17型车钩及其配件故障分析.doc

17型车钩及其配件故障调查与分析摘 要 针对70t级铁路货车段修作业中发现的车钩缓冲装置多发故障：车钩钩尾销孔裂纹、钩腔内裂纹、钩舌裂纹、钩尾框裂纹等故障的检修情况进行调查与分析，提出设计、制造及检修作业的建议。关键词 车钩缓冲装置；17型车钩1 17型车钩检修情况调查近年来，随着70t级货车大量的投入运行，牵引吨位的不断增大及运行速度的不断提高，17型车钩及其配件逐渐出现裂纹、作用不良等故障，为进一步提高铁路货车车钩缓冲装置配件的检修质量，对17型车钩及其配件的检修情况进行了系统的调查与分析。2 故障发生部位简介调查发现段修中C70敞车装用的17型车钩及其零部件中车钩钩尾销孔裂纹比例为32%，钩腔裂纹占12.8%，车钩下锁销孔冲击面裂纹占18%，钩舌裂纹占16.7%，钩尾框裂纹占20.5%。车钩裂纹部位多发在钩尾销孔内侧中部，裂纹走向与钩销孔轴向平行，故障配件如图1；钩腔裂纹多发在上牵引台及下锁孔冲击面处，故障配件如图2、图3，钩体裂纹多数伴有铸造缺陷；钩舌裂纹多发在钩舌牵引台及S面处，故障配件如图4。钩尾框裂纹多发在前后端部内侧弯角处及尾框后侧外端，故障配件如图5、图6。3 故障原因分析3.1 钩尾销孔裂纹原因分析（图1）（1）运用工况分析。随着列车牵引吨位的不断提升以及长交重载、超偏载的影响，车辆运行时受到各个方向的冲击力不断加大，同时由于线路工况的随机性，使车钩缓冲部分装置的受力情况变得更加复杂，材质疲劳速度加快，从客观上加大了钩尾销孔裂纹故障发生的几率。（2）车钩的内部缺陷。作为铸钢配件，少数车钩的内部或表面存在一些缺陷是不可避免的，如气孔、夹渣、缩松等。铸钢配件如果存在铸造缺陷，势必导致其受力截面的应力不均匀，当冲击力过大时使得铸造缺陷部位出现应力集中现象，从而易导致裂纹的出现，在运用工况变化时造成裂纹的扩展。（3）钩尾销孔结构分析。13型车钩钩尾销孔弧面为直线型，多数情况钩尾销与钩尾销孔为线性接触状态，而17型车钩的钩尾销孔牵引弧面采用上下斜面接触的设计结构，这就造成了在多数工况的线性接触时使接触面产生应力集中现象，在牵引弧面受到高度集中应力和交变载荷时容易产生裂纹。3.2 下锁销孔冲击面裂纹原因分析（图2）（1）运用工况分析。经调查发现70t货车单独编组成列运行时17型车钩很少发现钩腔裂纹，而在17型车钩与其他型号车钩混编运行时经常发现下锁销孔冲击面裂纹等故障。17型车钩间连接轮廓的自由间隙均为9.5mm，比13号车钩减小了52%，降低了列车运行中的纵向冲击力，改善了列车纵向动力学性能，而在与13型车钩连挂运行时，就造成一端13型钩舌与17型钩体相作用，一端是16型钩舌与13型钩体相作用。由于17型车钩连挂间隙小，当连挂作业时，一端13型钩体未与16型钩舌接触时，另外一端的13型钩舌与17型车钩已经发生撞击，这样就导致17型车钩在混编连挂作业中受到更大的冲击载荷。通过运行工况的分析，17型车钩与其他型号车钩混编连挂作业是下锁销孔冲击面处裂纹产生和扩展的主要原因。（2）下锁销孔冲击面结构分析。下锁销孔冲击面处过渡圆角较小，易造成应力集中，在连挂运行及制动冲击时，对车钩的下锁销孔冲击面内侧弯角承受较大的剪切力容易造成冲击裂纹。3.3 钩腔牵引台裂纹原因分析（图3） （1）工况分析。通过下锁销孔冲击面裂纹原因分析我们可以看到，17型车钩在混编连挂作业中受到更大的冲击载荷，这也是钩腔牵引台产生裂纹的重要原因之一。（2）17型车钩缓冲装置结构分析。17型车钩有套头和套口，连挂后套头插入套口，由于采用支撑弹簧承载结构，在运行中可灵活调节车钩高度。非联锁的13型车钩采用固定支撑结构，因此当17型车钩与13型钩舌连挂作业时由于17型车钩钩高随工况变化较大，可能导致13型钩舌撞击17型钩体更加严重，从而导致钩腔牵引台裂纹。3.4 钩舌裂纹原因分析（图4）（1）工况分析。由于17型车钩与其他型号车钩混编作业时，车辆运行中及制动时车钩发生撞击后，钩舌外侧面与其连挂车钩的冲击台发生撞击，因车钩连挂间隙，钩舌会以钩舌圆销为转轴向内转动，此时钩舌钩腕部位将传递大部分冲击力而钩舌前段外缘由于转动的关系在传导巨大冲击力的瞬间并没有和连挂车钩接触，所以使得钩舌牵引台及钩舌钩腕部位在冲击过程中受到很大的线性剪切应力，易产生裂纹。（2）制造工艺分析。16型钩舌采用E级钢制造，相比13A型钩舌其强度较大，但韧性不足，在收到较强冲击力时，易发生应力集中现象，使得接触部位应力偏高，从而产生裂纹。3.5 钩尾框裂纹原因分析（图5、图6）（1）运用工况分析。MT-2型缓冲器相比ST型缓冲器容量增加了近一倍，17型车钩采用MT-2型缓冲器，在车辆连挂运行和制动冲击时，因为缓冲器容量较大，在冲击力消失后，缓冲器储存的能量释放，造成二次冲击力，在往复的冲击过程中，对钩尾框两端内侧弯角造成较大的剪切应力，同时使钩尾框后端承受交变载荷，从而造成材质疲劳加快，易造成冲击裂纹。（2）裂纹部位分析。从钩尾框产生的裂纹部位分析，裂纹部位与13型、13A型钩尾框裂纹多发处类似，都属于应力集中所致，而发生在钩尾框尾部外侧裂纹多属于铸造缺陷导致。4 对17型车钩缓冲装置设计、制造及车辆检修作业的建议（1）根据运用工况对17型车钩钩尾销孔进行改进，将钩尾销孔牵引弧面设计为直线型，使得钩尾销与钩尾销孔避免因应力集中产生的塑性变形。同时，在强化钩尾销孔表面强度的基础上，增加牵引弧面内部的硬度，改善其应力集中状态，提高钩尾销孔牵引弧面的抗疲劳裂纹能力。（2）对17型车钩冲击台与钩舌接触面进行改造，使其设计为面接触形式，减少编组运行和制动时产生的剪切应力。同时，尽量满足70t货车单独编组成列运行，这样可有效避免钩腔内的裂纹产生。（3）改善下锁孔冲击面弯角处过渡圆角，使其圆滑过渡，减少冲击过程中受到很大的线性剪切应力。（4）改善16型钩舌及腔内配件的制造工艺，在保证强度基础上增加其韧性。对16型钩舌运用故障进一步调研，改进设计方案，同时对段修作业进行技术指导。（5）强化钩尾框弯角处制造质量，改善其应力集中现象。加强入段配件验收，杜绝装用存在铸造缺陷的配件；严格执行17型钩尾框探伤及检查作