常見車鉤檢修故障原因分析及改進(jìn)

付翔 王梓洋 牛海瑞 洪江偉 徐嘯 常恒

摘要 車鉤作為車輛之間連掛的重要組成部分，是保障列車的運行安全性、平穩(wěn)性及旅客乘坐舒適性的關(guān)鍵設(shè)備。該文主要分析了高速動車組列車車鉤（以歐式10型車鉤為例）和鐵路貨運列車車鉤（以貨車主型車鉤13型車鉤為例）的基本結(jié)構(gòu)及檢修現(xiàn)狀，對檢修過程中發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行總結(jié)和分類，并對故障發(fā)生的原因進(jìn)行簡要分析。為降低該部分故障率。提高車鉤檢修效率，提出了采用多功能智能化可轉(zhuǎn)換車鉤檢測裝置的方案來滿足面對不同車鉤檢修的鐵路局的需求。

關(guān)鍵詞 智能化;車鉤檢測;可切換;多功能

中圖分類號 U270.34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0074-03

0 引言

隨著我國“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)的逐步完善，客貨分流的運輸構(gòu)架基本搭建，鐵路運營里程進(jìn)一步擴(kuò)大，高速客運和重載貨運作為鐵路發(fā)展的兩個重要方向，對于車鉤緩沖裝置的技術(shù)要求日益提高。車鉤作為保障列車的運行安全性、平穩(wěn)性及旅客乘坐舒適性的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于實現(xiàn)機(jī)車和車輛、車輛與車輛間連掛、牽引力、制動力及沖擊力的傳遞，并使車輛之間保持一定的距離。但因該部位不規(guī)則，且關(guān)鍵部位鉤舌位置較為隱蔽，不易檢修，因此發(fā)生故障較為普遍。該文通過對目前動車組及重載列車車鉤的故障進(jìn)行統(tǒng)計分析，提出采用一種多功能智能化可轉(zhuǎn)換車鉤檢測裝置的方案，以提高檢修效率，降低該部位故障率[1]。

1 歐式10型車鉤和13型鐵路貨車車鉤的基本情況概述及檢修現(xiàn)狀

我國的CRH5型動車組自動車鉤采用丹納10號車鉤系統(tǒng)，即歐式10型車鉤，一款由瑞典丹納公司生產(chǎn)的密接式車鉤緩沖裝置。丹納10號車鉤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。具體結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)如圖1、表1所示。

目前中國貨車用主型車鉤是13型車鉤，該型車鉤使用及檢修現(xiàn)狀，幾乎代表了中國鐵路貨運貨車車鉤的現(xiàn)狀。13型鐵路貨車車鉤研制成功于20世紀(jì)60年代，并于70年代初期首次在貨物車輛上應(yīng)用，從首次應(yīng)用至今也進(jìn)行了多次改進(jìn)[2]。從最初的ZG25的普通碳素鑄鋼制造而成，到1996年推廣應(yīng)用的C級鋼，02年在新造貨車上推廣使用的13A型，2007年在60噸級貨車上大范圍應(yīng)用的E級鋼13B型，此車鉤焊裝的磨耗板的材質(zhì)為27SiMn。

近年來車鉤故障引發(fā)的事故時有發(fā)生，車鉤檢修作業(yè)面臨的壓力劇增。如何才能提高車鉤檢修過程中的檢修效率、縮短車鉤檢修時間、提升檢修質(zhì)量是十分重要的現(xiàn)實問題。

目前現(xiàn)場車鉤檢測大多依靠人力，工人對車鉤裝置只進(jìn)行初步的簡單測試，科學(xué)性及可靠性不高。例如在車鉤檢測時，車鉤上的兩端風(fēng)管壓力沒有進(jìn)行具體的壓力測試，只是人為的憑經(jīng)驗估算。當(dāng)前貨運列車、普通客運列車、動車組列車的車鉤故障種類繁多，且由于很多站段配備不止一種車型，在面對多車型同時檢修的情況時，不同類型車鉤切換過程繁瑣，效率低下，且具有一定的安全隱患。

2 歐式10型車鉤常見故障

我國高速鐵路使用最普遍的為10型車鉤，10型車鉤連掛包括三個方面的連接，車鉤機(jī)械連接、氣路連接貫通和電氣連接。工人檢測車鉤工況及連掛狀態(tài)也從這三個方面著手檢測[3]。

歐式10型車鉤在運用過程中經(jīng)常出現(xiàn)車鉤裝置漏風(fēng)、車鉤部件磨損、變形、裂紋、車鉤主軸卡滯、重聯(lián)端車鉤有異音、解編作業(yè)時機(jī)械車鉤不動作、解鉤裝置失效等問題。

某動車段CRH5動車組自動車鉤2015至2021年共發(fā)生651起車鉤故障。其中重聯(lián)端車鉤漏風(fēng)發(fā)生56起，電氣車鉤氣控單元漏風(fēng)發(fā)生73起，車鉤開閉機(jī)構(gòu)氣控裝置漏風(fēng)48起，開閉機(jī)構(gòu)單向節(jié)流閥漏風(fēng)發(fā)生27起，電氣車鉤推進(jìn)氣缸漏風(fēng)發(fā)生33起。車鉤部件裂紋、變形、磨耗、脫落發(fā)生67起，車鉤指針歪斜發(fā)生46起，限位開關(guān)腐蝕、磨損、斷裂發(fā)生53起，自動車鉤主軸卡滯發(fā)生78起，手動解鉤裝置故障發(fā)生64起，機(jī)械車鉤不動作故障發(fā)生56起，重聯(lián)端車鉤有異音發(fā)生34起，其他故障16起。

3 13型鐵路貨車車鉤常見故障

13型貨車車鉤常見故障為鉤體故障、鉤舌故障、車鉤鉤身磨耗板開焊、裂紋等故障。

3.1 鉤體常見故障

鉤體的裂紋、變形及磨耗故障：

（1）鉤體裂紋多發(fā)生部件連接處，車鉤承受較大壓力處。

（2）鉤體變形包括鉤身彎曲、鉤耳變形和鉤腕外漲三種形式。其原因大多是由于車輛行駛時過大沖擊造成的，尤其是當(dāng)貨物車輛運行及掛車作業(yè)時沖擊顯著。當(dāng)鉤身彎曲程度較大時，易造成鉤舌及鉤耳的裂紋。鉤腕外漲，將引起車鉤閉鎖位尺寸超限，無法緊密控制對方鉤舌，嚴(yán)重時造成車鉤斷裂，引發(fā)車鉤分離事故[5]。

（3）鉤耳孔及鉤身與托板的接觸處極易磨耗，其次鉤鎖腔內(nèi)防跳臺處及鉤鎖腔側(cè)壁，鉤尾側(cè)面、端面也存在磨耗現(xiàn)象。例如，當(dāng)鉤鎖腔內(nèi)防跳臺磨耗后，將導(dǎo)致車鉤喪失防跳作用。鉤身與托板、鉤尾框接觸磨耗痕跡過大將導(dǎo)致緩沖器失效。

3.2 鉤舌常見故障

3.2.1 鉤舌的磨耗，裂紋故障

鉤舌內(nèi)側(cè)面的上、下彎角處多發(fā)生裂紋故障，其他經(jīng)常發(fā)生裂紋的部位為鉤舌銷孔、牽引及沖擊突緣的根部。

鉤舌內(nèi)側(cè)面在運用時容易發(fā)生磨耗現(xiàn)象，從實際的大量檢修中發(fā)現(xiàn)磨耗量較大部位為鉤舌下部，因為車鉤鉤頭自重較大，再加上車鉤托梁存在彎曲情況，鉤頭下垂導(dǎo)致鉤舌下部磨耗量增大[5]。

3.2.2 鉤舌銷常見故障

鉤舌銷在運行中極其容易發(fā)生磨耗、彎曲、裂紋嚴(yán)重者乃至斷裂。一旦發(fā)生斷裂將會使得車鉤緩沖裝置失去原有功能，引發(fā)鉤舌斜及發(fā)生列車脫鉤等重大事故。

3.3 車鉤鉤身磨耗板開焊、裂紋

2018年4月某機(jī)務(wù)段檢修了455套13型車鉤，其中有414套車鉤鉤身磨耗板存在故障，故障率約為90.9%，具體數(shù)據(jù)結(jié)果如表2所示。

3.4 故障原因分析

（1）貨運列車運行的地區(qū)范圍大，地區(qū)間的氣候差異顯著，這就使得車鉤在實際運行中的運用條件惡劣，雨雪天氣、風(fēng)沙等的侵襲、腐蝕和磨損使得車鉤極易發(fā)生配件磨耗、變形、斷裂等損傷，造成配件的使用壽命低。

（2）貨車列車有載重量大、列車編組較長、速度較快的特點，車鉤在實際車輛運行中會承受很大的縱向、橫向沖擊力，可能會對車鉤相應(yīng)配件造成嚴(yán)重?fù)p傷[6]。

（3）貨運列車在運行線路中會經(jīng)過曲線、坡道，而且由于不同地區(qū)的鐵路路基、軌道等的技術(shù)要求不同，列車在通過時，相鄰車輛在高度及水平方向的相對位置的配合發(fā)生改變，造成相鄰鉤舌間的磨耗。車鉤緩沖裝置在貨車車輛正常運行時鉤托梁與鉤身磨耗板之間存在著垂直方向的沖擊振動，容易引發(fā)磨耗板焊縫處開焊、裂紋故障。

4 關(guān)于智能化可轉(zhuǎn)換車鉤檢測裝置設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)

針對現(xiàn)有的客貨運主型車鉤的常見故障及故障原因，該文綜合了現(xiàn)有的車鉤檢測檢修工具，基于智能化、使用方便快捷設(shè)計了一款智能化可轉(zhuǎn)換多功能車鉤檢測車來代替現(xiàn)有的人工檢測工具。該檢測車有三個組成部分，檢測車車身主體、檢測車前端搭載的多功能車鉤切換裝置以及兩者間的連接裝置。模塊化分析，智能化可切換多功能車鉤檢測車主要分為五個模塊，連接定位模塊、風(fēng)壓檢測模塊、車鉤連掛動作觸發(fā)壓力檢測、車鉤探傷與掃描模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。

4.1 連接定位模塊

檢測車鉤與待測車鉤間的車鉤連掛前的定位依靠兩部分，一是通過兩個柱銷式風(fēng)壓傳感器插入兩主風(fēng)道中，實現(xiàn)車鉤定位;二是通過檢測車轉(zhuǎn)軸上搭載的電磁裝置實現(xiàn)轉(zhuǎn)換車鉤后的定位。

4.2 風(fēng)壓檢測模塊

風(fēng)壓檢測采用柱銷式風(fēng)壓傳感器，在輔助車鉤連掛定位的同時，能精確測量出風(fēng)壓數(shù)值。傳感器外部設(shè)有橡膠圈，緊密貼合主風(fēng)道口，實現(xiàn)風(fēng)道密封，充分保證氣密性[7]。在鉤鎖連桿連掛動作完成后，主風(fēng)道通風(fēng)，柱銷式風(fēng)壓傳感器工作，并將具體數(shù)值顯示并記錄。

4.3 車鉤連掛動作觸發(fā)壓力檢測模塊

采用步進(jìn)電機(jī)帶動推桿，觸發(fā)車鉤連掛動作。壓力傳感器裝設(shè)于推桿的頭部，檢測推桿施加在頂塊上的壓力[8]。一旦鉤鎖連桿動作，推桿立即停止運動。

4.4 車鉤探傷與掃描模塊

檢測車鉤后部連接滑軌，滑軌設(shè)在小車內(nèi)部檢修區(qū)域的兩側(cè)，常規(guī)狀態(tài)下，多功能車鉤切換裝置位于滑軌最外側(cè)位置并固定，待連掛動作完成后滑軌固定解除，小車向前移動使已經(jīng)連掛的兩車鉤到達(dá)小車內(nèi)部設(shè)有超聲波探傷裝置、掃描儀的檢測區(qū)域后，滑軌在最內(nèi)部進(jìn)行固定，然后開始車鉤部件探傷及掃描作業(yè)，對車鉤工況進(jìn)行全方位檢測（如圖2）。

4.5 數(shù)據(jù)處理模塊

檢測車控制臺上搭載森克SK-34A微型計算機(jī)，每一次每一種類型的車鉤的檢測數(shù)據(jù)分門別類的存儲于該計算機(jī)的存儲器內(nèi)，建立數(shù)據(jù)庫。計算機(jī)智能分析檢測數(shù)據(jù)，找出車鉤故障的通性和差異，作為資料供工人分析與學(xué)習(xí)。

5 結(jié)語

該文以歐式10型和13型鐵路貨車車鉤為例，結(jié)合我國現(xiàn)階段車鉤檢修的技術(shù)規(guī)范和檢修現(xiàn)狀，對車鉤常見故障進(jìn)行了深入研究與分析，提出了一款智能化可切換多功能車鉤檢測裝置。目前很多站段配備不止一種車型，在面對多車型同時檢修的情況時，不同類型車鉤切換過程繁瑣，效率低下。而該裝置可以提高現(xiàn)有車鉤的檢測技術(shù)水平，改善檢修現(xiàn)狀，實現(xiàn)檢測不同型車鉤時的快速切換，不用頻繁更換和搬運檢測設(shè)備，提高效率，同時能更加科學(xué)化、智能化的檢測車鉤工況。對于保障鐵路車輛安全運行有重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1]牛德福，沈鵬飛.13號車鉤故障的調(diào)查與分析[J].煤礦現(xiàn)代化，2008（4）：42+69.

[2]張秦平.13型鐵路貨車車鉤鉤身磨耗板開焊故障調(diào)研與改進(jìn)建議[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017（18）：88-89.

[3]邵春來，趙迎軍，鄭奇慧，等.13號車鉤分離故障的調(diào)查與分析[J].鐵道車輛，2002（2）：35-36.

[4]呂林喜.13號車鉤裝置常見故障的分析[J].上海鐵道科技，2009（1）：31-32+34.

[5]徐永孝.貨車13#車鉤自動分離的原因及措施[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2006（24）：141-142.

[6]曹楚君.CRH3動車組自動車鉤結(jié)構(gòu)與檢修工藝[J].科技風(fēng)，2019（34）：145.

[7]暴長春.CRH2型動車組用密接式車鉤和緩沖器四級檢修方案分析[J].機(jī)電信息，2014（3）：50-51.

[8]李瑞淳.動車組車鉤緩沖裝置統(tǒng)型研究[J].城市軌道交通研究，2013（8）：64-69.