【铁路火车车钩分离原因分析及处理方法研究-以17号车钩为例10000字（论文）】

铁路火车车钩分离原因分析及处理方法研究一以17号车钩为例中文摘要以及案例研究的方法，选取17号车钩作为研究对象，在综合国内外学者研究成果的基础上，首先介绍了17号钩的组成及特点，然后对17号车钩自动分离的主关键词：17号车钩；自动分离；防跳装置 I 31.1研究目的及意义 31.2文献综述 3 41.3研究方法 5 61.5研究思路与论文结构 6217号车钩的组成及特点 72.1车钩缓冲装置的组成及功能 72.2车钩的组成 8317号车钩自动分离的原因及预防改进措施 3.1引起车钩自动分离的主要原因及改进措施 3.1.2改善防跳性能的途径及方法 3.2引起车钩自动分离的其它原因及预防措施 3.2.3钩尾销孔裂纹 4钩尾销螺栓折断的原因分析及解决措施 4.1.1铸造缺陷的影响 4.2.2制造误差或更换钩舌时选配不当 4.1.3加修钩耳孔或配装钩舌不当 4.1.4车钩检修工装不齐备、工艺未落实 4.2措施及建议 5结论 3 1.1研究目的及意义1.2文献综述1873年EJanneyHli发明了最早的能够自动闭锁的钩舌式货车车钩，詹式车断发展，1916年美国制造出互换性良好的D型车钩。为了提高车钩强度，1932车钩种类在新中国成立前没有固定的标准，总类非常繁杂，1956年我国铁道部1965年我国在E型车钩的基础上进行改进设计制造了客车用15号车钩和货车用1963年，美国研制的Mark-50货车摩擦式缓冲器通过了北美道路协会AARM-901-E标准认证，适用于总重为80.5~100t的货车；Webtec公司在该缓冲器的基础上进行改良，设计出了Mark-325型、CrownSE型缓冲器，缓存容量比Mark-50货车摩擦式缓冲器提高了20%左右，被广泛应用在全世界多个国家的铁4 20世纪80年代，Miner公司研制出了以SL-76型橡胶缓冲器、TF-880型弹性体缓冲器等多种类型的车钩缓冲器，这些缓冲器使用的是TecsPack弹性体，比橡胶性能更稳定。20世纪90年代，研制了CrownTG型缓冲器。在液压缓冲器基础上，欧洲于20世纪后期研制了液气缓冲器，取消了原有的钢弹簧，利用该公司的液压缓冲器占北美车钩缓冲器市场的60%~70%。孙志才等(2018)研究认为因车钩检修质量不良导致列车分离是货车典型故作者以13型上作用车钩成为防车钩分离的重点，在总结丰台车辆段货车车钩检牛鑫辉(2019)认为车钩分离是铁路货车常见故障类型之一，严重影响铁路运输安全。从物理性能上看，致17号车钩分离主要原因是防跳装置失效、车钩王南海(2016)认为，提钩链的松余量不足也是导致防跳装置失效的主要原洪文胜(2017)指出，车钩闭锁位尺寸超限会使车辆在曲线区段运行时两车王海静等(2020)分析认为，牵引凸缘磨耗或各部位磨耗使钩舌、钩锁与钩5 测量时，闭锁位尺寸超限。但如果在装入钩舌锁的情况下再测量时，却有相当一部分闭锁位尺寸不超限。这样的车钩装车使用后，当遇到钩舌销折断或弯曲时，会因闭锁位尺寸突然增大而失去控制作用而分离。刘振兴，张宏伟(2021)指出车钩各部位磨耗变形后加修不良也是导致其易分离的原因。如钩舌锁面、钩锁内侧面及钩锁腔内壁磨耗过限时，未按要求在均匀堆焊后，再加工平整，而只是简单地堆焊面积很小的一块或一行，这些都易造成锁铁不能完全下落到位，或焊缝在车辆运行中因冲击振动而脱落，造成闭锁位尺寸突然增大。李白(2017)认为在我国列车提速重载的形势之下，铁路货车运输出现了货车车钩自动分离的故障，原因由货车列车运行过程中的纵向冲击力和垂直力的加剧造成，它极大程度的影响了铁路的安全畅通，干扰了货物运输秩序，作者重点分析货车车钩的故障原因，并提出相应的预防措施，从而提升铁路列车的质量。耿玮平(2018)认为随着列车牵引重量的不断增大，速度的提高及作为装在棚、敞、罐平等常用车上的17号车钩，因使用时间长，所存在的问题也暴露的日渐明显，以致列车分离事故已成为多发事故。列车分离事故的发生往往是多种不利因素和恶劣条件集中的结果，原因是多方面的，也是复杂的，作者针对于货车车钩分离，出现故障时车钩的外观特征进行了详细论述，同时也从闭锁位不良、拉断钩舌、拉断钩尾框、防跳失灵四个方面给出了车钩分离产生的原因。1.3研究方法文献资料法：主要通过大学图书馆、中国知网等离”、“17型车钩”为关键词搜索相关文献，其中有关于货车车钩分离选择理论基础的，并对相应的研究文献进行选择，对前人的研究成果进行梳理和分析，力求从他们的研究视角和结论中得到启迪，形成本课题研究的理论基础，在分析总结的基础上对17型车钩本身的组成及其原理进行系统的认识和理解，明确本课题的研究目标，内容以及方法。定性分析法：定性分析法是依据预测者的主观判断分析能力来推断事物的性质和发展趋势的分析方法。这种方法可充分发挥人员的经验和判断能力。通过收集、整理本论文研究的资料、数据、访谈内容、教学记录等一系列资料，使用逻6 1绪论并提出建议，最后撰写本论文。在本文当中，以其他学者做好的相关研究成果进行一定的归纳和总结，加上自身的观点，对17号车钩的原理以及分离故障的原因进行详细的阐述。个案研究法：个案研究法就是对单一的研究对象进行深入而具体研究的方法。个案研究的对象可以是个人，也可以是个别团体或机构。个案研究一般对研究对象的一些典型特征作全面、深入的考察和分析，也就是所谓“解剖麻雀”的方法。本文以17号货车车钩为例，分析导致其分离的原因以及解决的对策。1.4研究内容1.17号车钩的组成及特点，包括对车钩缓冲装置的组成及功能以及车钩的组成进行阐述；2.引起车钩自动分离的主要原因及改进措施，主要对防跳装置失效的原因进行分析；并提出改善防跳性能的途径及方法。3.对引起车钩自动分离的其它原因如车钩闭锁作用不良、钩提杆的横、纵向位移、钩提链松余量进行分析，并提出相应的预防措施。4.对钩尾销螺栓折断的原因如铸造缺陷的影响制适误差或更换钩舌时选配不当、加修钩耳孔或配装钩舌不当、车钩检修工装不齐备、工艺未落实等因素进行分析，提出解决措施；1.5研究思路与论文结构本研究的研究路线如图所示图1-1研究路线图选取17号车钩进7 217号车钩的组成及特点法。第二章分析了17号车钩的组成及特点，包括对车钩缓冲装置的组成及功能车钩的组成。第三章从17号车钩自动分离的主要原因具体从主要原因如防跳装置失效、其他原因如车钩闭锁217号车钩的组成及特点17型车钩参照了美国F型车钩及FR型车钩的设计，于1988年研制，1990年开始实现批量生产。其中，17型为固定型号(如图2-1所示),主要装备我国70t级别的普通货运车辆。与13型系列车钩相比，17型车钩结构强度更高，防能。17型车钩目前采用的材料为铸造E级钢(ZG25MnCrNiMo),钩尾框采用的材料为锻造E级钢(25MnCrNiMoA图2-117号车钩 217号车钩的组成及特点缓冲器和后从板(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，17型车钩图2-217号车钩缓冲装置结构简图17型车钩主要由17型车钩钩体、舌、钩舌推铁、钩舌销、锁铁组装、下锁销转轴和17型车钩下锁销组装等零部件组成。中話钩舌推铁、钩舌销和锁铁组装与16型车钩组成完全通用。17型车钩钩体的钩头部分有联锁套口、头及防脱9 车钩连接轮廓：符合AARS117或TB/T2950-1999《联锁车钩连接轮廓》车钩连接轮廓纵向移动间隙：9.5mm车钩最大横向摆角：13°车钩最大垂直摆角：向上5°30'、向下7°车钩连接线处最大横向位移：167mm水平面内最大相对转角：345直面最大相对转角：20两车钩连接时允许的车钩中心线高度差，75mm钩体静拉破坏载荷4005kN钩舌体静拉破坏载荷：23430kN17型钩尾框(含锻造)最小极限载荷：24005kN 317号车钩自动分离的原因及预防改进317号车钩自动分离的原因及预防改进措施通过对车钩防跳机构的相关结构进行分析，我们认为影响16、17型车钩防图3-1导向台位置(1830-2)尺寸在不同情况时的防跳搭接量由图3-1可以看出(测量为理论值，在钩腔配件均未磨耗情况下)钩体下锁腔锁铁导向台位置尺寸为181mm(相对内距65mm)时防跳搭接量为14.5mm;钩体下锁腔锁铁导向台位置尺寸为183mm(相对内距67mm)时防跳搭接量为7.8mm。通过对10套车钩以及钩腔配件进行实物检测发现，这10套车钩中仅有1套的钩锁铁腿存在磨耗的迹象但磨耗量不超过2mm,其余9套的锁铁腿部均未磨耗。但这10套车钩的下锁腔锁铁导向台均存在不同程度的磨耗，对磨耗部位比照原型进行测量，10套车钩中磨耗尺寸均超过了2mm,其它配合部位未见磨耗。综合配合结构分析可见16、17型钩体下锁腔锁铁导向台形状和位置尺寸超差是造成 317号车钩自动分离的原因及预防改进运用磨耗：该处主要是车钩锁铁腿下部纵向面与之摩擦所产生的磨耗。由于车钩钩腔配件均采用E级钢制造与车钩材质相同，并且在车钩组装过程中采用选配，属于互换件，因此经过长时间的运用，车钩相对于钩腔配件来说属于固定配件，再加之钩体下锁腔锁铁导向台属于不易被检查、没有明确检修限度、不便于加修等原因使该突台长期处于逐渐被消耗的磨损状态且得不到相应的维修，因此该处的磨耗情况最终会到达不能保证防跳搭接量的状态。制造质量：从现场钩体下锁腔锁铁导向台形状来看，由于是铸造因此存在不同程度的夹渣、缩孔、缺肉等缺陷。这是因为铸造车钩时，厂家未严格执行铸造工艺。从钩体下锁腔锁铁导向台形状来看该处形状变化复杂，结构空间小，由于结构的限制因此该处铸造问题较多。在铸造过程中由于型砂透气性差，高温金属浇注后，型砂和液体金属产生的部分气体会被留在金属内不能排出，凝固后铸件内便会产生气孔；液体金属浇注到铸型后，要经过液态收缩和凝固收缩的过程，在此过程中铸件体积会缩减，若收缩后得不到液体金属的补充将在铸件的最后部分形成缩孔或缺肉的现象。综合上述原因分析，在车钩下锁腔锁铁导向台磨耗并不太严重的情况下我们可以采取更换钩腔配件进行选配的方法来保证车钩的防跳保护值；对于钩体下锁腔锁铁导向台磨耗严重的且经选配也满足不了防跳保护值的我们提出了进行焊修打磨的解决措施，并在现场对10套车钩进行试验焊修打磨并对防跳性能进行检测，结果均合格，因此该方法可有效解决防跳性能不良的问题。具体检修方案：(1)对于发现防跳搭接不足时可先更换新钩腔配件，判断其是否因为钩腔配件磨耗超限而造成搭接量不足。(2)若更换后防跳搭接量还是不足，则用图2所示样板检查钩体下锁腔锁铁导向台位置和尺寸，样板检查不合格的可进行焊修复原。 317号车钩自动分离的原因及预防改进图3-2检修样板检查部位接；焊条使用前须经350~400C烘干1~2h,随烘干箱降温至100~1509C范围内保温以待使用，使用时取出放在温度在100~150C范围内的保温筒内，随用随取。当天未用完的焊条第二天使用前须重新烘干，重复烘千次数不超过3次；焊修作业前，应对焊修部分进行焊前预热，将被焊区域预热至200~350C。如果一层铺一般层间温度控制在200~300C为宜。(4)由于车钩材质为E级钢，焊条使用的是J857CrNi,再加之该处位置的特(1)在检修17型车钩钩体时增加样板检查，对钩体下锁腔导向台不合格的进证运输安全。(2)加强防跳搭接量保护值测量方法的学习以及应用必须保证测量方法、测量数据准确。(3)对新造车钩加强源头质量控制，针对车钩下锁腔锁铁导向台的形状以及位置的特殊性改善、优化铸造工艺，保证产品质量。(4)新造 317号车钩自动分离的原因及预防改进3.2引起车钩自动分离的其它原因及预防措施车钩开锁作用是车钩三态作用之一相互连接列车车钩都处于闭锁状态要想的钩舌推铁座锁面与锁铁开锁座锁面之间经过长时间的摩擦导致座锁面磨损较为严重进而使得锁铁无法正常停留在钩舌推铁座锁面上。图1为锁铁及钩舌推铁图3-3锁铁及钩舌推铁磨耗部位示意图在17型车钩检修过程中发现车钩下锁腔前弯角处裂纹较多裂纹一般是从里向外延伸裂纹较宽，长度不等但深度不大。图2为车钩下锁腔前弯角裂纹。下锁腔前弯角裂纹 317号车钩自动分离的原因及预防改进图3-4车钩下锁腔前弯角裂纹这种故障可以从车钩的制造工艺、材质和结构等方面进行分析，一般情况下导致这种故障的主要原因包括第-由于17型车钩的一般材质为E级钢这种材料虽然硬度非常大但缺乏韧性因此在运行过程中容易出现裂纹；第二，17型车钩下锁腔前弯角处与整体结构相比较薄，在铸造和焊接时，该部位的过渡较快，因此容易导致缓冲应力集中在这个区域，进而导致该部位出现裂纹；第三，17型车钩下锁腔比13号车钩下锁腔要宽，当17型车钩应用于货运列车时，该部位所承受的纵向力也比较大导致车钩弯角处容易集中较大的应力进而出现裂纹。此外，由于不同型号的车钩支撑结构有所不同，当不同型号车钩之间相互连接时也容易导致车钩下锁腔出现裂纹比如，13号车钩的支撑结构式固定式结构，而17型车钩是弹簧承载结构，当这两种车钩相互连接时，17型车钩受到的冲击载荷比较大17型车钩在工作过程中会承受较大的车钩力，同时，钩尾销孔淬硬层的硬度梯度较大这是导致钩尾销孔裂纹，的主要原因。在我国，17型车钩主要应用于70t及以上的，货运列车，由于货运列车的纵向冲击力较大再加上列车，运行过程中会受到一些外界因素的影响，使17型车钩的，运行工况变得相对复杂和恶劣，进而增加了17型车钩的，故障几率。通常制造17型车钩时都会采用中频感应淬火，工艺这种加工方式的优点是生产效率高加热和冷却速，度快同时淬硬层和加热温度也比较容易控制。但正是由，于加热温度较快，导致车钩的淬硬层硬度变化梯度较大，进而使车钩淬硬层和基体过渡区在牵引载荷的作用下产生裂纹。3.2.4对17型车钩缓冲装置及车辆检修作业的建议第一首先对钩舌推铁座锁面和锁铁开锁座锁面进行仔细的检查检查各部位的磨损情况，如果出现轻微磨损但已经造成开锁不良就需要对其进行焊接修补如果磨损较为严重则需要更换新部件。在安装新部件之前也需要对其进行硬化处理提高相应部位的耐磨性进而减少车钩开锁不良故障的几率。第二在检修车钩时在保证车钩性能和互换性的前提下应适当减小下锁腔的宽度增大圆角半径这样能够有效避免应力集中。同时应该对车钩圆角处铸造工艺进行调整改善钢水冷却速度避免铸造期间产生裂纹。 4钩尾销螺栓折断的原因分析及解决措施第三，在进行17型车钩钩舌接触面与冲击台的改造时尽量将其设计为面接触这样能有效降低编组运行过程中的剪切力。同时，当70t货车运行时尽可能采用单独编组成列的运行方式这样能避免钩腔内部出现裂纹。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。改善17型腔内配件和钩舌结构时，首先要保证车钩整体的韧性，之后再根据不同故障进行针对性的设计不断改进设计方案同时对段修作业进行技术指导。4钩尾销螺栓折断的原因分析及解决措施4.1原因分析从现场部分车钩的钩耳孔裂纹、牵引台裂损的情况来看，铸件大多存在不同程度的夹渣、缩孔、砂眼、缩松、缺肉等缺陷。这是因为在铸造车钩时，厂家未严格执行铸造工艺。由于型砂透气性差，高温金属液浇注后，型砂和液体金属产生的部分气体会被留在金属内不能排出，凝固后铸件内便会产生气孔；型砂的退让性差时，铸件收缩困难，会使铸件产生内应力，甚至发生变形或裂纹等缺陷；液体金属浇注到铸型后，要经过液态收缩和凝固收缩的过程，在此过程中，铸件体积会缩臧，若其收缩后得不到液体金属的补充，将在铸件最后凝固部分形成缩孔；有时浇铸速度过快，钢水中气体未能及时排出砂型，造成气孔；缩松也是由于金属液态收缩和凝固收缩未能补缩所致，实质上是将集中缩孔分散为许多极小的缩孔；有时砂型春得太松，被铁水冲坏，型腔或浇□内散砂未吹净，合箱时砂挡渣作用不良，或浇注温度太低，渣不易上浮，造成钩耳孔.牵引台附近夹渣；由于钩耳孔护销突缘和牵引台处局部截面形状变化大.壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，因而在同-时期内，铸件各部分收缩不一致，或钢水凝固时散热不均匀，极易形成热应力，这些铸造缺陷在交变应力的作用下，逐渐形成裂纹。由于在制造工艺上存在误差或在运用检修中更换钩舌时选配不当，造成钩舌闭锁后活动量大，在列车运行中，加速了牵引台的磨耗和振动，降低了牵引台的强度.尤其是上下牵引台其中只有1个单独受力时，更容易产生裂纹。对于17号 施固定车钩而言，在列车运行摆动过程中，其牵引台承受了更多的剪切力和扭转力。检修中，由于对钩耳孔的加修不当或配装钩舌时，使钩耳孔中心至牵引台间的距离变小等原因，使得钩耳孔护销突缘承担了全部牵引力，在冲击力和牵引力等多种力的作用下.钩耳孔附近便产生了裂纹。另外，由于铣孔镶套所造成的不同心度的存在，也会造成上下钩耳受力不均，使钩耳孔附近产生裂纹。由于段内车钩检修工装不齐备，造成钩腔内侧面、上下牵引台、钩尾销孔、钩尾端部到销孔边缘的厚度磨耗后不能得到及时加修，以至于随着车钩制造时间越长磨耗越多。钩尾销孔、钩尾端部到销孔边缘的厚度磨耗后，造成了车钩纵向间隙变大，引起车钩左右上、下摆动和外窜，运行中车辆间冲击力就会增大，加速了车钩配件的裂损和磨耗，给列车分离留下了隐患。(1)对17号车钩钩耳孔、牵引台周围应认真检查，对牵引台磨耗严重或有裂纹的车钩应更换，特别要注意1994年生产的17号车钩的牵引台。对于有裂纹的钩耳孔，应沿裂纹长度方向铲削V形(60°~70°)坡口，并彻底清除裂纹，根据裂纹部位及坡口情况，选择适当直径的电焊条和电流进行焊接。焊缝处不得有裂纹、夹渣、气孔、咬边、未焊透等缺陷，并需有2mm的增强焊缝，焊后应进行探伤检查，对热处理后的车钩做好全面检查，不得有过烧、脱碳、变形及热裂等现象。(2)车钩加修工区应设法改进工艺流程，添置车钩翻转装置和车钩焊修装置，如埋弧焊机、CO2气体保护焊机等，既提高工作效率，又便于检查、施焊。车钩组装时，钩舌选配应适当，对钩舌闭锁后活动量大的应及时处理；对上下钩耳变形严重的，应更换车钩。(3)车钩生产厂家应规范铸造工艺，尽量减少车钩铸件的夹渣缩孔、砂眼等缺陷。(4)在段修、辅修时，应提高焊接质量，加强焊接前的预热和焊后的打磨，确保恢复配件的原型；为钩腔内防跳台制作测量样板，以便磨耗过限时焊修打磨，并保持原有棱角。 (5)在17号车钩上扩大装用防自动分离止销。对钩尾厚度磨耗过限的车钩加焊钢板，如将不同厚度的钢板在同一模具上冲压成型后，与钩尾端部焊为一体，或在钩尾加装含油尼龙耐磨套，以减少钩尾端部的磨耗。5结论17型车钩的整体性能已达到钩舌式车钩的极限，钩舌作为车钩的实现自动连挂和快速摘钩的核心零件，其作为运动机构的同时，还需要承担所有的拉伸和压缩载荷，钩舌一些特征的设计为了实现机构功能，不得不在其强度性能上有所妥协，这些因素是造成17型车钩不能大幅提高承载能力的主要原因。由于同样的原因，钩身零件的主要薄弱环节集中在了钩头特征，与13型系列车钩相比，17型车钩最明显的改进处体现在了钩头的重新设计上，新的钩头设计不仅提高了钩身零件的安全性，同时最大程度的减少了钩舌零件承受恶劣载荷的可能，但是该设计使得钩身零件的复杂性大大提高，同时增大了车钩整体的重量，这些因素增大了车钩的制造难度和制造成本。本文主要针对17型车钩的组成进行了阐述，并着重分析了17型车钩自动分离的诸多原因进行了分析并提出了改进措施，最后对17型车钩钩尾销螺栓折断的原因以及解决措施进行了探讨。当然，除了上述常见故障之外，在检修中还存在许多维修问题。其中