化后，刚度降低，固有频率降低，阻尼减少使加速度值上升。选取振后和振前相近的频率值对应的加速度进行比较，用振后、振前相差不大于100r/min频率作为对比点，比较加速度值。当升高值不小于0.1g时即可认为升高，可以判定振动时效结果合格。1号共振峰满足对比点，振后频率5951r/min，振前频率5955r/min，降低4r/min，振后加速度值为6.6g，振前加速度为6.1g，升高值为0.4r/min。通过扫频曲线振后振前的对比图，可以确定振动时效处理后的构架达到工艺效果。

依据振动时效的判定依据，处理结果合格，但由于没有具体残余应力数值，不能直观评价残余应力的降低范围，故对该构架进行残余应力测试。

使用JH-30残余应力检测仪对构架振后和振前进行残余应力测试，从数据上可看出振后和振前应力得到了有效降低，下降率平均为60%，振动时效对构架内部焊接残余应力的减少或均化效果显著。

结论

通过以上试验证明振动时效工艺可有效的消除接触网作业车构件的焊接残余应力，保证了构件的强度和使用寿命，进而保证了作业车构架机械质量以及整车的稳定性。