车钩故障原因分析及改进方法

1、摘 要车钩缓冲装置是铁道车辆最基本的也是最重要的部件之一，它是用来连接列车中各车辆使之彼此保持一定距离，并且传递和缓和列车在运行中或在调车时所产生的纵向力和冲击力。13 号车钩是我国货车用主型车钩，除大秦线 C63型运煤专用敞车装用 16/ 17号车钩外，几乎所有货车都采用 13号车钩。13 号车钩(包括 2003 年部批投产的 13A型车钩) 代表了我国货车车钩的现状。 随着我国铁路运输提速、重载的发展，作为当前货车主流品种的 13 号上作用式车钩，在货物列车运行中时有故障发生，严重影响铁路的正常运输，造成了较大的经济损失。如车辆在运行中车钩自动分离、由于钩体裂纹和钩尾框后弯角裂纹引起的断裂

2、造成的分离和钩舌折断造成的分离等。这不仅使铁路运输成本迅速增加，而且直接影响列车的安全。这也严重影响了我国铁路运输秩序，在一定的程度上制约了铁道车辆的进一步提速，影响铁路运力的进一步提高。 本论文在对 13 号车钩运用过程中产生的故障进行全面分析的基础上，用计算机仿真软件建立车钩的装配体模型并对其进行分析、评价和疲劳寿命预测，提出相应的预防和改进措施。基于装配体的 13 号车钩有限元分析对于车钩各零件的相互作用通过定义接触来传递，可以更好地模拟其在实际运用过程中的受力状态，找出车钩应力较大部位。这对于提高车辆连接的稳定性，防止分离，保证铁路运输秩序、节约成本、提高铁路运力具有重要的现实意义，为

3、今后车钩的设计、改造、检修维护等提供一定的理论依据。 关键词：13 号车钩；故障分析；接触；装配体；有限元分析 25 / 27文档可自由编辑打印目 录摘 要I绪 论11.课题的意义1第1章13号上作用式车钩的组成与作用原理31.1 车钩缓冲装置的组成及功能31.2 车钩的组成31.3 13号车钩的三态作用5第2章13号上作用式车钩存在的问题及预防或改进措施82.1 引起车钩自动分离的主要原因及改进措施82.1.1 防跳装置失效原因分析82.1.2 改善防跳性能的途径及方法102.1.3 改进防跳装置（三连件）的强度计算111.零件几何模型112.装配体实体模型123.装配体有限元模型122.2

4、 引起车钩自动分离的其它原因及预防措施152.2.1 车钩闭锁作用不良152.2.3 钩提杆的转动惯量182.2.4 钩提链松余量212.2.5 纵向冲击力的作用222.2.6 钩头的下垂或上翘22结 论23参考文献24致 谢25绪 论1.课题的意义铁路是我国主要的运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。铁路的客货运量占我国总运量的 50%，是国民经济发展的先导。由于铁路运输安全、快速、运量大、方便、节能，相对公路运输而言污染小，不受自然气候条件的制约，所以它在世界整个运输业中具有重要的不可替代的地位。铁路运输尤其是高速铁路运输引起了世界各国的高速重视。近年来我国铁路得到了飞跃的发展，今后

5、20 年是我国铁路发展的高峰期，国家计划修建干线高速铁路，许多大中城市开始或计划修建城市轻轨铁路和地铁。所以铁路运输尤其是高速铁路运输，将要在我国经济建设和人民生活中起到重要的作用。 但是在铁路运输业中，有许多关键技术问题还有待进一步解决。车钩缓冲装置是铁道车辆的重要部件，它在机车与车辆、车辆与车辆之间起着连挂作用，并在列车运行中传递牵引力和缓解冲击力，在车辆运输中起着非常重要的作用。随着我国铁路运输提速、重载的发展，作为当前货车主流品种的13号上作用式车钩，在货物列车运行中时有故障发生，严重影响铁路的正常运输，造成了较大的经济损失1。如车辆在运行中车钩自动分离、由于钩体裂纹和钩尾框后弯角裂纹

6、引起的断裂造成的分离和钩舌折断造成的分离等。随着我国列车速度的提高和轴重的加大，13号车钩出现故障的频率越来越高。这不仅使铁路运输成本迅速增加，而且直接影响列车的安全。已经严重影响了我国铁路客货运输秩序，在一定的程度上制约了铁道车辆的进一步提速，影响铁路运力的进一步提高。因此，改进13号车钩的结构，对于提高车辆连接的稳定性、防止分离、保证铁路客货运输秩序、节约成本、提高铁路运力具有重要的现实意义2。 由于采用低合金铸钢制造车钩，加上重载、提速的工况，使新造、检修车钩的裂纹发生率增加。为消除裂纹，采用了专用磁粉探伤设备，并规定对铸件做大面积全数检查，这给生产、检修部门都带来了较大的工作量，且质量

7、难以保证。对由于材料、铸造、热处理等因素造成的原始裂纹、焊补造成的裂纹和由于结构、缺陷等产生应力集中而造成的应用裂纹等产生的原因、避免的可能性、裂纹的扩展速率、疲劳裂纹及寿命都有进行专题研究的必要。对各种裂纹及寿命进行研究，对各种裂纹的成因、避免措施(尤其是避免产生原始裂纹) 、有效控制方法进行研究，对在正常工况下运用的车钩提出在其寿车钩的设计计算主要采用有限单元法。力学问题的分析方法可分为解析法与数值法两大类。解析法，由于数学上的困难，通常只有某些简单问题才能得到解析的答案，而对于多数复杂结构问题，目前还没能得到闭合解。现在，为了求解这些复杂问题，唯一的途径是应用数值法，求得问题的近似解。数

8、值法又分为两大类：第一类是在解析法的基础上进行数值计算，它的要点是对基本微分方程采用近似的数值解法，如将微分改为差分，建立差分方程，得有限差分法；第二类是在力学模型上进行近似的数值计算。它的基本点是将连续体简化为由有限个单元组成的离散化模型，再对离散化模型求出数值解答，这类方法的代表就是近三十年发展起来的有限单元法。两类方法相比，有限单元法具有如下优点：(1)物理概念清晰。有限单元法从一开始就从力学角度进行简化，易于理解。 (2)可以在不同的水平上建立起对该法的理解。它可以从通俗易懂的结构力学方法出发，阐述其基本原理和公式推导，也可以利用变分原理为该法建立起严格的数学解释。 (3)有较强的灵活

9、性与适用性。 (4)采用矩阵表达形式，便于编制计算机程序，能充分利用高速电子计算机这个现代化工具。 因此有限元法已被公认为力学分析中的新颖而又有效的数值方法，它主要借助于两个重要工具：在理论推导方面，采用了矩阵方法；在实际计算中，采用了电子计算机。有限元、矩阵、计算机是三位一体的。3.我国货车车钩的发展我国货车车钩的演变经历了 13 号车钩定型、研制低合金高强度13号车钩、研制生产 16/ 17 号联锁式转动和固定车钩、停止生产普碳钢13号车钩、试行 E 级钢 13A 型(小间隙) 车钩和 16/ 17 号车钩几个阶段。13号车钩至今仍是我国货车用主型车钩。第1章13号上作用式车钩的组成与作用

10、原理 1.1 车钩缓冲装置的组成及功能车钩缓冲装置是车辆最重要的部件之一，通过它使机车和车辆或车辆和车辆之间实现连挂，并且传递和缓和列车在运行或调车作业时所产生的牵引力和冲击力20。 车钩缓冲装置由车钩、缓冲器、钩尾框、从板等零部件组成。图1.1 为车钩缓冲装置的一般结构形式。在钩尾框内依次装有前从板、缓冲器和后从板（有时不需后从板），借助钩尾销把车钩和钩尾框连成一个整体，从而使车辆具有连挂、牵引和缓冲三种功能。图1.1 13号车钩缓冲装置结构简图 在车钩缓冲装置中，车钩的作用是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂和传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离。缓冲器是用来缓和列车运行及

11、调车作业时车辆之间的冲撞，吸收冲击动能，减小车辆相互冲击时所产生的动力作用。从板和钩尾框则起着传递纵向力（牵引力或冲击力）的作用。 1.2 车钩的组成 车钩及其零件大都由铸钢制成。车钩可分为钩头、钩身、钩尾三个部分。钩头与钩舌通过钩舌销相连接，钩舌可绕钩舌销转动，钩头内部装有钩锁铁、钩舌推铁、钩提销（下作用式车钩为钩推销）等零件。当这些零件处于不同位置时，可使车钩具有闭锁、开锁、全开三种作用，俗称三态作用。钩身部分为空腹的厚壁断面，钩尾部分开有钩尾销孔，可借助于钩尾销与钩尾框相连。图 1.2 所示 我国货车上使用的 13 号车钩，其中包括 1-钩体、2-钩舌、3-钩推铁、4-上锁销、5-上锁销

12、杆、6-钩锁铁和 7-钩舌销。13 号车钩的设计较合理地安排了钩头与钩舌及钩舌与钩舌销之间的间隙。在闭锁位置时，可使钩舌销不受或较少地分担作用力，从而更充分地发挥了车钩各部材料的承载能力，故车钩的强度较大。由普通碳钢制造的 13 号车钩的抗拉破坏强度约 2.5MN 左右，当采用低合金高强度铸钢时，其抗拉破坏强度可达 3MN 以上。而普通铸钢的 2 号车钩抗拉破坏强度仅为 1.61.8MN。图1.2 13号车钩上作用式车钩零件图1.2所示我国货车上使用的13 号车钩，其中包括1-钩体、2-钩舌、3钩舌推铁、4-上锁销、5-上锁销杆、6-钩锁铁和 7-钩舌销。13 号车钩的设计较合理地安排了钩头与

13、钩舌及钩舌与钩舌销之间的间隙。在闭锁位置时，可使钩舌销不受或较少地分担作用力，从而更充分地发挥了车钩各部材料的承载能力，故 车钩的强度较大。由普通碳钢制造的 13 号车钩的抗拉破坏强度约 2.5MN 左右当采用低合金高强度铸钢时，其抗拉破坏强度可达 3MN 以上。而普通铸钢的 2号车钩抗拉破坏强度仅为 1.61.8MN。 图1.3 13 号车钩钩头、钩舌及钩舌销各部间隙 13 号车钩钩头、钩舌及钩舌销之间的间隙配置如图 2.3 所示。钩头与钩舌上下两个牵引突缘之间的间隙最小，两个护销突缘之间的间隙稍大，钩耳孔与钩舌销之间的间隙最大，车钩受牵拉时，两个牵引突缘最先受力，当牵引突缘受磨耗间隙增大后

14、，它与护销突缘一起传递牵引力。当各突缘间经磨耗后间隙均增大时，则牵引突缘、护销突缘与钩舌销三者共同承受牵引力。此外，将钩耳孔做成长圆形，既可保证纵向的合理间隙，又避免了横向的间隙过大。 1.3 13 号车钩的三态作用 13号车钩具有闭锁、开锁、全开三种作用位置，即三态作用。在结构上，钩头零件中的钩舌推铁不是竖立地放置在钩头腔内，它带有突出的转轴成水平位置插在钩头腔内相应的孔中。在装配位置方面，钩锁铁是坐在钩舌推铁的一端。（1）闭锁位置 （图1.4） 图1.4 13 号上作用式车钩闭锁位置 钩锁铁的中部台阶a 坐落在钩舌推铁的一端b 上，此时钩锁铁处于最低位置，钩舌尾部c 受钩锁铁 d 处阻挡，

15、钩锁铁的另一侧受钩腔内壁阻挡，钩舌被锁住不得转动，呈闭锁位置。 为了防止列车在运行中由于振动而引起钩锁铁跳动，造成自动脱钩的危险，设有防跳装置。对于上作用式车钩，上锁销的下部销钉沿着上锁销杆的弯孔滑下，致使上锁销下部弯钩及上锁销杆顶部e 处倒入钩头内腔相应位置的挡棱 f 下方。这样，钩锁铁虽受振动，但因上锁销杆顶部被钩头内的挡棱所顶挡，起到了一定的防跳作用。 （2）开锁位置 （图1.5） 图1.5 13 号上作用式车钩开锁位置13号上作用式车钩全开位置 如果继续扳动钩提杆至极限位置，使钩锁铁上升至其前端上部的i 处与钩头内腔的j 处接触，并以此点为支点，钩锁贴下面的 k 部踢拨钩舌推铁的相应端

16、，则钩舌推铁绕其转轴水平转动，其另一端踢拨钩舌尾部，使钩舌转开至全开状态。此即为全开位置。 在车辆连挂之前，必须有一个车钩处于全开位置，才能实现自动连挂。 第2章13号上作用式车钩存在的问题及预防或改进措施 13号车钩属于关节式非刚性自动车钩，它的设计较合理地安排了钩头与钩 舌、钩舌与钩舌销之间的间隙，在闭锁位置时，可使钩舌销不受或较少地承受用 力，更充分地发挥了车钩各部材料的承载能力。由于其强度大，因而在我国货车 上大量地应用。然而，随着铁路提速和重载列车的开行，13号上作用式车钩在 应用过程中出现的故障越来越多，而且故障发生的频次越来越高，严重影响了铁路运输秩序。车钩故障主要有自动分离和破

17、损引起的分离两类。引起车钩自动分离的原因有防跳装置失效、车钩闭锁作用不良、钩提杆的横纵向位移大、钩提链松余量小、钩头的下垂或上翘等，其中防跳装置失效是引起车钩自动分离的主要原因。引起破损分离的原因有疲劳裂纹和铸造缺陷等。 2.1 引起车钩自动分离的主要原因及改进措施 2.1.1 防跳装置失效原因分析 1. 13 号上作用式车钩防跳装置存在的主要问题是防跳约束力太小。如图2.1 所示，上锁销自1.38kg ，现用上锁销杆以锁舌下平面支撑于钩头上平面上，重心位于中心孔G内，处于支撑面之内，产生防跳作用的偏心力主要是A A 断面 左侧的重力，只占上锁销总重量的1/ 51/ 4 ，约0.2 kg0.4

18、 kg 。在相互连接的一对车钩中，上锁销杆的防跳作用力，一个与列车运行方向一致，另一个与列车运行方向相反。与列车运行方向一致的车钩在列车制动时，由于惯性作用，钩腔内上锁销脱离防跳台，钩锁铁防跳失效。钩锁铁、上锁销杆和上锁销会在受到垂向振动时一起跳起，使得钩头内的防跳台起不到防跳作用。当钩锁铁弹跳到一定高度时，钩锁铁完全脱离钩锁铁承台，钩锁铁就无法限制钩舌的转动，必然造成车钩自然分离。因此，车钩分离多发生在与列车前进方向相同一端的车钩上。 图2.1上锁销2. 为了防止在车辆运行时，钩锁铁因车辆运行时的剧烈振动(由车辆加速、制动和轨道不平顺等原因造成)而自动跳起造成脱钩的事故，13号车钩设有防跳装

19、置。 对于上作用式车钩，如图2.2所示，上锁销的下部销钉沿着上锁销杆的弯孔滑下，致使上锁销下部弯钩及上锁销杆顶部倒入钩腔防跳台下方。这样，钩锁铁虽受到振动，但因上锁销杆顶部被钩头内的防跳台所阻挡而无法弹出，起到了防跳作用。应当看到，该防跳作用的实现依赖于车钩组件间的相互配合。然而，由于车钩组件均为铸造件，不同厂家甚至不同批次制造出来的零件都存在着较大的尺寸偏差，以及长期使用导致了零件的磨损，致使各组件不能很好地配合，防跳失效现象经常发生。同时，车钩在运行过程中由于运行状况发生改变而产生了各部件间的碰撞，使得车钩内的钩锁铁、上锁销和上锁销杆产生剧烈的纵向和垂向振动，当上锁销下部弯钩及上锁销杆顶部

20、因纵向振动而从钩腔防跳台下摆出时，钩锁铁、上锁销杆和上锁销就会在垂向振动时一起跳起，使得钩腔防跳台起不到防跳作用。当钩锁铁完全脱离钩锁承台弹跳到一定高度时，它就无动了，脱钩就成为了必然。 图2.2 13号上作用式车钩原结构2.1.2 改善防跳性能的途径及方法 图2.3 13号上作用式车钩改进结构 改善防跳性能有两种途径：一种途径是根据运用要求，设计出结构更合理的新型车钩，另一种途径是保持现用车钩的主体结构，通过局部结构的改进，提高防跳性能。显然，后一种途径会大大缩短设计周期，降低设计成本，但它还可能会继承原有结构的潜在缺陷。考虑到13号车钩的运用状况，本文选择了后一种途径，因为这样不会产生新老

21、类型车钩之间互换困难的问题，增大了使用的范围和灵活性，可以在保证实现设计目标的前提下降低设计周期和改造成本。根据三杆直立不稳定的原理，大连交通大学课题组设计出了三连件防跳装置，它通过有效约束钩锁铁弹跳高度来实现防跳的目的，如图2.3所示。 它由上锁销杆、上锁销和上锁提三个零件连接而成，替换原有的上锁销和上锁销杆，在不改变现有13号上作用式车钩的钩腔、钩舌、钩锁铁几何形状和尺寸限度的前提下，充分利用钩腔内的空间，依靠构件特殊的几何形状，在其自身重力作用下，自由下落形成反“Z”形结构，与钩锁铁共同作用，实现两级防跳。正常情况下，车钩在受到冲击振动时，上锁提和上锁销共同作用，达到限制上锁销杆纵向运动

22、幅度的目的，使得上锁销杆顶部始终处于钩腔防跳台下方，上锁销杆及钩锁铁垂向运动的幅度就得到了有效的控制，钩锁铁无法完全脱离锁铁承台，从而实现防跳的目的，此为一级防跳，与原防跳装置原理基本相同，但因为结构得到了改进，安全系数已经明显地提高了。二级防跳的实现是应用在非正常情况下，即车钩各零因磨损或铸造误差而出现较大的尺寸偏差时，由于各零件的配合有了较大的间隙，上锁提和上锁销共同作用，有效地限制上锁销杆的纵向运动幅度，使得上锁销杆顶部从钩头内腔的防跳台下方摆出后，能随时回归到原位。这种情况下，对原防跳装置来说防跳功能已经完全失效，随时会发生脱钩的事故。但对三连件防跳装置来说，由于其独特的结构，防跳功能

23、仍能实现。此时，车钩继续受纵向和垂向冲击振动，上锁提和上锁销的连接部位将会与钩腔顶孔的前沿发生碰撞，使得上锁销因反弹而将上锁销杆回推到钩腔的防跳台下，重新恢复一级防跳的功能。这样就可以完全防止车钩自然分离现象的发生了。2.1.3 改进防跳装置（三连件）的强度计算 1.零件几何模型 一组三连件包括上锁提上锁销、上锁销杆和两个铆钉。为了在进行有限元计算时更好的模拟真实的受力状态，引入了两个附件用来传递力。各零件实体模型如图 2.4 所示。图2.4 三连件实体模型 2.装配体实体模型 对于上锁提、上锁销和上锁销杆强度的计算，分别采用简单的装配体进行。上锁提装配体中包括上锁提、附件 1 和铆钉 1；上

24、锁销装配体中包括上锁销、铆钉 1 和铆钉 2；上锁销杆装配体中包括上锁销杆、铆钉 2 和附件 2。各装配体模型如图2.5 所示。 图2.5 三连件装配体模型 3.装配体有限元模型 （1） 单元划分：分别对装配体中的各零件采用四面体单进行划分，上锁提装配体模型的节点总数为 9286 个，单元总数为 38401 个；上锁销装配体模型的节点总数为5145 个，单元总数为 18700 个；上锁销杆装的节点总数为 5966 个，单元总数为 24210 个。 （2）材料特性：所有零件材质均为钢，弹性模量 E=2.1×105MPa，泊松比 =0.29。 （3）接触的定义：在上锁提装配体、上锁销装配

25、体和上锁销杆装配体中分别定义了两对接触，具体定义如表 2.1 和表 2.2 在个模型中生成的接触单数分别为211 个、69 个和 193 个。表2.1 接触区的定义 表2.2 接触对和搜索距离的定义4.载荷和约束的施加 按照货车段修规程的要求，锁铁的座入量不得小于 45 毫米。在闭锁位时，对锁铁上下运动的约束是上锁销和上锁销杆：上锁销依靠上锁销杆自重的偏心作用力，向后推动上锁销杆向后运动，使上锁销杆的上防跳台落入钩腔防跳台内，约束了锁铁受到外力振动时向上跳动动作，产生防跳作用。根据车钩防跳作用原理，锁销和锁销杆在防跳时所受作用力和调车作业提钩分钩时的作用力，远远小于在检修过程中用锁销吊运成套钩

26、缓装置时锁销所受到的拉力（202+93+178+140=613kg，等号前分别为成套车钩，钩尾框，缓冲器，两块冲板的重量），因此，在防跳装置的强度校核时，应以 613kg 力为最大拉力计算。在三个装配体中分别在铆钉 1 上方圆柱面、铆钉 2 上方圆柱面和附件2 上方圆柱面上施加 6130N 的垂直向下的力。 在上锁提装配体中的附件 1 圆面上施加全约束和铆钉 1 圆面上施加横向位移约束；在上锁销装体中的铆钉 1 圆面上施加全约束和铆钉 2 圆面上施加横向位移约束；在上锁销杆装配体中铆钉 2 圆面上施加全约束和附件 2 圆面上施加除垂向外的其他位移约束。三连件的装配体有限元模型如图 2.6 所示

27、 图2.6 5.计算结果 经计算三连件的应力云图如图 2.7 所示。 图2.7 从应力云图中可以看出，上锁提、上锁销和上锁销杆的最大应力值分别64.7MPa、142MPa 和 123MPa，均小于 C 级钢的许用应力（195MPa），远远小于 C 级钢的屈服极限（415MPa），满足要求。 3.1.4 改进防跳装置（三连件）的主要特点 该13号上作用式车钩防跳装置结构简单，在车辆连挂和分解时操作方便，在检修时便于维修。主要特点是：(1)不改变现用的车钩装置的结构和作用原理，防跳性能在现有的防跳锁的基础上有较大的提高； (2)不改变车站调车作业中车钩分解与连挂作业习惯； (3)符合铁路技术管理规

28、则、铁路货车厂、段修规程要求； (4)不改变现有的车钩钩腔、钩舌、钩锁铁等其他配件的几何形状和尺寸限度； (5)不改变车钩检修的作业习惯； (6)防跳性能对钩腔内各配件磨损和尺寸偏差的敏感性小； (7)改造过程简单，可以在较短的时间内完成改装任务，适合在全路大批量改造，只需在车辆检修时将现用的上锁销和上锁销杆按要求换下即可。 根据以上设计方案生产的防跳装置经装车运行试验证明，该防跳装置的防跳作用达到了理论设计预想。13号上作用式车钩安装该防跳装置，可大大提高防止自然分离的能力，充分发挥其分解、连挂、检修简单，牵引力大，实用性强的特点，且投资少，见效快，改造方便。2.2 引起车钩自动分离的其它原

29、因及预防措施 2.2.1 车钩闭锁作用不良 1.原因分析 车钩各部位变形与综合磨耗尺寸过限，使车辆行驶在曲线区段时闭锁作用不良， 两车钩相互转动而脱开，是导致货车车钩自动分离的原因之一。(1) “假落锁”是造成车钩因闭锁作用不良而分离的最直接、最关键的原因之一23。假落锁是指车钩处于闭锁位置，钩锁铁虽已经落下挡住钩舌，但上锁销未充分落下，上锁销与车钩锁孔部有间隙，上锁销杆与车钩防跳台未处于防跳状态，此时用锁铁托具托起钩锁铁，钩锁铁向上移动，没有防跳作用。产生的主要原因是钩舌尾部钩锁承台堆焊过高。段修规程中规定：“13 号车钩钩舌在钩锁承台处堆焊后，钩锁坐入量最小处不得小于45 mm”。但在车钩

30、检修中，为了处理防跳间隙超限，有些单位未认真进行配件选配，而单纯采用堆焊钩锁承台的方法，致使坐入量不足45 mm(即堆焊过高) ，迫使钩锁铁和上锁销上移。如果上锁销杆上端超过上防跳台，钩锁铁可以向上移动，车钩没有防跳作用；如果上锁销杆上端平面与上防跳台基本处于同一高度，上锁销上端虽能坐入上防跳台下方，但动作不灵活。装车使用后，就可能出现上锁销杆上端不能坐入上防跳台下方而使防跳作用失灵，造成运行中车钩自动开锁分离。(2)车钩钩头各零件磨耗过限或钩腕外胀变形超限时，会使钩腕内距超限，车辆在弯道运行时会造成车钩自动分离。(3)车钩钩腕的外胀、钩耳的上翘及下垂等各相关部位的严重变形，使车钩在装车后，往

31、往造成闭锁失效。在钩腕加焊钢板时，未按要求焊接，在摩擦或撞击时容易脱落。(4)钩舌锁面、钩锁铁两侧面和钩腔内壁磨耗过限部位加修不良，如未按要求均匀堆焊再加工平整，而是仅在磨耗部位堆焊面积很小的一块或一行，在车辆运行当中受冲击或摩擦后极易脱落，造成闭锁位尺寸超限。 (5)运用中钩提链圆销开口销过长或劈开角度不够，支撑在钩锁销孔边缘，阻碍落锁也会造成闭锁不良。 2.预防措施(1)严格执行钩缓配件的使用寿命管理规定，不能进行无休止的焊修和热处理工作。 (2)钩腔内部各配件修后应恢复其原形尺寸，重点加强对钩腔内防跳台的检查与修理。对锁铁挂钩轴、上锁销杆上部圆弧严禁加修，过限或不能满足防跳性能要求时一律

32、报废，对允许加修的钩腔内部配件，磨耗过限需要加修时，加修后必须恢复原型，不能恢复原形时，一律更换为新品。对钩腔内部防跳台及其余磨耗部位必须全数进行检查，防跳台磨耗过限时，具备加修能力的单位，加修后必须磨修，不具备加修能力的单位，必须对车钩进行更换，严禁使用过限车钩，严禁通过堆焊钩头顶部的上锁销杆座来调整防跳台限度。 (3)对钩锁承台的加修须满焊，打磨必须平整，必须保证锁铁坐入量不小于45 mm ，严禁在落成交验时以堆焊钩锁承台来解决防跳作用过限的问题。 (4)选配组装过程中，除按规定对组装好的车钩进行三态作用试验外，还要认真试验防跳作用是否可靠，并加强对车钩防跳间隙的限度控制。 (5)检修车钩

33、时，车钩钩腕端部外胀变形影响闭锁位置时应调修、堆焊或焊装厚度为 515mm、高度为 6070mm 的梯形钢板，钢板需有 2 个小于 20m的塞焊孔，焊后磨修平整；外胀变形大于 15mm 时更换。 (6) 配钩时，要在安装钩舌前测量闭锁尺寸，超限时重新选配。 2.2.2 钩提杆的横、纵向位移 1.原因分析 当列车通过曲线或辙岔时车体会带动钩提杆产生横、纵向的位移，钩提链松余量相应地会随之减少，在钩提杆的横、纵向位移过限特别是钩提杆头位于上销头的前方时，钩提杆链松余量的减少会加剧甚至丧失，极易引起车钩的自动分离24。 2. 改进措施 （1）对新造敞车、棚车，上作用式钩提杆座直接设计为具有类似下作用

34、式的定位槽，而对运行中的敞车、棚车，当定检到期后，可将上作用式钩提杆座改造为具有类似下作用式的定位槽，或给上作用式钩提杆座加装限位装置，使得钩提杆即使在纵向冲击力的作用下，也不能产生甩动，这是当前减少运行中列车车钩分离最有效的措施。 （2）在车辆新造及各级修程检修时，严格执行上作用式车钩钩提杆与车钩纵向中心线左右横动量不大于 50mm 要求。通过实际运用证明这种控制对预防货车分离事故的发生是有效的，因为在列车通过弯道或颠簸以及加速度和减速度时，在较大的钩提杆横动量和摆动的情况下，会给车钩上锁销一定的牵拉力，当牵拉力足够时就会使车钩达到开锁状态，从而导致货物列车发生自动分离事故。因此，控制钩提杆

35、横向串动量对防止车钩自动分离是必要的。由于检测方法不统一以及不规范，因此应该按照以下正确的测量方法进行测量。 首先是确定测量基准，按厂修规程的要求：“当车钩纵向中心与车体纵向中心重合时，以上锁销孔纵向中心与钩提杆头部纵向中心重合时为基准”，这时的状态如图2.8所示（其中1为车体角柱，2为钩提杆座，3为钩提杆，4为车钩，5为车体端墙，6为钩提链），车体的垂向中心线与钩提链6的垂向中心距离25mm的尺寸就得以确定，然后钩提杆3上划好刻线再左右窜动钩提杆，根据刻线的位置变化测量出钩提杆3与钩提杆座2的左右移动量的数值小于50mm为合格。图2.8 货车端部示意图2.2.3 钩提杆的转动惯量 1.原因分

36、析 由于敞车、棚车装用的车钩均为 13 号上作用式车钩，当列车车速发生突变时，列车将产生很大的纵向冲击力2627。正常状态下，上锁销杆导入端的上平面抵在钩腔内的防跳台下部，起到车钩的防跳作用。在纵向冲击力的作用下，钩提杆必然随着车体的惯性向上甩起，只要钩提杆的转动惯量产生的力大于提钩力，钩提杆就通过钩提链提升上锁销，使上锁销处在一个向上提升的力的作用状态下，而此时上锁销杆在车辆受到纵向冲击而产生的惯性力的作用下向前窜出，脱离钩腔内防跳止挡台下方，车钩即刻失去防跳作用。 2.改进措施在车体端墙上加装限位装置，以限制钩提杆的摆动和纵向位移。该装置主要包括安装座、导向柱、上下两部分滑动体和弹簧。工作

37、原理：需要解钩时将滑动体拉起（此时弹簧被压缩），当滑动体上的定位挡高出导向柱上的定位凹槽时滑动体可以绕着导向柱旋转到使钩提杆不受约束位置，此时可以完成解钩；当车辆运行时，将滑动体恢复原来位置，由于解钩时弹簧被压缩，而此时弹簧要恢复原长，这就使得滑动体上的定位挡从新落入到导向杆柱上的定位凹槽中，起到了限制钩提杆的摆动和纵向位移的作用。该装置的主要零件实体图、导向柱和滑动体平面图分别如图图2.9 限位装置主要零件实体图3. 限位装置的组装： 首先是将弹簧套在导向柱上，然后将导向柱与弹簧一起固在安装座上，再安装上、下滑动体即可，限位装置组装图如图3.11所示。图2.10 导向柱和滑动体平面图图2.1

38、1限位装置组装图 限位装置的安装：从图2.8中可知，如果各部件安装的位置正确，其钩提杆链垂向中心与车体中心距离为25 mm，则钩提杆座(右)中心与钩提杆链垂向中心距为65 mm。如果按这样的尺寸定位后测量钩提杆的横向移动量，就得出如下公式： 左向的横动量数值应为：LZ=65-H/2-D/2+X右向的横动量数值应为：LY=L1-1135-65-H/2-D/2-T+X式中LZ为钩提杆左向的横动量数值；LY为钩提杆右向的横动量数值；L1为钩提杆横向长度；X为钩提杆座安装误差；D为钩提杆直径；H为钩提杆座孔部宽度；T为钩提杆R( 钩 提 把 拐 弯 处 )不能通过钩提杆座孔的剩余 长 度 。如果设X=

39、0 时 ，按图纸(QCH136-84-00-000)的设计尺寸进行计算，就能得出名义尺寸时的钩提杆与车钩纵向中心线左右横动量。图纸中的参数如下：H=25；D= 22；L1=1300；钩提杆座孔的直径 33；钩提把拐弯处的R=80。因此得出：LZ=41.5mm；LY=37mm。 考虑到上述的左右横动量，图中a、b、c、d的尺寸值分别为41.5mm、22mm、37mm和20mm，具体安装位置如图2.12所示。 图2.12限位装置安装位置示意图2.2.4 钩提链松余量 1.原因分析 按规定，在车辆新造及各级修程检修时，钩提链松余量要调整至 4050 mm，上作用式车钩钩提杆与车钩纵向中心线左右横动量

40、不得大于 50 mm。该限度是在车钩缓冲装置各部分配件状态良好下的静态测量值，但在实际运用中车钩随车辆一起发生振动，钩提杆出现横向移动和纵向摆动，加之车钩缓冲装置各部分部件磨耗，车钩出现纵向移动等情况，钩提链松余量会被动减少，甚至没有松余量。另外，一些检修单位的检修质量不高，缓冲器自由高超限，增大了车钩缓冲装置在列车运行中的纵向移动，也会减少钩提链松余量。由于条件有限，部分松余量超限的钩提链不能及时发现。另外为了防止马蹄环丢失，许多车辆的马蹄环被焊死，运用中遇到这些情况时也无法处理，当路况不好、司机操作不当或车辆自身原因出现振动时极易造成车钩分离。 2.改进措施检修单位应该加强对车钩及配件可见

41、部位的检查，及时发现并处理钩提链过紧的故障。2.2.5 纵向冲击力的作用 1.原因分析 货物列车编组一般都在60 辆70 辆之间，列车在运行时，由于我国现有货车制动机形式不一( GK、103 、120 等多种制动机混编，制动波速不一) ，运行速度稍有突变，列车的纵向冲击力就很大，列车的中后部尤其明显。因此，纵向冲击力是造成车钩分离的主要外因。 2.改进措施加快现有货车的技术改造。为适应铁路运输重载、提速的需求，要加快对现有货车13A 型小间隙车钩的更换、120 分配阀的改造，以减少列车的纵向冲击力。2.2.6 钩头的下垂或上翘 1.原因分析 在新段修规程中，段修落成车钩头下垂或上翘不超过 5

42、mm ，而在运用车中钩头的下垂或上翘超过 5 mm 的现象比较多。钩头的下垂或上翘在列车的编组中尤其在车辆空、重载相互连挂的情况下，容易引起车钩的互钩差而影响钩提链松余量。当列车运行至路基松软或线路“三角坑”等病害地段时，易造成瞬间互钩差超限而导致列车分离。这种情况在平直良好线路调查时，各部限度尺寸均符合铁路货车运用维修规程的各项要求。 2.改进措施 在检修时应该认真的检查车辆钩托梁磨耗板是否丢失和钩身磨耗是否超限保证两车车钩互钩差在75 mm 范围内并且钩头下垂或上翘不超过5 mm。 结 论本文针对我国 13 号车钩使用过程中出现的各种故障进行全面系统的分析，得出发生故障的原因并给出解决措施。论文的核心内容是利用 Pro/ENGINEER 软件进行建模和有限元分析软件 I-DEAS 进行拉伸和压缩两种情况下的受力分析并进行主要零件的改进和疲劳寿命的预测，为 13 号车钩的设计部门和使用单位提供一定的理论依据。 所得主要结论如下：1.通过装配体有限元分析（力的传递用接触定义），得出上锁提、上锁销和上锁销杆的最大应力值分别为 64.7MPa、142MPa 和 1