鐵路貨車制動(dòng)管漏泄故障分析及制造工藝研究

袁玉紅

（南車二七車輛有限公司工藝技術(shù)部，北京 100072）

0 引言

近年來，隨著鐵路貨車的發(fā)展，鐵路貨車制動(dòng)故障發(fā)生率較高，見圖1，制動(dòng)管系漏泄故障在制動(dòng)故障中所占比例也較高，鐵路貨車制動(dòng)管聯(lián)接主要采用法蘭接頭聯(lián)接結(jié)構(gòu)，接頭與制動(dòng)管之間焊接聯(lián)接，制動(dòng)管之間采用法蘭和螺栓聯(lián)接。

圖1 2014年春季鐵路貨車質(zhì)量抽查故障統(tǒng)計(jì)表（新造）

1 制動(dòng)管漏泄故障介紹及原因分析

通過分析，制動(dòng)管漏泄主要是法蘭聯(lián)接處漏泄、接頭與不銹鋼管焊縫處裂紋導(dǎo)致漏泄、不銹鋼管裂紋導(dǎo)致漏泄等，見圖2～圖4。

合格的制動(dòng)管在運(yùn)用過程中發(fā)生漏泄，主要原因是制動(dòng)管與相鄰件之間的內(nèi)應(yīng)力大小，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到疲勞極限，制動(dòng)管焊縫就會產(chǎn)生疲勞裂紋，或者法蘭聯(lián)接螺栓松動(dòng)等，制動(dòng)管組裝后法蘭接頭處產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因概括為以下幾個(gè)方面：1）底架附屬件與制動(dòng)管組的相對位置偏差，導(dǎo)致管吊與管墊有間距，管吊卡緊固后，制動(dòng)管產(chǎn)生相互作用力，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，見圖5。2）2個(gè)相鄰制動(dòng)管錯(cuò)位，即軸向中心偏離，兩法蘭接頭聯(lián)接后，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，見圖6。

圖2 接頭與不銹鋼管聯(lián)接焊縫裂紋

圖3 法蘭聯(lián)接處漏泄

圖4 不銹鋼管裂紋漏泄

因此分析接頭處的受力情況，找出切實(shí)可行的措施減少應(yīng)力的產(chǎn)生，對降低制動(dòng)管系漏泄故障意義重大，在制動(dòng)管制造過程中，導(dǎo)致制動(dòng)管產(chǎn)生漏泄的原因有以下幾個(gè)方面：1）底架附屬件的組焊尺寸有偏差，組裝制動(dòng)管吊卡時(shí)，制動(dòng)管與管吊的間隙大于兩個(gè)管卡墊，組裝單位強(qiáng)行將管吊卡緊固上，強(qiáng)行將主管拉到靠近底架附屬件一側(cè)，使得主管與相聯(lián)接的管系的相對位置超差，發(fā)生制動(dòng)管抗力，在加上車輛在線路上運(yùn)行振動(dòng)，使得接頭處長期受力出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致車輛漏風(fēng)。2）橡膠密封墊圈本身存在質(zhì)量問題，但從外觀無法看出內(nèi)部缺陷，在車輛運(yùn)行過程中出現(xiàn)橡膠密封圈老化破損，導(dǎo)致車輛漏風(fēng)。3）橡膠密封圈組裝不正位，橡膠密封墊圈組裝后應(yīng)套在接頭體的端頭外側(cè)，在法蘭體與接頭體之間的槽內(nèi)，螺栓應(yīng)均勻緊固；如果密封墊圈組裝不正位，會使密封圈產(chǎn)生非正常變形，在加上車輛在線路上運(yùn)行振動(dòng)，造成密封圈擠壓破損，導(dǎo)致車輛漏風(fēng)。4）法蘭接頭處的螺栓緊固不均勻，或法蘭接頭緊固后出現(xiàn)不均勻的間隙，在車輛運(yùn)行過程中，兩個(gè)相連的法蘭接頭之間局部出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致車輛漏風(fēng)。5）接頭體的端面與制動(dòng)管中心線不垂直，兩個(gè)管系組裝時(shí)也會造成制動(dòng)管抗力組裝，在車輛運(yùn)行過程中，兩個(gè)相連的法蘭接頭之間局部出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致車輛漏風(fēng)。

圖5 底架附屬件與制動(dòng)管相對位置偏差

圖6 制動(dòng)管軸向偏離

2 制動(dòng)管、底架附屬件、制動(dòng)組裝制造工藝要求

制動(dòng)管及與其相連的底架附屬件的制造、組裝質(zhì)量直接決定制動(dòng)管在運(yùn)用過程中是否漏泄，在制造過程中應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行控制。

2.1 底架附屬件制造

圖7 底架附屬件定位工裝

在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝分析時(shí)關(guān)注制動(dòng)和底架附屬件組裝的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)基準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一上、下工序的工藝基準(zhǔn)和檢測基準(zhǔn)；針對附屬件之間的相對位置尺寸控制難度較大的特點(diǎn)，底架附屬件原則上以車體縱向中心線、車體橫向中心線和120閥吊座組成中心為定位基準(zhǔn)，在專用工藝裝備上組裝底架附屬件，見圖7，減少因公差累積導(dǎo)致的配合誤差。

2.2 制動(dòng)管制造

不銹鋼管加工過程中會產(chǎn)生飛邊、毛刺，會影響管系與接頭體的配合，從而影響法蘭接頭端面與制動(dòng)管中心線的垂直度，同時(shí)也會對制動(dòng)系統(tǒng)的清潔帶來隱患，因此在下料后應(yīng)徹底清除飛邊、毛刺。不銹鋼管采用數(shù)控彎管設(shè)備保障彎管的空間尺寸合格，見圖8。

管系漏泄故障很大程度上取決于管系的焊接質(zhì)量，首先應(yīng)對室內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測，保證在任何季節(jié)焊接工作區(qū)域溫度不低于5℃，風(fēng)速不大于1 m/s，為管系焊接質(zhì)量提供客觀保障。通過對焊接電極端部角度、焊槍的位置和角度、夾具的調(diào)整等進(jìn)行控制，保證管系焊接的一次合格率；接頭體內(nèi)圓與管系的配合間隙的配合間隙過大導(dǎo)致焊接不良，在進(jìn)行制動(dòng)管焊接前用塞尺測量，對接頭體進(jìn)行選配，保證制動(dòng)管焊接質(zhì)量。

為了保證兩法蘭組裝后相鄰制動(dòng)管的同軸度，既保證制動(dòng)管中心與法蘭端面的垂直度，制動(dòng)管焊接采用專用裝備進(jìn)行定位，制動(dòng)管焊接后進(jìn)行垂直度檢測和氣密性試驗(yàn)，見圖10和圖11。

圖8 數(shù)控彎管設(shè)備

圖9 接頭體內(nèi)圓與管系的配合

圖10 制動(dòng)管垂直度檢測

圖11 制動(dòng)管氣密性試驗(yàn)

2.3 制動(dòng)管組裝質(zhì)量

制動(dòng)管組裝時(shí)，統(tǒng)一組裝順序，控制公差累計(jì)，將制動(dòng)管的公差累計(jì)到車體兩端，因此，從車體中心開始先組裝主管三通及連接的制動(dòng)管的法蘭螺栓，然后以主管三通為中心向車體兩端按順序分別組裝各管法蘭聯(lián)接螺栓螺母，確認(rèn)制動(dòng)管不抗力，最后連接制動(dòng)管吊卡與底架附屬件。

由于制動(dòng)管大多為空間結(jié)構(gòu)，制動(dòng)管組裝后與相鄰件之間必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致制動(dòng)管發(fā)生變形，鋼管在內(nèi)應(yīng)力作用下變形產(chǎn)生的變形量為δ=F·L/（E·A）。式中：F為載荷的大小，N；L為鋼管的長度，m；E為鋼管的彈性模量；A為鋼管的截面積，m2。

在制動(dòng)組裝時(shí)嚴(yán)格控制變形量δ，減少制動(dòng)管在運(yùn)行過程中的漏泄風(fēng)險(xiǎn)。

圖12 主管三通及其連接的制動(dòng)管

制動(dòng)管的受力與制動(dòng)管長度成正比，與相鄰件的錯(cuò)位量成正比，根據(jù)制造工藝分析，通過經(jīng)驗(yàn)對比分析制定制造工藝要求，并結(jié)合制造實(shí)際情況，制定工藝要求，如表1所示。

表1 不同管系管吊與管墊間隙、兩法蘭接頭錯(cuò)位要求

為了控制制動(dòng)管組裝產(chǎn)生的受力變形，除了控制表1的要求，還要對制動(dòng)管的制造、組裝工藝進(jìn)行規(guī)范：1）控制法蘭端面與制動(dòng)管軸線的垂直度，管系彎曲后，直端長度越短，管系剛性越大，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會越大，這種管系垂直度控制在0.5 mm以內(nèi)，減少兩法蘭組裝后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。2）三通處受力復(fù)雜，管吊與三通的距離較近，一般在0.3 m以內(nèi)，為了減少因組裝因素造成的內(nèi)應(yīng)力，因此將三通處的管吊與管墊相對間隙內(nèi)控到3 mm以內(nèi)，各管系與三通的軸向錯(cuò)位不大于5 mm。

3結(jié)語

為了滿足鐵路貨物運(yùn)輸“提速、重載”的要求，使得制動(dòng)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，逐漸減少制動(dòng)管系漏風(fēng)的缺陷，就要保證制動(dòng)管系及其相連接件的制造質(zhì)量，制動(dòng)組裝工藝以及試驗(yàn)和檢驗(yàn)方法，全面提高貨車的制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)水平和制造質(zhì)量。

［1］ 王志祥，梁志釗，孫國模，等.管道應(yīng)力分析與現(xiàn)狀［M］.北京：水利電力出版社，1983.

［2］ 饒忠.列車制動(dòng)［M］.北京：中國鐵道出版社，1998.