SS4改型机车电流互感器母线安装结构失效分析

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第31卷第3期 
2008年5月20日 
电力机车与城轨车辆 

Electric Locomotives&Mass Transit Vehicles 
V01.31 No.3 

May 20th,2008 

SS4改型机车电流互感器母线 
安装结构失效分析 

贺白涛,刘世杰 
(南车株洲电力机车有限公司,湖南株洲412001) 
摘要:对SS4改型机车电流互感器母线安装结构失效的原因进行了分析,并提出了解决方案,介绍了改造的效果。 
关键词:母线;结构;失效;刚度;分析 
中图分类号:U260.6 文献标识码:B 文章编号:1672—1187(20o8)03-0060—02 

1概述 
在按D版生产的SS4改型机车(SS41010~SS41114) 
中,车顶设备安装中的连接真空主断路器和高压电流互 
感器的母线在固定连接端出现大量断裂的现象。SS4改型 
机车的0版(SS40159~SS40545)和D版中此母线的安装 
结构是一样的,只是母线的尺寸不同。但母线的失效均发 
生在按D版生产的机车上,按0版生产的机车没有发生 
此类失效现象,而且失效均是在机车运行过程中发生的。 
通过对母线失效(断裂)的实际情况进行分析,此结构在 
静力状态下是满足要求的,引起失效的原因主要是在动 
力状态下结构的刚度变化使结构振动的频率和振幅发生 
变化,使材料因为达到疲劳极限而失效(断裂),下面通过 
对这两种结构的刚度比较进行验证。 

2母线结构失效分析及验证 
SS4改型机车车顶设备安装中的连接真空主断路器 
和高压电流互感器母线安装结构及其简化模型见图1。 

x 悬臂梁模型的臂长(母线中心至支点的垂直距离);L ,L2_母 
线 、y轴方向的长度;G-一梁的重心位置;G G,・母线的重心坐标。 
图1母线安装结构及其简化模型 

收稿13期:2007—12—14 
—6O一 

电流互感器母线安装结构是一个两端固定的简支梁 
和一个悬臂梁两部分的组合,为了简化计算,对两端固定 
的简支梁状态,可以认为它是可以满足母线安装的安全 
要求的,这里只通过计算悬臂梁这部分的刚度变化来验 
证此种母线安装结构的失效原因。母线结构的悬臂梁模 
型如图2所示。 

图2母线结构的悬臂梁模型 
在0版中,Ll=452mm, =522mm;D版中,Ll=794mm, 
L2=668mm。 
梁的材料是相同而且均匀的,假设其单位重力为P, 
母线的重力F=PL。+ ,按图1可以列出以下方程: 
FG =PLl2/2+咒l 2 
FG ;PL }2+PL、L2 
根据以上方程求出梁的重心G的位置: 

G = ,Gy= 
令a=X/—G2+(L—2-G,)2,6=、/ : ,c , 
则、/ +、 =c 
得出: 


、/ 芋 

通过计算可以得出:0版中,X。=170.74 mm;D版中, 
Xo=255.65 mm。 
对于等截面悬臂梁,其刚度 = 3 ̄r d4
广


其中d为材 

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贺白涛等・SS4改型机车电流互感器母线安装结构失效分析・2008年第3期 
料的截面直径,E为弹性模量,z为力臂(在此处为 )。 
根据刚度K的计算公式,因为E和d均相同,所以D 
版和0版电流互感器母线安装结构的刚度 和 之比 
n为: 

n= 
KD

筹=0.297 9 

由此可以看出,D版结构的刚度 仅为0版结构的 
刚度 的0.297 9,此为电流互感器母线安装结构失效 
(断裂)的主要原因。 

3解决方案 
通过以上分析,要解决真空主断路器和高压电流互 
感器的连接母线失效(断裂)的问题,主要是要减小 。最 
终的解决方案是通过对原来的安装结构进行以下改进, 
使 减小到50 mm,以提高母线安装结构的刚度。当然其 
它可以提高母线安装结构刚度的结构改进同样是可以采 

图3母线安装的改进结构 
效结构的SS4改型机车均已经安装此方案完成了改造, 
没有再发现失效的问题。 
通过这次失效分析,使我们更加意识到,在设计过程 
中必须充分考虑每一个细节。同样的结构,只是一个或几 
个比较关键的尺寸发生变化,整个结构的性能可能会发 
生质的变化,从而影响我们设计的正确性。 
用的。改进后的母线安装结构示意如图3所示。 
参考文献: 
4结束语 
【l J徐灏.机械设计手册[M】.北京:机械工业出版社,1991. 
根据以上方案先对部分机车进行试改造后,效果良 l2】张有松,朱龙驹.韶山4型电力机车【M】.北京冲国铁道出版社, 

好,能够完全解决母线失效的问题。现在所有采用原来失 1998. 


址 .址 
(上接第59页) 导致控制盒内部压降增大,输出 
电压低,达不到LCU被驱动电压为105~115 V的要求, 
所以不能驱动LCU装置输入回路的光电耦合器,造成 
LCU装置没有主断路器“合”的输出信号。 

3故障处理的方法 
如图3所示,主断“合”线圈QF1是当输入电压在 
105~115 V范围内吸合,我们将原427f直接接在482线 
上,即自动过分相装置主断路器“合”信号不再经过LCU 
装置,而直接控制主断路器。通过我们测量427f线有105 


115V电压输出,也符合主断“合”线圈的吸合条件,从 
而排除故障。 
我段从2007年6月开始对49台SS7c型机车采取上 
述方法进行改造,7月份改造完成,8、9、10月份就再没有 

图3 自动过分相装置接线电路改进 
此故障发生,取得极好效果。 
参考文献: 
[1】谢步明.韶山7C型电力机车[M】.北京:中国铁道出版社,2000. 
[2】高玉奎.电工常用电子技术入门[M】.北京:中国电力出版社,2006. 


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