李迎春

地鐵車輛全自動(dòng)車鉤
大修工藝淺析

李迎春

密接式車鉤是地鐵車輛關(guān)鍵部件之一，其狀態(tài)的可靠性直接影響地鐵運(yùn)營(yíng)的安全。介紹車鉤的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及相關(guān)原理，分析了全自動(dòng)車鉤大修內(nèi)容及工藝流程。通過對(duì)車鉤大修整體性把控，對(duì)車鉤大修難點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)分析。

地鐵車輛；車鉤；大修；工藝淺析

0 前言

南京地鐵1號(hào)線車輛由法國(guó)ALSTOM公司設(shè)計(jì)，南車南京浦鎮(zhèn)車輛廠制造，共20列車，車型為A型車，每列車6輛編組，構(gòu)造速度90 k m/h。南京地鐵1號(hào)線列車均使用Scharfenberg密接式氣液緩沖器車鉤，且每輛車之間由全自動(dòng)車鉤、半自動(dòng)車鉤和半永久性牽引桿這3種基本類型車鉤組成。列車頭尾安裝全自動(dòng)車鉤，單元間用半自動(dòng)車鉤連接，單元內(nèi)車輛間安裝半永久車鉤。所有產(chǎn)品均使用氣液緩沖器（壓縮過程中起作用）和橡膠軸承，拉伸方向無(wú)緩沖，僅有橡膠軸承可以承擔(dān)很小的緩沖作用。其中全自動(dòng)車鉤和半永久車鉤帶有剪切銷。不同類型的車鉤使用位置可表示為：

其中：A表示帶司機(jī)室的頭車，B為帶受電弓的動(dòng)車，C為中間動(dòng)車；“-”表示全自動(dòng)車鉤；“+”表示半永久性牽引桿；“=”表示半自動(dòng)車鉤。

密接式車鉤廣泛應(yīng)用于高速鐵路、地鐵列車上。全自動(dòng)車鉤可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、氣路、電路的自動(dòng)連接。半自動(dòng)車鉤的機(jī)械、氣路連接結(jié)構(gòu)與作用原理與全自動(dòng)車鉤相同，但是電路需要人工手動(dòng)連接。半永久車鉤的機(jī)械、氣路、電路連接都需要人工手動(dòng)操作，一般在車間維修時(shí)才進(jìn)行分解。其中連掛系統(tǒng)是整套設(shè)備的關(guān)鍵[1]。

設(shè)置于地鐵列車端部的全自動(dòng)車鉤在兩列車連掛、正線救援以及車輛段調(diào)車作業(yè)時(shí)發(fā)揮著重要作用。此外，全自動(dòng)車鉤結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，基本能代表整列車車鉤大修的內(nèi)容。本文主要對(duì)全自動(dòng)車鉤進(jìn)行大修分析。

1 全自動(dòng)車鉤

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

全自動(dòng)車鉤主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 全自動(dòng)車鉤結(jié)構(gòu)

全自動(dòng)車鉤為模塊化設(shè)計(jì)，可分為機(jī)械鉤頭、鉤身和鉤尾座。鉤頭與鉤身通過卡環(huán)連接，而鉤身與鉤尾座通過銷軸及支撐框架連接。全自動(dòng)車鉤結(jié)構(gòu)見圖1。

表1 全自動(dòng)車鉤主要技術(shù)參數(shù)

圖1 南京1號(hào)線車輛全自動(dòng)車鉤結(jié)構(gòu)圖

機(jī)械鉤頭主要由鉤頭殼體、鉤鎖組件、解鉤風(fēng)缸、風(fēng)管組件、電動(dòng)頭及其操作裝置氣動(dòng)組件和附件等組成。機(jī)械鉤頭主要起列車之間的機(jī)械、氣路和電路的連接。南京地鐵1號(hào)線車輛車鉤均采用35型鉤頭。當(dāng)兩列車連掛時(shí)，機(jī)械鉤頭首先進(jìn)行連掛，然后位于車鉤頭上部的電鉤氣缸帶動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作，推動(dòng)電連接器向前運(yùn)動(dòng)與另一列車端車鉤電連接器進(jìn)行對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)列車之間的牽引線路、控制線路和各種信號(hào)線路的連接。列車解鉤時(shí)，首先解鉤風(fēng)缸動(dòng)作推動(dòng)解鉤桿實(shí)現(xiàn)機(jī)械解鉤，然后鉤頭中心銷轉(zhuǎn)動(dòng)使五位二通閥復(fù)位，電鉤頭收回待掛位置。

鉤身即緩沖器部分，南京地鐵1號(hào)線列車車鉤緩沖器為氣液緩沖器，主要起能量緩沖作用。鉤尾的主要作用是把車鉤連接到車體上，用螺栓連接到車體上。鉤尾下部設(shè)置有橡膠堆，主要起到車鉤高度調(diào)整和減振作用。鉤尾座提升支架受力較大，承載來(lái)自整個(gè)鉤頭和鉤身的懸臂力，受到?jīng)_擊載荷較大，因此，在大修時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行探傷作業(yè)。

1.3 氣液緩沖器結(jié)構(gòu)及作用原理

氣液緩沖器是靠高壓氮?dú)夂鸵簤河偷慕M合來(lái)起緩沖作用的。這種緩沖器在受到較小沖擊時(shí)也會(huì)起到一定的緩沖吸能作用，所以，這種吸能裝置在車鉤中一般與環(huán)彈簧和橡膠關(guān)節(jié)一起使用。該緩沖器在拉伸方向沒有緩沖作用。在壓縮方向，當(dāng)車輛正常運(yùn)行和連掛時(shí)，氣液緩沖器可以吸收一定的沖擊能量。當(dāng)發(fā)生較高速度的沖擊時(shí)，氣液緩沖器發(fā)生較大變形，吸收沖擊能量，保護(hù)車底架不受破壞。氣液緩沖器在受到?jīng)_擊發(fā)揮吸能作用后，可以自動(dòng)恢復(fù)至初始狀態(tài)，經(jīng)檢查確認(rèn)沒有損壞后可以繼續(xù)使用，反復(fù)發(fā)揮吸能作用[2]。

2 車鉤大修工藝流程及維修內(nèi)容

從車鉤大修的整體作業(yè)過程來(lái)看，可分為5部分“分解—清洗、脫漆—檢修—組裝—試驗(yàn)”。車鉤的分解作業(yè)，即將車鉤分解成單個(gè)零部件，其中，車鉤體可分解為緩沖器、緩沖器殼體和橡膠軸承。車鉤分解成單個(gè)零部件之后，對(duì)其進(jìn)行徹底清洗，其中，對(duì)需要進(jìn)行探傷作業(yè)的零部件要進(jìn)行脫漆作業(yè)。車鉤的檢修過程包括重要部件的探傷、零部件尺寸檢測(cè)、外觀檢查以及必?fù)Q件的更換。車鉤的組裝是指對(duì)檢修完成的部件按照先后順序進(jìn)行組裝的過程。車鉤性能試驗(yàn)是車鉤大修流程的最后工序，主要有車鉤連掛試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)以及各項(xiàng)功能性試驗(yàn)等。

車鉤大修必?fù)Q件主要為橡膠件和磨耗件。橡膠件如橡膠管、密封圈、氣液緩沖器密封件等，而磨耗件主要為摩擦襯套。從車鉤整體結(jié)構(gòu)看，由機(jī)械零部件組裝而成，而存在運(yùn)動(dòng)的各部件之間通過運(yùn)動(dòng)副連接，運(yùn)動(dòng)副主要為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副如鉤身與鉤尾座的銷軸連接、鉤舌中心銷與鉤頭孔的連接。移動(dòng)副如電鉤頭沿著固定桿的前后移動(dòng)，而這些運(yùn)動(dòng)副都為滑動(dòng)摩擦，其構(gòu)件孔都為摩擦襯套。而這些摩擦襯套經(jīng)過10年的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，部分磨損嚴(yán)重。為了防止構(gòu)件基材的磨損，需要在大修中將其更換。

車鉤部件的探傷是車鉤大修中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，車鉤重要機(jī)械部件關(guān)系到列車行車安全，需要脫漆探傷。而探傷部件的確定非常關(guān)鍵，一般為受力最大、應(yīng)力易集中以及易產(chǎn)生疲勞損傷的部件，如鉤舌、鉤鎖連接桿、鉤頭中心銷、卡環(huán)、鉤頭及緩沖器頸部、鉤尾框支架等。為了防止車鉤疲勞斷裂，提高車鉤零件的使用壽命及可靠性，除改進(jìn)生產(chǎn)工藝和減少原始裂紋外，最有效的方法就是對(duì)車鉤零件實(shí)施磁粉探傷檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清除車鉤零件的表面裂紋及可能形成裂紋源的其他有害缺陷[3]。

對(duì)于有尺寸要求的部件需要進(jìn)行尺寸測(cè)量，如與鉤頭間隙相關(guān)聯(lián)零部件。車鉤鉤頭間隙很重要，頻繁的連掛及潤(rùn)滑不良會(huì)導(dǎo)致鉤頭連掛部件異常磨耗，最終導(dǎo)致連掛間隙過大影響車鉤連掛性能。南京地鐵1號(hào)線列車鉤頭間隙要求不大于1.4 mm，如測(cè)量數(shù)據(jù)偏大，則需要分解相關(guān)部件對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，將尺寸不合格部件進(jìn)行更換。

圖2為南京地鐵1號(hào)線列車車鉤大修的工藝流程。

圖2 南京地鐵1號(hào)線車輛車鉤大修工藝流程

3 車鉤大修難點(diǎn)分析

3.1 車鉤體的分解與組裝

緩沖器通過安全銷和螺母連接安裝在鉤身殼體中，緩沖器與殼體組裝后，其本身存在預(yù)壓縮力。分解鉤身時(shí)，需要對(duì)鉤身進(jìn)行縱向壓縮，壓縮力一般大于緩沖器靜壓縮力，使緩沖器壓縮一定行程并將大螺母拆下，最后退去壓縮力，拆下安全銷并將緩沖器拆下。分解車鉤體需要液壓專用工裝，以便能夠安全、有效地對(duì)其分解和組裝。車鉤體如圖3所示。

圖3 車鉤體

3.2 緩沖器的大修

氣液緩沖器的大修是整個(gè)車鉤大修的重點(diǎn)。其性能的好壞直接影響車輛的正線運(yùn)營(yíng)安全。地鐵車輛在相互沖擊進(jìn)行車體連掛時(shí)，縱向沖擊力由零增加到最大值，再逐漸衰減到零，這時(shí)緩沖器相應(yīng)地從初始狀態(tài)壓縮到某一行程，再恢復(fù)到初始狀態(tài)，完成一個(gè)循環(huán)過程。車體連掛的速度越大，對(duì)車鉤緩沖器的作用力和所做的功也就越大，對(duì)緩沖器的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求就會(huì)越高[4]。

目前，國(guó)內(nèi)各車鉤生產(chǎn)廠家缺乏氣液緩沖器的相關(guān)制造和維修經(jīng)驗(yàn)，一般直接送往原緩沖器生產(chǎn)廠家進(jìn)行維修。首先對(duì)緩沖器進(jìn)行拆解，然后對(duì)液壓油、密封圈、氮?dú)獾冗M(jìn)行更換。對(duì)易磨損機(jī)械部件進(jìn)行尺寸測(cè)量，如尺寸超差進(jìn)行更換。最后進(jìn)行緩沖器的組裝和性能檢測(cè)。緩沖器測(cè)試中力-位移曲線如圖4所示。

圖4 氣液緩沖器測(cè)試力-位移曲線圖

3.3 部件探傷合格性判斷

3.3.1 磁痕顯示的分類

車鉤應(yīng)力易集中、易疲勞關(guān)鍵部件部位均需要探傷作業(yè)。我們規(guī)定由缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為相關(guān)顯示，由工件截面突變和材料磁導(dǎo)率差異產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為非相關(guān)顯示，不是由漏磁場(chǎng)形成的磁痕顯示稱為偽顯示。對(duì)被檢工件而言，只有相關(guān)顯示影響工件的使用性能，而非相關(guān)顯示和偽顯示都不影響工件的使用性能[5]。

3.3.2 磁痕顯示的判斷及處理

在磁粉探傷作業(yè)中，如發(fā)現(xiàn)磁痕顯示，為了進(jìn)一步分辨其缺陷類型，采用打磨后復(fù)探的方法，對(duì)于有尺寸配合間隙要求的部件部位一般打磨量不超過0.1 m m。對(duì)于探傷部件顯示磁痕繼續(xù)復(fù)探后磁痕仍然存在，且磁痕顯示有擴(kuò)大的趨勢(shì)，則判斷該磁痕為裂紋磁痕。對(duì)于有裂紋磁痕的部件需要立即更換新備件。對(duì)于鉤頭頸部的磁痕顯示，受力部位磁痕長(zhǎng)度為1～4 mm，且多個(gè)磁痕聚集，復(fù)探后磁痕不消失，滲透探傷無(wú)滲透顯示，該處為鑄造時(shí)的缺陷，此類缺陷為制造時(shí)產(chǎn)生，在生產(chǎn)質(zhì)量等級(jí)要求范圍內(nèi)，不影響車鉤本身性能，且裂紋無(wú)擴(kuò)張趨勢(shì)可繼續(xù)使用。一些鍛件的磁痕顯示較長(zhǎng)，滲透探傷有較淺的滲透顯示，打磨后復(fù)探，部分磁痕消失，滲透探傷無(wú)滲透顯示，則判斷此磁痕為偽磁痕，表面為非疲勞裂紋，打磨磁痕消失后的部件可繼續(xù)使用[6]。

在部件磁粉探傷中對(duì)磁痕的分辨非常重要，要充分考慮各種客觀因素，也要積累各類磁痕顯示的判別方法和經(jīng)驗(yàn)。仔細(xì)把握探傷作業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，才能更好地把控車鉤維修質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是根據(jù)南京地鐵1號(hào)線列車車鉤大修實(shí)際維修情況，對(duì)其大修內(nèi)容、工藝流程以及難點(diǎn)進(jìn)行說明和分析。緩沖器大修是整個(gè)車鉤大修的難點(diǎn)，應(yīng)不斷掌握其維修方法。操作人員掌握各類磁痕的判別方法及不斷積累探傷經(jīng)驗(yàn)，對(duì)保證整個(gè)車鉤質(zhì)量非常關(guān)鍵。

[1] 張俊，邵文盛，黃皖初，等. 新型城軌用密接式車鉤國(guó)產(chǎn)化研究[J]. 鐵道機(jī)車車輛，2003，23 (6)：34-39.

[2] 周瓏，李維忠. Scharfenberg密接車鉤系統(tǒng)[J]. 城市軌道交通研究，2008 (6)：58-62.

[3] 賈敏. 車鉤磁粉探傷方法研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2008 (1)：103-104，107.

[4] 張友南，黃友劍，陳忠海. 彈性膠泥車鉤緩沖器的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J]. 特種橡膠制品，2001，22 (4)：57-59.

[5] 龍曉華. 磁粉探傷中磁痕顯示的分類、判定及處理[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011 (10)：148.

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責(zé)任編輯 冒一平

Analysis of Overhaul Technology for Tight-Lock Coupler on Metro Vehicle

Li Yingchun

Tight-lock coupler is one of the key parts in metro vehicle, and the reliability of its status directly affects safety of metro operation. The paper introduces the technical specifi cations, structure and principle of coupler, and analyzes the overhaul content and overhaul technological process for the tight-lock coupler. Based on the overall control of the coupler overhaul, diffi culties in overhaul of the coupler are analyzed.

metro vehicle, coupler, overhaul, technological and process analysis

U260.34

2015-03-06

李迎春：南京地鐵運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，助理工程師，江蘇南京 210012