胡方阳

(南京地铁运营有限责任公司，210012，南京//工程师)

南京地铁10号线是南京首条过江地铁线路，于2014年7月开通运营。10号线列车为A型车6节编组(A-B-C=C-B-A编组)，车辆由中车南京浦镇车辆有限公司(以下简称“浦镇车辆厂”)设计生产，列车牵引系统采用法国ALSTOM方案，制动系统采用德国克诺尔EP 2002方案。

2016年以来，在例行检修时，陆续发现了多起10号线车辆制动风缸挡铁断裂故障(见图1)，该故障使正线运营存在较大的安全隐患。

1 故障分析

1.1 受力分析

断裂挡铁的材质为SUS304不锈钢，主要承受紧固螺栓的压力。其受力模型可以简化为一个超静定梁中心受螺栓集中压力作用且挡铁长期受弯矩作用下发生的屈服断裂。紧固螺栓规格为A2-70(M10)，查阅ISO 261—1998、ISO 4014—1999、ISO 4017—1999、DIN EN 20273 —1992等相关标准，通过计算可知螺栓的扭矩为34 Nm,拧紧力为20.8 kN。

a) 故障实物图1

b) 故障实物图2图1 南京地铁10号线车辆风缸挡铁断裂故障

1.2 仿真与强度校核

根据现有挡铁的相关尺寸，利用有限元分析软件Nastran建立有限元模型，并使用四面体单元进行网格划分。挡铁的约束位置为挡铁外圆弧表面(全约束)，用来模拟风缸铁箍对挡铁的固定作用；载荷加载方向为沿螺栓紧固方向，范围为螺母对垫片的接触部位(总作用力20.8 kN)，如图2所示。

图2 车辆风缸挡铁模型约束与载荷施加

弹塑性材料适用第四强度理论，即形状改变能理论，使用Von_mises应力进行强度校核。计算结果显示，挡铁最大的Von_mises应力为315.1 MPa，发生在挡铁中心空圆弧处，并与实际断裂位置吻合，如图3所示。断裂挡铁的材质为SUS304不锈钢，其屈服强度为205 MPa，抗拉强度为520 MPa。……