L-B型制動梁存在的不足與改進(jìn)建議

楊 歐

(哈爾濱鐵路局 齊齊哈爾車輛段,黑龍江齊齊哈爾161002)

制動梁是制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件,隨著鐵路貨車重載、提速的不斷發(fā)展,列車在運行中沖擊較大,制動頻繁。原槽鋼弓形桿制動梁因結(jié)構(gòu)、剛性等問題在使用中故障率較高,已不適應(yīng)鐵路運輸?shù)陌l(fā)展。為適應(yīng)鐵路貨車快速重載的需求,齊齊哈爾軌道交通有限公司借鑒美國AAR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)了L-B型制動梁。

1 L-B型制動梁的結(jié)構(gòu)特點

L-B型制動梁采用緊固件將主要零部件連接,采用滑塊式結(jié)構(gòu),取代了滾動式結(jié)構(gòu),滑塊在閘瓦托上鑄出,消除了槽鋼、弓形桿制動梁滾子軸焊縫裂損、折斷的缺陷。在滑塊上裝用尼龍滑塊磨耗套,提高了易磨耗件的壽命,并利于檢修。支柱由鑄鋼件改為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鍛件,消除了鑄造缺陷,提高了其強度。結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 L-B型制動梁

2 L-B型制動梁的主要故障

隨著L-B型制動梁的大量運用,逐漸出現(xiàn)了一些故障,給車輛的安全運行帶來了隱患。對齊齊哈爾車輛段齊齊哈爾檢修車間在檢修280根制動梁過程中發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行了統(tǒng)計,如表1。

從故障情況來看,磨耗套鉚釘松動、折損、磨耗套裂紋、安全鏈卡子松動、裂損、閘瓦托松動、鉚釘折損等故障出現(xiàn)較為頻繁。

3 L-B型制動梁主要故障的原因分析

(1)磨耗套連接方式不合理

磨耗套材質(zhì)為改性尼龍,采用一個LF10材質(zhì)鉚釘進(jìn)行連接。在車輛運行過程中,由于磨耗套與側(cè)架滑槽磨耗板間不均勻接觸、摩擦,磨耗套形成水平方向回轉(zhuǎn)力矩,而鉚接方式適用于在剪切力、拉力、壓力作用下的連接,不適合具有回轉(zhuǎn)力矩作用的連接,難以滿足磨耗套緊固作用,勢必產(chǎn)生磨耗套的松動現(xiàn)象。從檢修角度看,在探傷工作中,分解磨耗套時,只能使用電鉆去除鉚釘,容易損傷磨耗套及滑塊,重新鉚接時容易產(chǎn)生松動。

表1 L-B制動梁故障統(tǒng)計

(2)磨耗套強度不足

在車輛運行過程中,磨耗套與側(cè)架滑槽磨耗板之間相對往復(fù)運動較為頻繁,產(chǎn)生交變摩擦力,致使磨耗套下平面彎角及鉚釘孔處形成交變的拉伸變形,段修時磨耗套厚度最小允許為2 mm,下平面彎角處強度不足,故而形成疲勞裂紋。

(3)安全鏈組裝不合理

L-B型制動梁安全鏈的組裝先后經(jīng)歷兩種組裝方式,先期采用了焊接方式,后期為了解決熱應(yīng)力的問題,對制動梁安全鏈安裝方式進(jìn)行了改進(jìn),采用卡子連接。

①焊接方式

這種組裝方式在梁體焊波附近產(chǎn)生的殘余熱應(yīng)力,由于制動梁在運行中經(jīng)常處于交變應(yīng)力作用下,容易在焊波附近產(chǎn)生疲勞裂紋。如圖2所示。

②卡子連接方式

圖2 焊接梁體示意圖

該種連接方式,使卡子造成塑性變形,在卡子彎角處形成較大應(yīng)力,在車輛運行過程中,受到拉力,從而在彎角處裂損。在車輛運行過程中,由于振動的影響,塑性變形難以保證卡子緊固在制動梁梁體上,經(jīng)常會產(chǎn)生松動現(xiàn)象。如圖3所示。

圖3 卡子連接梁體示意圖

(4)閘瓦托鉚釘強度不足

制動梁在制動過程中,完全是依靠制動梁閘瓦托產(chǎn)生制動力。L-B型組合式制動梁閘瓦托采用兩個鉚釘與梁體連接,在制動過程中,制動摩擦力及閘瓦壓力在鉚釘上形成較大剪切力和彎曲力,由于兩個鉚釘相對梁體來說為兩個方向,此時這兩種應(yīng)力單獨作用在鉚釘上,而不是同時均勻作用在兩個鉚釘上。僅僅依靠2個φ 12的鉚釘無法滿足連接要求,容易造成鉚釘松動,嚴(yán)重時發(fā)生鉚釘折斷,給行車安全帶來較大的危害。如圖4所示。

(5)滑塊與瓦托過渡圓弧太小

由于L-B型制動梁為滑塊與閘瓦托一體鑄造,滑塊與閘瓦托間過渡圓弧太小時必然造成滑塊根部強度降低及應(yīng)力集中,運用過程中,在制動力的反復(fù)作用下產(chǎn)生疲勞性裂紋。

4 改進(jìn)建議

(1)磨耗套改進(jìn)建議

磨耗套的主要作用就是在車輛進(jìn)行制動和緩解過程中,減少制動梁與側(cè)架滑槽磨耗板阻力的作用。磨耗套與滑塊間是否有相對位移對制動梁的制動作用無影響。采用鉚接方式時,由于需要對制動梁滑塊和磨耗套鉆孔,對制動梁滑塊以及磨耗套強度均產(chǎn)生影響?；瑝K端部磨耗超過全長限度時,只能依靠通過更換閘瓦托進(jìn)行調(diào)整,工作量較大,成本較高。鑒于上述考慮建議對磨耗套進(jìn)行改進(jìn),將磨耗套的一側(cè)進(jìn)行封閉。

圖4 鉚釘與梁體連接示意圖

采用這種結(jié)構(gòu)方式,安裝時僅需將磨耗套套在制動梁滑塊上即可,檢修時分解、組裝均方便。采用了半封閉結(jié)構(gòu),磨耗套在彎角處強度大大增加,同時消除了鉚釘孔所產(chǎn)生的強度不足問題。制動梁全長超限時,可通過調(diào)整磨耗套來調(diào)整全長尺寸,便于檢修、降低成本。制動梁滑塊取消鉚釘孔,縮短伸出長度,提高滑塊強度,增強了抗彎性。

(2)安全鏈卡子改進(jìn)建議

安全鏈只是在制動梁發(fā)生折損、脫落時,起到防脫作用,在正常使用過程中,安全鏈無使用意義,不承受除自重外的任何載荷,鑒于此建議在安全鏈卡子與制動梁間增加橡膠墊,并增加螺栓組裝扭力要求。增加橡膠墊后,通過限制緊固扭力,使制動梁在彈性變形情況下達(dá)到緊固的目的,而且起到防松作用。由于增加了防松性能,減少安全鏈卡子在運行過程中松動情況的發(fā)生,能夠減少對梁體的磨耗,提高制動梁運行的可靠性。

(3)閘瓦托改進(jìn)建議

閘瓦托為安裝閘瓦的支承件,是車輛制動過程中受力最大部件,也是受力狀況較為復(fù)雜的關(guān)鍵配件。建議將閘瓦托鉚釘增加為4個,在梁體的上、下兩側(cè)各兩個,位于閘瓦托中心線的兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)將使制動梁梁體與閘瓦托間的抗剪切能力增加一倍,而抗彎曲能力將大大增強。這樣將提高L-B型制動梁的安全可靠性,減少鉚釘折斷故障的發(fā)生,有效防止發(fā)生閘瓦托脫落故障。

同時增大L-B型制動梁閘瓦托與滑塊間的過渡圓弧,減少閘瓦托與滑塊連接處的應(yīng)力集中。