H型車鉤在鐵路客車上的應用

李世明

摘 要：該文先對我國鐵路15號車鉤結(jié)構(gòu)進行了簡單介紹；對客車15號車鉤常見問題進行了介紹，15號車鉤有自身的弱點。對15號H型車鉤特點進行了簡單的介紹，同時與15號車鉤進行了對比，說明15號H型車鉤性能要比15號車鉤優(yōu)良。對H型車鉤結(jié)構(gòu)及每部分功能進行了詳細介紹；列出了H型車鉤的主要技術(shù)參數(shù)；對H型車鉤的工作原理進行了詳細論述；對鉤高的調(diào)整方法進行了詳細論述。

關(guān)鍵詞：15號車鉤 15號H型車鉤 H型車鉤 米軌客車

中圖分類號：U27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（a）-0130-05

由于15號車鉤在國內(nèi)比較常用，對15號車鉤的結(jié)構(gòu)特點、性能優(yōu)缺點相關(guān)文章介紹的也比較多。但目前國內(nèi)線路狀況比較好，客車用15號車鉤已能很好地滿足線路要求。而緬甸等國家，線路基礎(chǔ)設施還不是很完善，通過對比發(fā)現(xiàn)20世紀90年代中國等國家給緬甸供過的車輛基本上采用15號車鉤，但通過多年運營發(fā)現(xiàn)，車鉤磨損嚴重，不能滿足緬甸國家的線路需求。為了解決此問題，嘗試在緬甸采用H型車鉤。

1 國內(nèi)車鉤概況

目前我國鐵路25T客車主要采用15號車鉤或15號H型車鉤。通過近幾年的飛速發(fā)展，我國的鐵路線路得到了很大的改善。而15號車鉤能很好地解決列車縱向沖擊，提高旅客乘坐的舒適性，同時不需要改變現(xiàn)有車體的結(jié)構(gòu)，可將15號車鉤緩沖裝置從車體底架完全置換。15號車鉤使用在客車上，由于客車設有通過臺和風擋裝置，所以采用下作用式車鉤。15號車鉤由鉤體、鉤舌及鉤頭等配件組成。其中鉤體是車鉤的基礎(chǔ)部分，鉤體分為鉤頭、鉤身、鉤尾3部分。鉤頭與鉤舌通過舌銷相連接，鉤舌可繞舌銷轉(zhuǎn)動，鉤頭內(nèi)部裝有鉤鎖鐵、鉤舌推鐵、鉤推銷等零件。15號車鉤由鑄鋼ZG230-450制成。

2 客車15號車鉤常見問題

客車15號車常見問題主要有以下兩個方面[1]。

2.1 車鉤裂紋

原因分析如下。

（1）車鉤縱向沖擊力較大?？蛙囁俣雀?，車鉤承受的縱向作用力越大。鉤耳原是不受力的，但由于加修耳孔的不當或配裝鉤舌時鉤耳孔中心至牽引突臺間的距離變小等原因，使得鉤耳承提了全部的牽引力，上下鉤耳由于銑孔鑲套所造成的不同心度，也會使其受力不均，以致造成鉤耳孔附近產(chǎn)生裂紋。

（2）車鉤連接間隙較大。車鉤長期服役，車速加快，造成牽引臺和沖擊臺磨耗加劇，但受結(jié)構(gòu)限制，牽引臺和沖擊臺無法加修，使得鉤頭牽引臺、沖擊臺與鉤舌牽引臺、沖擊臺之間的間隙大于鉤舌與鉤耳孔之間的間隙，致使鉤舌銷和鉤耳受力，導致鉤耳產(chǎn)生裂紋。15號車鉤連接面處及車鉤與從板等存在間隙，據(jù)計算，總間隙達到27.5 mm，而且這個自由間隙隨著鉤舌、鉤腕的磨耗不斷加大，運用中自由間隙一般在30～60 mm之間。而國外與我國客車情況最具可比性的日本、德國，車鉤連接間隙都小于3 mm。

（3）緩沖器的性能不良。與15號車鉤配套的所謂大容量G1號緩沖器，其結(jié)構(gòu)、原理及外形尺寸和1號緩沖器基本相同，只是彈簧鋼材質(zhì)由55Si2Mn改為60Si2CrVA，環(huán)簧的斷面尺寸進行了調(diào)整，主要靠提高強度和初壓力來提高緩沖器的容量。但是G1號緩沖器剛度增加了約33%。在同樣的縱向相對位移下，其所受縱向力也要相應地增加1/3左右，同時G1號緩沖器的較大初壓力，使其存在一定的不緩沖區(qū)，犧牲了對小沖擊的緩和，初壓力越大，影響沖動越大。緩沖器強度和初壓力提高的同時，它的吸收率也要降低。這些因素都導致了列車縱向沖擊加大，提高了車鉤的受力工況。

（4）焊修工藝不當。鉤尾銷孔附近的裂紋，大多出現(xiàn)在此部位磨耗后焊修過的車鉤上。主要是由于焊修工藝不當，造成焊縫中存在焊接缺陷（如氣孔、夾渣等）或焊修后熱影響區(qū)性能下降，形成疲勞裂紋源，導致了此部位裂紋的增多。

2.2 過渡車鉤高不好控制

為了便于與普通車鉤的連接，裝用密接鉤的25T型客車進行A2、A3修時都要裝用過渡車鉤，經(jīng)常出現(xiàn)剛做過A2、A3修的過渡車鉤的鉤過低或過高，與普通客車連掛不上，需要重新調(diào)整過渡車鉤的鉤高。

原因分析：過渡車鉤是15號車鉤鉤體與密接式車鉤緩裝置通過8個M30的螺栓連接而成，過渡車鉤的重量是密接式車鉤的2倍多。在A2、A3修時對吊座上的支撐彈簧盒只做狀態(tài)修，不做分解，彈簧盒里面的彈簧已部分銹蝕，造成彈簧盒在垂直方向上的靈活性大大降低。當過渡車鉤安裝后，會使支撐彈簧盒壓縮量很大且上下活動很不靈活。此時只要用手動一下鉤頭，就可以把過渡車鉤的鉤高調(diào)整到任意高度（在一定范圍內(nèi)），所以剛修好的車，車鉤高度存在很大的偶然性，向上抬一下鉤頭，車鉤高度就會變得很高，向下壓一下鉤頭，車鉤高度就會變得很低。

3 客車15號H型車鉤特點

15號H型車鉤是在15號車鉤的基礎(chǔ)上參考了美國AAR標準，進行了改良，使車鉤的材質(zhì)為ZG15H，而15號車鉤的材質(zhì)為ZG230-450，同時對鉤體和鉤進行了改進。15號H型車鉤保留了15號車鉤的優(yōu)點，通過結(jié)構(gòu)上的改進，使車鉤的受力更趨于合理，同時與原15號車輛整鉤及零件可互換。整鉤靜拉破壞強度大于2 300 kN，可滿足列車擴編到25輛的要求。加入了微量合金元素，雖然生產(chǎn)成本提高22.8%左右，但機械性能卻比原車鉤提高31.3%，功能與成本相比，價值數(shù)為1.33，在我國取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益[2]。

4 H型車鉤

隨著習主席一帶一路政策的實施，我國逐步向國外拓展鐵路市場。而國外的鐵路線路狀況參差不齊，如緬甸、伊拉克等，線路等基礎(chǔ)設施相對落后。20世紀90年代，老四方工廠曾給緬甸供過米軌客車，采用15號車鉤，由于線路曲折不齊，在平直線路上，有的左右輪軌高度差局部能達到25 mm以上，在我國的線路坡度最大為25‰，而緬甸則能到40‰，原15號車鉤損壞嚴重，均被緬甸替換為日本的H型車鉤。

4.1 H型車鉤優(yōu)點

H型車鉤作為客車用密接車鉤，具有連掛間隙小、綜合性能優(yōu)良等特點，能夠滿足客車高安全性和高舒適性運行的牽引需要。鉤體、鉤尾框等主要部件采用了C級鋼材料；同時，與轉(zhuǎn)向體、緩沖裝置、托梁裝置配套使用，組成了完整的鉤緩裝置，具有裝車方便、維護周期長、耐磨性優(yōu)良、可靠性高等優(yōu)點。

4.2 H型車鉤結(jié)構(gòu)組成及工作原理

（1）緬甸客車車鉤及緩沖裝置主要由車鉤裝置、緩沖裝置、托梁裝置、轉(zhuǎn)向體裝置等四大部件組成，如圖1所示。

（2）車鉤裝置主要由鉤體、鉤舌、鉤鎖、鉤舌推鐵、下鎖銷組成、鉤舌銷、鉤舌銷擋銷、提鉤桿、提鉤桿座等零部件組成，如圖2所示。

（3） 緩沖裝置由鉤尾框、前從板、橡膠堆、后從板等組成，如圖3所示。在通過橫銷與轉(zhuǎn)向體組成后，在一側(cè)要通過螺紋裝入橫銷擋板，其作用是防止橫銷向一側(cè)滑出。為保證擋板固定的可靠性，在擋板兩側(cè)還設置了兩個防轉(zhuǎn)螺釘，應保持擰緊狀態(tài)以防脫落。

（4）托梁裝置的作用是托舉車鉤，保持車鉤基本水平，以方便連掛。當車鉤連掛后，由于車鉤具有聯(lián)鎖功能，托梁已無實際功能。但為了適應車鉤垂向振動的需要，托梁的鞍座下方設置有彈簧，其作用是避免車鉤振動時對托梁形成剛性沖擊（見圖4）。

（5）轉(zhuǎn)向體裝置的作用是連接車鉤和鉤尾框，分別通過豎銷和橫銷完成連接。豎銷連接處的可允許車鉤在水平面內(nèi)擺動，以適應車輛通過水平曲線的需要；橫銷連接處的作用是使車鉤在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，以滿足車輛振動及通過豎曲線的需要（見圖5）。

4.3 技術(shù)參數(shù)

（1） H型車鉤。

車鉤的主要技術(shù)參數(shù)或性能特點：

靜拉破壞強度（kN） 2 660

連掛間隙（mm） 2.8±1

連接面到旋轉(zhuǎn)中心距離（mm） 788

總重（kg） 251

主要部件鑄造材料 C級鋼

（2）緩沖裝置。

阻抗力（kN） 1 200

行程（mm） 55

安裝空間（mm） 345×318×224

（3）轉(zhuǎn)角范圍。

水平 20°

垂向 6°

（4）托梁鞍座行程。

垂向（mm） 70

4.4 車鉤工作原理

車鉤的工作狀態(tài)有3種：開鎖、全開、閉鎖。

4.4.1 閉鎖位

鉤鎖底部坐在鉤舌的鎖鐵承臺上，鉤鎖的右側(cè)被鉤頭的內(nèi)壁所阻擋，左側(cè)又擋住了鉤舌尾部，使鉤舌在鉤頭內(nèi)不能繞鉤舌銷轉(zhuǎn)動，形成穩(wěn)定的閉鎖狀態(tài)[3]（見圖6）。

為防止因車輛振動導致鉤鎖自動跳起造成脫鉤，在閉鎖位置時，下鎖銷組成的鎖爪頂端正好頂住鉤舌承臺背部平面，而鎖爪又與鉤鎖相聯(lián)鎖，這樣鉤鎖就無法因動而自行上竄，從而可有效防止運行中車鉤自動開鉤。

4.4.2 開鎖位

兩連掛著的車輛欲分開時，需有一個車鉤處于開鎖位置。轉(zhuǎn)動提鉤桿，此時下鎖銷組成上的鎖爪向后轉(zhuǎn)動，不再限制鉤鎖上升；繼續(xù)轉(zhuǎn)動提鉤桿，鉤鎖便會向上升起，由于鉤鎖前部偏重，鉤鎖發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，致使鉤鎖的下腳處的缺口坐落在鉤舌推鐵對應的擋棱上。這時即使放下提鉤桿，鉤鎖也不會落下，車鉤便處于開鎖位。這樣，鉤鎖下部的坐鎖面與鉤舌尾部的上面處在一個平面內(nèi)（或略高），鉤鎖不再阻礙鉤舌的轉(zhuǎn)動（如果鉤舌受到牽引力就能繞鉤舌銷轉(zhuǎn)動），此為開鎖位（見圖7）。

4.4.3 全開位

在車輛彼此連掛之前，必須有一個車鉤處于全開位置，才能達到自動連掛的目的。

當車鉤達到開鎖位置后，繼續(xù)用力轉(zhuǎn)動提鉤桿，使下鎖銷組成繼續(xù)往上提升，下鎖銷會帶動鉤鎖鐵一起上升，這時鉤鎖尾部會推動鉤舌推鐵一端，從而使鉤舌推鐵繞著其轉(zhuǎn)軸而轉(zhuǎn)動，鉤舌推鐵的另一端便會推動鉤舌尾部的背面，使鉤舌繞鉤舌銷轉(zhuǎn)開成全開狀態(tài)。此時放下提鉤桿，鉤鎖鐵則坐落于鉤舌尾部上面，成全開位置（見圖8）。

當兩車連掛時，由于鉤舌尾部與坐落在其上的鉤鎖鐵接觸部分是一弧面，當鉤舌向閉鎖位旋轉(zhuǎn)至極限位后，鉤鎖就會因自重而垂直落下，恢復成閉鎖位置。

4.5 鉤高調(diào)整方法

整個鉤緩裝置完成裝車后，需要測量并調(diào)整鉤高，鉤高測量及調(diào)整方法如下。

4.5.1 測量

測量車鉤中心線（鉤體上涂有白粗線標記）距軌面高度，應在整車設計規(guī)定的范圍內(nèi)。同時，還需測量A點與B點的高度差（如圖），A點不能高于B點，但可低于B點最大10 mm。由于H-C車鉤為聯(lián)鎖式密接車鉤，車鉤連掛后類似一剛性桿件，呈“抬頭”狀的車鉤在連掛后會持續(xù)壓縮托梁鞍座，導致車鉤與托梁間的磨耗增加。

4.5.2 調(diào)整

當需要調(diào)整車鉤高度時，先設法把鞍座固定?。赏ㄟ^車鉤向下壓鞍座并在鉤身上平面與車體間塞入木塊），然后拆下鉤高調(diào)整螺栓的開口銷和螺母（注意其位于兩側(cè)吊梁下方內(nèi)部隱避處），然后取下鞍座壓板（如圖10）。如果需要升高車鉤高度，就要減少鞍座壓板上方的調(diào)整墊圈的數(shù)量；如果需要降低車鉤高度，則要增加鞍座上方調(diào)整墊圈的數(shù)量。

4.5.3 要點

需要注意，車鉤中線心應盡可能與鉤尾框及緩沖器中心線在高度方向上保持一致，以便更穩(wěn)定地傳遞縱向沖擊力。

調(diào)整完鉤高后，應測量鞍座頂板下平面到托梁凹處的距離（見圖11），該距離應在60～78 mm范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

（1）2015年9月份H型車鉤研制成功，2016年1月份緬甸客車正式上線運營，通過一年多的運營跟蹤，國產(chǎn)化的H型車鉤很好地解決了原15號車鉤磨損嚴重的問題。

（2）通過結(jié)構(gòu)及材質(zhì)的改進，H型結(jié)構(gòu)適應了緬甸比較復雜的線路，為開發(fā)新型結(jié)構(gòu)的車鉤提供了新的思路。

參考文獻

[1] 李佩玉.淺談15號車鉤改造過程中的問題和解決措施[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2014（6）：25-27.

[2] 許之昕.高強度低合金ZG15H型客車車鉤的研制[J].鐵道學報，1992（3）：110-112.

[3] 梁顯華.關(guān)于15號車鉤改造及鉤舌尾部加修問題的分析與建議[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（22）：42-43.