轨道交通电气屏柜铝合金柜体的焊接、铆接工艺
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作者: 谭鹏
[摘 要]轨道交通电气屏柜是列车主辅逆变器的重要组成部分，也是列车轻量化设计的主要任务之一。笔者就对轨道交通电气屏柜中的铝合金柜体的焊接、铆接工艺存在的问题进行了分析探讨。
[关键词]轨道交通 电气屏柜 焊接铆接
中图分类号：TU126 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0036-01
引言
轨道交通电气屏柜主要采用铝合金柜体的焊接与铆接工艺。利用焊接、铆接工艺，铝合金柜体可以相互连接形成稳固的轨道交通电气屏柜，从而发挥保护电气设备稳定运行的作用。
1.电气屏柜结构设计
机车电气屏柜系指由各种电气设备按机车主电路、辅助电路、控制电路及信号照明电路要求装配并进行电气连接而动作的组件。主要有供电柜、电源柜、信号柜、高压电气柜、低压电气柜、变流器柜、牵引风机柜、冷却器柜、风源柜、空气压缩机的载体等，其重要性不言而喻，下面我们来看一看电气屏柜结构设计。
1.1 强度的要求
电气屏柜的强度要求一直都很高，因为屏柜一方面需要承受自重及其所安装设备的重力，另一方面由于线路不平顺和机车的加减速，机车运行过程中不断地受到轮轨冲击载荷的作用，导致安装于车体底架上的屏柜也不断地受到冲击载荷的作用，并且冲击载荷有时远大于静载荷。有些屏柜如牵引风机柜还装载了电动机和风机等旋转机电设备，电动机转子和风机叶轮的质量偏心会给牵引风机柜施加动载荷，同时风机的风流也会对牵引风机柜施加静压力和动压力。如果电气屏柜的强度稍有不符，最终就会导致整个机车的工作系统瘫痪，后果不堪设想。因此，只有拥有高强度的电气屏柜才能够适应这种工作环境。同时，对于需要装载电动机和风机等旋转机电设备的屏柜，要求提高电动机转子和风机叶轮的静平衡和动平衡精度，以减小转子和叶轮质量偏心给屏柜造成的动载荷，同时在设计过程中还要特别考虑风机的风流对屏柜施加的静压力和动压力。
1.2 抗振性的要求
机车进行加速和减速的时候，车体都会发生剧烈的震动，这对车上工作的电子仪器是一个巨大的挑战，因此，用来装这些电子设备的电气屏柜一定要满足抗震性的需求。要使屏柜有好的抗振性能，屏柜应该具有足够的刚度，以提高屏柜的固有频率，从而使屏柜的固有频率远离来自转向架和车体的激振力频率。同时，要防止屏柜产生过大的振动，还可以对屏柜进行隔振，转向架二系悬挂系统就是很重要的隔振系统，隔振系统可以有效地减小振动位移的传递。另外按照相关规定，需要通过试验来验证屏柜在铁路机车车辆正常环境条件下承受振动和冲击的能力。根据这个标准，需要进行的试验有功能性随机振动试验、模拟长寿命试验和冲击试验。
1.3 刚度的要求
在对电气屏柜的刚度要求上，主要包含三个方面，首先屏柜应该具有足够的刚度。虽然对刚度要求没有明确的量化指标，所有电气设备均应牢固地固定在屏柜整体结构、组装结构件、面板或支撑件上，如果屏柜没有足够的刚度，就会由于屏柜的变形而影响设备的安装与正常工作。其次如果屏柜没有具备足够的刚度，可能导致屏柜抗振性能差。另外在设计屏柜时尽量使结构刚度协调，避免在结构中产生刚度突变，从而使结构中产生应力集中，降低结构强度，缩短结构寿命。
2.轨道交通电气屏中的铆接工艺
2.1 铆钉连接主要特点
作为常用的一种固定连接方式，虽然铆接连接存在降低构件强度，容易引起变形，增加结构重量，疲劳强度低等缺点，但是铆接工艺过程简单，连接易于实现自动化，能适应各种不同材质的构件之间的连接，因此铆钉连接在航空’汽车’家电等领域的应用仍然非常广泛。同时铆接相对螺栓联接而言，铆接更为经济、重量更轻，适于自动化安装。但铆接不适于太厚的材料、材料越厚铆接越困难，一般的铆接不适于承受拉力，因为其抗拉强度比抗剪强度低得多。
2.2 铆接分类及其连接形式
按照铆接的用途铆接可以分成普通铆接、密封铆接、特种铆接等。普通铆接工艺过程最为简单，方法成熟，应用最广。密封铆接用于结构要求防比漏气、漏水、漏油的部位，工艺过程比较繁琐，需要敷设密封材料，而且密封材料对施工温度、湿度和环境有较高的要求。特种铆接主要用在结构的主要受力、不开敞、封闭的部位，铆钉结构复杂，制造成本高，应用范围较窄，主要有环槽铆钉、高抗剪铆钉、空心铆钉、抽心铆钉、冠头铆钉等。 同时，根据铆接工具设备的不同铆接可以分成手铆法、锤铆法、压铆法、自动钻铆法。手铆法和锤铆法的工作效率低，铆接质量不稳定，噪音大，工作环境差。铆钉是一种分散的连接方式，在传递局部载荷时容易形成应力集中从而加速疲劳损坏。铆接过程中在铆钉孔周围产生的残余应力可有效提高铆接结构的疲劳寿命。铆钉连接是严格按照工艺流程进行的一种连接方式，随着铆接技术的发展以及铆接自动化的应用使得铆接过程具有很高的一致性，使得在设计阶段考虑残余应力对疲劳损坏的影响成为了可能。因此了解铆接残余应力和工艺参数之问的关系，使得铆钉孔的残余应力均匀分布具有十分重要的意义。
2.3 铆钉连接结构的应用
铆接结构设计时，通常是根据承载情况及具体要求，按铆接规范选择铆缝形式，确定有关结构参数、铆钉直径和数量。因此，在进行轨道电气屏柜而定连接的时候，应事先进行相关参数的确定，然后设计出最为合理的铆钉链接结构，然后再施工阶段按照结构设计进行施工，以求达到最佳的施工效果。
3.轨道铝合金柜体的加工
轨道铝合金柜体主要材质是铝合金，而这种材料与钢铁材料相比，由于铝及其合金具有独特的物理化学性能，因此在焊接过程中存在一系列特点，具体表现在以下几个方面：熔化温度和热容量较低，纯铝的熔点为660℃，铝合金的熔化温度随合金的种类不同而不同，其范围在530-650℃之间，都比钢和铜的熔点低，所以容易熔化。铝及其合金熔体很容易吸收气体，溶解于焊接接头中的氢气来源于焊接火焰、电弧气氛、熔剂、基体金属和填加金属表面的污染、与氧化膜同时存在的水分和大气中的潮气等。铝和氧的亲和力很大，铝容易和氧化合，即使在空气中短时间存放也会生成一层很薄的膜。目前用于轨道铝合金柜体的焊接方法主要有：惰性气体保护焊、焊条电弧焊、气焊、激光焊、电阻焊、钎焊、摩擦焊等，其中摩擦焊是目前较先进的焊接方法。
4.结语
从上面的文章中，我们可以看出轨道交通电气屏柜，对于轨道列车的重要性。一旦要是该电气屏柜出现些小问题，很有可能就会对整个列车的运行系统产生影响。因此，在进行轨道交通电气屏柜的设计的时候，一定要按照规范进行操作，尽最大可能性的保障电气屏柜的质量。因为，该电气屏柜是需要进行焊接的，因此，也一定要注重焊接、和铆接工作，不要让问题出现在这些比较复杂的工艺上，因为，只有这样做，才能确保最终的电气屏柜的质量。
参考文献
[1] TB/T1508-2005，机车电气屏柜技术条件[S].
[2] 中华人民共和国铁道部科技教育司科教装[2001]21号，200 km/h及以上速度级铁道车辆强度设计及试验鉴定暂行规定[S].
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