大秦線16、17型車鉤牽引臺(tái)裂紋故障淺析

王永亮

【摘 要】本文對(duì)大秦線16、17型車鉤故障情況進(jìn)行了調(diào)研，分析了車鉤下牽引臺(tái)裂紋故障的產(chǎn)生原因及危害，提出了改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】16、17型；車鉤； 牽引臺(tái)；裂紋；淺析

1 問題的提出

2016年1-12月，駐湖東車輛段驗(yàn)收室驗(yàn)收人員在參加修配車間車輛大部件報(bào)廢鑒定過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大秦線C80車輛裝用的16、17型車鉤故障及報(bào)廢數(shù)量較多，報(bào)廢原因主要有：落鎖孔裂紋、鉤尾銷孔裂紋、鉤耳裂紋、牽引臺(tái)裂紋等，具體數(shù)量見表1，由表1中可以看出牽引臺(tái)裂紋故障所占比例最高為60.73%。由于牽引臺(tái)是車鉤縱向力傳遞過(guò)程中主要受力部位，且裂紋部位位于鉤腔內(nèi)側(cè)不易觀察（如圖1所示） ，且不同廠家的16、17型車鉤都存在此問題，所以對(duì)16、17型車鉤牽引臺(tái)裂紋故障情況進(jìn)行了專題調(diào)研。

2 牽引臺(tái)裂紋故障情況

2.1 裂紋故障數(shù)量統(tǒng)計(jì)。見表1：

2.1.1 按運(yùn)用時(shí)間（運(yùn)行里程）分。見表2：

2.2 裂紋及磨耗情況

本次發(fā)現(xiàn)的16、17型車鉤牽引臺(tái)裂紋故障均發(fā)生在下牽引臺(tái)內(nèi)側(cè)面根部，長(zhǎng)度一般為30mm—60mm（段修限度裂紋長(zhǎng)度要求不大于20mm），裂紋呈撕裂狀。因?yàn)榱鸭y發(fā)生在鉤頭內(nèi)部下牽引臺(tái)內(nèi)側(cè)面不易觀察處，所以我們選擇了一套裂紋比較典型的17型報(bào)廢車鉤（鑄造標(biāo)記：17 QC E 5183 0610）從鉤肩處進(jìn)行切割分析。具體部位如圖3、4所示。

2.2.1牽引臺(tái)裂紋。鑄造標(biāo)記為17 QC E 5183 0610的車鉤裂紋部位為下牽引臺(tái)根部，裂紋長(zhǎng)度為51毫米，如圖4所示。

2.2.2牽引臺(tái)磨耗。下牽引臺(tái)磨耗嚴(yán)重，磨耗面積為26mm×62mm、約占下牽引臺(tái)面積的95%以上；上牽引臺(tái)磨耗較輕，磨耗面積為12mm×75mm、約占上牽引臺(tái)面積的25%，如圖3所示。

2.2.3護(hù)銷突緣磨耗。上、下護(hù)銷突緣平面均有磨耗，下護(hù)銷突緣平面磨耗明顯較上護(hù)銷突緣嚴(yán)重，下護(hù)銷突緣高度實(shí)測(cè)值為21毫米（原型厚度25 mm），上護(hù)銷突緣剩余高度實(shí)測(cè)值為24.5毫米（原型厚度25 mm）。如圖2所示。

2.2.4 連鎖套頭及套口磨耗。連鎖套頭與套口配合面均有磨耗痕跡。

2.2.5 鉤舌牽引臺(tái)磨耗。鉤舌上、下牽引臺(tái)都發(fā)生磨耗，但鉤舌下牽引臺(tái)磨耗嚴(yán)重，鉤舌上牽引臺(tái)磨耗相對(duì)較輕。

3 原因分析

3.1 車鉤牽引臺(tái)是承受牽引力的主要部位。

C80車輛車鉤牽引狀態(tài)時(shí)縱向力的傳遞過(guò)程：鉤舌S面、鉤舌牽引臺(tái)、鉤體牽引臺(tái)、鉤尾銷、鉤尾框、緩沖器、前從板、前從板座、牽引梁。16、17型車鉤牽引臺(tái)的主要功能是閉鎖位置時(shí)與鉤舌牽引臺(tái)配合，用以承受車輛的牽引力，是鉤緩裝置承受牽引力的主要部位。

16、17型車鉤最早裝用于大秦線配屬的C63（A）型車輛上，列車編組一般為72輛，牽引重量為6000噸。大秦線配屬的C80、C80H、C80B、C80BH等型車輛均為重載車輛，編組為102輛、204輛，牽引重量分別為1萬(wàn)噸、2萬(wàn)噸，所以16、17型車鉤裝用于C80車輛上比裝用于C63車輛上牽引臺(tái)承受的牽引力大。

3.2 車輛縱向連掛間隙大。

大秦線C80系列車輛鉤緩裝置采用16、17型車鉤、牽引桿，雖然16、17型車鉤縱向連掛間隙較?。?.5毫米），但由于其編組輛數(shù)多，所以車輛連掛總間隙仍然較大。以編組102輛為例：三輛C80車輛為一組使用2個(gè)車鉤，102輛車共使用68個(gè)車鉤，產(chǎn)生34個(gè)9.5毫米的車鉤間隙（含機(jī)車與車輛車鉤間隙），連掛間隙合計(jì)為323毫米，編組204輛時(shí)車輛連掛間隙為646毫米。如果再加上每輛車鉤尾銷孔與鉤尾銷之間35.5-45.5毫米間隙（見表3），則102輛C80車還會(huì)產(chǎn)生3621-4641毫米縱向間隙。由于C80系列車輛在運(yùn)行、制動(dòng)、起動(dòng)過(guò)程中，車鉤牽引臺(tái)頻繁承受較大的牽引力、沖擊力，所以容易形成疲勞裂紋。

3.3 上、下牽引臺(tái)受力不均。

調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)牽引臺(tái)裂紋故障全部發(fā)生在下牽引臺(tái)部位。從圖3中，可以看出車鉤下牽引臺(tái)及與之配合的鉤舌下牽引臺(tái)幾乎全部發(fā)生磨耗，而車鉤上牽引臺(tái)及與之配合的鉤舌上牽引臺(tái)則僅有小部分磨耗，說(shuō)明車輛運(yùn)行、制動(dòng)、起動(dòng)時(shí)，下牽引臺(tái)全部受力，上牽引臺(tái)局部受力。由于下牽引臺(tái)全部受力，所以裂紋故障全部發(fā)生在下牽引臺(tái)部位；上、下牽引臺(tái)受力不均衡同時(shí)加重了下牽引臺(tái)的應(yīng)力集中，我們認(rèn)為上、下牽引臺(tái)受力不均衡是發(fā)生下牽引臺(tái)裂紋的主要原因。

鉤舌與車鉤組裝時(shí)，要求鉤舌與上鉤耳間隙不大于10毫米，而鉤舌與車鉤下鉤耳護(hù)銷突緣密貼，其兩者之間相互產(chǎn)生磨耗，鉤舌與車鉤相對(duì)位置下移，也會(huì)造成上、下牽引臺(tái)受力不均衡，調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)下護(hù)銷突緣磨耗較嚴(yán)重，其磨耗深度較上護(hù)銷突緣大3.5毫米。

3.4 車鉤強(qiáng)度儲(chǔ)備相對(duì)不足。

大秦線C80系列車輛2004年初運(yùn)行以來(lái)，鉤舌裂紋、鉤尾框裂紋、車鉤尾銷孔裂紋等故障曾一度高居不下。為此，鐵道部分別于2006年、2007年對(duì)16型鉤舌進(jìn)行了兩次改進(jìn)，對(duì)鉤舌的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，增加了鉤舌鼻部加強(qiáng)筋厚度，增加了鉤舌鼻部?jī)?nèi)腔、鉤舌銷孔中部?jī)?nèi)腔、鉤舌牽引臺(tái)、沖擊臺(tái)處內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)壁厚；2008年起大秦線配屬車輛16、17型車鉤鑄造尾框換裝為鍛造鉤尾框；制造廠家改進(jìn)了車鉤鉤尾銷孔部位的熱處理工藝。

上述措施的采取，使鉤舌、鉤尾框、車鉤尾銷孔的強(qiáng)度得到了加強(qiáng)，這些慣性裂紋故障得到了有效遏制。與此同時(shí)，16、17型車鉤牽引臺(tái)作為鉤緩裝置的主要受力部位卻沒有進(jìn)行改進(jìn)。我們認(rèn)為，16、17型車鉤牽引臺(tái)強(qiáng)度儲(chǔ)備不足也是造成牽引臺(tái)裂紋的原因之一。

3.5 截面突變引起應(yīng)力集中。

由圖4中可以看出，裂紋部位均發(fā)生在牽引臺(tái)的根部，鉤腔內(nèi)截面的突變，造成應(yīng)力集中從而產(chǎn)生裂紋。

4 危害

4.1 影響大秦線正常運(yùn)輸秩序。

近幾年大秦線的運(yùn)量達(dá)到4.5-5億噸，且 C80型車輛實(shí)行了“客車化”運(yùn)營(yíng)管理，2萬(wàn)噸列車開行密度增加，16、17型車鉤下牽引臺(tái)裂紋故障部位隱蔽，列檢人工及TFDS機(jī)檢作業(yè)者不易發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)生牽引臺(tái)斷裂勢(shì)必會(huì)造成列車分離事故，而更換車鉤也必須扣修車輛，擾亂正常的運(yùn)輸秩序。

4.2 增加車輛檢修成本。

16、17型車鉤牽引臺(tái)裂紋在鉤腔內(nèi)部，由于無(wú)法制備坡口進(jìn)行焊修作業(yè)，一旦發(fā)生較長(zhǎng)裂紋只能進(jìn)行報(bào)廢處理。

《鐵路貨車段修規(guī)程》2.2.3.3條規(guī)定“E級(jí)鋼鉤體使用壽命為25年”，由表2可知：發(fā)生牽引臺(tái)裂紋故障的16、17型車鉤大部分使用時(shí)間為1至3個(gè)段修期，即2至6年，這部分報(bào)廢的車鉤只使用了規(guī)定壽命時(shí)間的8-24%，增加了車輛檢修成本。

5 建議

5.1 改進(jìn)16、17型車鉤結(jié)構(gòu)。一是增加牽引臺(tái)、落鎖孔、鉤耳等部位儲(chǔ)備強(qiáng)度；二是改進(jìn)上、下牽引臺(tái)相互位置，實(shí)現(xiàn)上、下牽引臺(tái)共同均衡地承受作用力。

5.2 提高鉤緩裝置檢修質(zhì)量。在廠修、段修、臨修作業(yè)時(shí)加強(qiáng)鉤腔內(nèi)部檢查，做好鉤腔內(nèi)部除銹工作，對(duì)易發(fā)生故障部位進(jìn)行重點(diǎn)盯控。鉤緩裝置組裝時(shí)嚴(yán)格控制鉤舌與上鉤耳間隙，間隙超限時(shí)在下鉤耳處加裝墊圈；嚴(yán)格掌握連鎖套頭及套口磨耗深度。

5.3 增大16、17型車鉤尾銷直徑，以減小鉤尾銷與孔配合間隙，從而達(dá)到減小車鉤縱向連掛間隙的目的。

5.4 修訂16、17型車鉤牽引臺(tái)裂紋檢修限度及加修要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃毅，程雷.鐵路貨車檢修技術(shù).北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路貨車段修規(guī)程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]