SS8型機(jī)車走行部探傷部件裂損問題的分析與對策

李運中

(中國鐵路鄭州局集團(tuán)有限公司 鄭州機(jī)務(wù)段，河南 鄭州 450000)

1 車鉤牽引緩沖裝置與牽引裝置

SS8型機(jī)車車鉤牽引緩沖裝置采用TB 1595-85內(nèi)燃、電力機(jī)車13號車鉤，鉤尾框，MT-3型楔塊摩擦式鋼圓簧組合緩沖器及單側(cè)下作用式開鎖提桿，車鉤由鉤體、鉤舌、鉤舌銷、鉤鎖、鉤舌推鐵和下鎖銷等組成。牽引裝置采用中間推挽式結(jié)構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、無磨耗、拆裝方便和免維護(hù)保養(yǎng)。

牽引座通過8根M36高強(qiáng)度螺栓固定在車體牽引梁下部，牽引桿Ⅱ的一端通過球軸承和銷軸與構(gòu)架牽引梁下部的牽引座相連，另一端用托板支承在電機(jī)支座上。爪形梯形槽和裝在車體上的牽引座下端梯形槽之間用牽引桿Ⅰ聯(lián)結(jié)，形成牽引力傳遞系統(tǒng)。

當(dāng)轉(zhuǎn)向架產(chǎn)生牽引力和制動力時，力的傳遞方向分別為：

牽引力時：構(gòu)架枕梁牽引座→銷軸→關(guān)節(jié)軸承→牽引桿Ⅱ→銷軸→橡膠關(guān)節(jié)軸承→牽引桿Ⅰ→橡膠關(guān)節(jié)軸承→銷軸→(車體)牽引座→車體底架(拉桿座)→牽引梁→前從板座→前從板→緩沖器→車鉤尾框→鉤尾銷→車鉤。

制動力時：構(gòu)架枕梁牽引座→銷軸→關(guān)節(jié)軸承→牽引桿Ⅱ→銷軸→橡膠關(guān)節(jié)軸承→牽引桿Ⅰ→橡膠關(guān)節(jié)軸承→銷軸→牽引座→車體底架(拉桿座)→牽引梁→后從板座→緩沖器→前從板→車鉤。

牽引緩沖裝置的構(gòu)造、性能及狀態(tài)在很大程度上影響著列車運行的縱向平穩(wěn)性，重大的缺陷或狀態(tài)不良還會引起列車嚴(yán)重事故。因此，車鉤緩沖裝置及牽引裝置應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和疲勞壽命。

2 裂損問題

2014年下半年以來，鄭州機(jī)務(wù)段SS8型機(jī)車在小輔修、中修中發(fā)現(xiàn)了走行部(車鉤牽引緩沖裝置和牽引裝置)探傷部件大量裂損問題，統(tǒng)計如下表1、表2。

表1 小輔修探傷車鉤部件裂損統(tǒng)計

表2 中修探傷鉤尾框、牽引座部件裂損統(tǒng)計

續(xù)表

3 問題分析

表1、表2中，探傷共發(fā)現(xiàn)裂損29件，其中鉤舌裂紋占10.3%，鉤舌銷裂紋占37.9%，鉤尾框裂紋占17.2%，牽引座裂紋占34.4%。根據(jù)上級對機(jī)車質(zhì)量控制風(fēng)險措施的要求，對SS8型機(jī)車走行部探傷部件發(fā)現(xiàn)的裂損問題逐項進(jìn)行分析，提出整改措施和解決方案。嚴(yán)格按照風(fēng)險管理的要求，加強(qiáng)對SS8型機(jī)車的質(zhì)量控制，力爭達(dá)到探傷部件“零缺陷”。

3.1 鉤舌銷裂紋

鉤舌銷是車鉤的一個重要零件，具有連接鉤體和鉤舌及作為鉤舌回轉(zhuǎn)軸的作用。根據(jù)13號車鉤設(shè)計指導(dǎo)思想，鉤舌銷及鉤耳孔應(yīng)不受力或較少地分擔(dān)作用力，車鉤牽引、沖擊時所受的力最好全部由鉤體、鉤舌上的牽引、沖擊凸緣來承受和傳遞。因此，作為轉(zhuǎn)動副的鉤舌銷原設(shè)計采用的材料強(qiáng)度并不高(一般采用A3或Q275，屈服強(qiáng)度為275 MPa)。

列車在運行中的縱向沖擊和垂直振動，使互相連接的兩車鉤經(jīng)常發(fā)生相對運動。特別是在路基較軟、曲線較多的行車線路上，車鉤經(jīng)常處于相互摩擦狀態(tài)，這就必然導(dǎo)致磨耗。

(1)一方面,車鉤各牽引臺和凸緣的磨耗加速,增加了鉤舌銷受力的概率；另一方面,鉤舌銷受力后所承受的載荷值和頻率也不斷提高，加上鉤舌銷材料強(qiáng)度并不高，這就縮短了鉤舌銷的疲勞壽命。這是鉤舌銷裂損故障增多的主要原因。

(2)車鉤組裝時鉤體鉤耳孔與鉤舌銷、鉤舌銷孔間隙超差、超限，導(dǎo)致車鉤組裝后鉤舌銷直接受力，運用中車鉤的各牽引臺和凸緣的磨耗又加劇了鉤舌銷的受力，最終導(dǎo)致鉤舌銷疲勞裂損。

(3)鉤舌銷加工后表面粗糙度不符合要求,加工精度低，加工刀痕成為鉤舌銷裂斷面的疲勞裂紋源,導(dǎo)致鉤舌銷過早發(fā)生疲勞裂斷；此外,鉤舌銷的內(nèi)部缺陷也可成為疲勞裂紋源。

3.2 鉤舌裂紋

鉤舌是機(jī)車、車輛之間的關(guān)鍵連接部件。鉤舌的作用是用來實現(xiàn)機(jī)車與車輛或車輛與車輛之間的連掛，傳遞牽引力和沖擊力，并使車輛之間保持一定的距離。

列車在運行過程中，鉤舌頻繁受到牽拉力、壓縮力以及沖擊力作用，致使鉤舌時常產(chǎn)生表面裂紋、磨耗等故障，直接影響車輛的運行安全。隨著列車向高速、重載的方向發(fā)展，鉤舌在運用過程中承受越來越大的各種交變應(yīng)力的作用，導(dǎo)致鉤舌的故障率越來越高。

(1)鉤舌裂紋既有典型的表面裂紋又有內(nèi)部微觀裂紋，主要是因為鉤舌鑄造過程中形成的組織缺陷，導(dǎo)致鉤舌在使用過程中受到拉伸、壓縮沖擊、摩擦、磨損等作用時，這些組織缺陷部分產(chǎn)生了應(yīng)力集中，使鉤舌產(chǎn)生疲勞裂紋。

(2)鉤舌內(nèi)側(cè)面(S面)是兩車鉤連接受力的接觸面。因輪徑差異過大,當(dāng)兩車鉤中心不在同一水平線時,造成S面上的上下兩端接觸受力。如果上下端接觸,應(yīng)力集中在鉤舌孔高度端面與鉤舌立面彎角處，這是鉤舌產(chǎn)生裂紋的另一個原因。

(3)此外，日常油潤保養(yǎng)的缺失，導(dǎo)致運用中鉤舌與其配合件無潤滑的摩擦、磨損，接觸應(yīng)力增加，是產(chǎn)生疲勞裂損的外在原因。

3.3 車鉤鉤尾框裂紋

車鉤鉤尾框用牽引銷(鉤尾扁銷)與車鉤鉤尾連接，鉤尾框內(nèi)裝有緩沖器和從板，是傳遞牽引力和制動力的重要配件。

(1)受力狀況不良造成的鉤尾框后彎角部位應(yīng)力集中和磨損是產(chǎn)生裂紋的根本原因。

(2)材質(zhì)性能缺陷及鑄造缺陷造成自身極限強(qiáng)度下降是鉤尾框產(chǎn)生裂紋的內(nèi)在原因。

(3)提速重載、機(jī)車連掛、操縱不當(dāng)、緊急制動時后部車輛的慣性沖擊等因素對鉤尾框的影響較大。

(4)車鉤緩沖器組裝性能不良使鉤緩裝置配合間隙(如鉤尾與從板間隙)過大，致使鉤尾框受力惡化。

如SS8型機(jī)車鉤緩裝置上使用的MT-3型緩沖器，出廠以及組裝于鉤尾框中時，均處于預(yù)壓縮狀態(tài)，組裝上車后需要靠與其他機(jī)車連掛時的撞擊力切斷預(yù)壓縮銷，使緩沖器彈簧伸張，從而使緩沖器前壓塊及箱體底部分別頂緊前從板和后從板座。但實際情況并非全部如此，機(jī)車到段后例行零公里檢查經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，在緩沖器與前、后從板座間存在1 mm以上的貫通間隙，說明預(yù)壓縮銷未完全切斷，緩沖器并未完全伸張釋放，仍處于預(yù)壓縮狀態(tài),一旦未及時處理(去除預(yù)壓縮銷)而投入運用，勢必使鉤尾框受緩沖器非正常應(yīng)力沖擊的頻率增加，受力情況惡化，疲勞周期縮短。

3.4 牽引座裂紋

牽引座是機(jī)車車體與轉(zhuǎn)向架之間傳遞縱向力的關(guān)鍵部件，牽引座的強(qiáng)度對機(jī)車的安全運行有著重要影響，目前牽引座使用的材料是低碳鑄鋼(ZG230-450)。低碳鋼強(qiáng)度余量小，在正常情況下能夠滿足運用要求，但由于車鉤緩沖裝置間隙不當(dāng)導(dǎo)致的緩沖性能降低，造成機(jī)車、車輛間的沖擊加劇，致使車鉤力增加。有關(guān)資料對車鉤的靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度試驗及計算結(jié)果表明：當(dāng)機(jī)車在連掛不當(dāng)或其他原因引起的沖擊在車鉤力接近500 kN時，車鉤鉤體就會有明顯的永久變形產(chǎn)生，同時也會導(dǎo)致鉤緩裝置下方的牽引座承受到30 m/s2以上沖擊時，其上端角部過渡區(qū)域產(chǎn)生材料屈服現(xiàn)象；在長期接近永久變形的高載荷情況下，車鉤緩沖裝置部件及牽引座就會出現(xiàn)疲勞裂紋。

(1)牽引座本身材料的強(qiáng)度余量不足是牽引座近期頻繁出現(xiàn)裂紋的內(nèi)在原因。

(2)車鉤緩沖裝置性能降低或失效，是導(dǎo)致近期牽引座產(chǎn)生裂紋的外在原因。

4 問題的改進(jìn)及建議

4.1 鉤舌銷

(1)在廠修、段修時，加強(qiáng)對鉤舌銷探傷質(zhì)量的控制,杜絕有裂紋的鉤舌銷繼續(xù)使用，同時加強(qiáng)對鉤舌銷、鉤耳套配合間隙的測量檢查，避免和防止銷、套間隙超限引起的不良后果。

(2)進(jìn)一步加強(qiáng)對新造車鉤的質(zhì)量控制，避免新造車鉤的鉤耳孔位置尺寸公差超差，從源頭上消除鉤舌銷單獨承力的現(xiàn)象，以提高鉤舌銷的使用壽命。提高鉤舌銷的制造質(zhì)量,保證表面加工精度，減少鉤舌銷內(nèi)部缺陷，減少應(yīng)力集中,防止出現(xiàn)疲勞裂紋源。

(3)鑒于鉤體牽引臺磨耗后不易修復(fù)，建議使用合金鋼材料鉤舌銷(如40Cr、40Mn2、40MrB等合金鋼銷，其屈服強(qiáng)度可達(dá)到620 MPa以上)，以進(jìn)一步保證鉤舌銷的材料強(qiáng)度，提高其抗疲勞能力，避免鉤舌銷斷裂事故的發(fā)生。

4.2 鉤舌

(1)設(shè)計上應(yīng)減少鉤舌與鉤腔上、下牽引沖擊臺間隙，使?fàn)恳龥_擊臺與鉤舌銷共同承擔(dān)縱向牽引力和沖擊力，這樣可以減少鉤舌S彎處應(yīng)力裂紋的發(fā)生。

(2)鉤舌生產(chǎn)廠家要嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝，盡量減少和控制P、S等有害元素的影響，可以從源頭減少鉤舌表面砂孔裂紋的出現(xiàn)。

(3)提高職工質(zhì)量意識和安全意識，改善檢修工作環(huán)境，確保檢修質(zhì)量。

(4)嚴(yán)格執(zhí)行新進(jìn)鉤舌的質(zhì)量驗收制度，杜絕將有鑄造缺陷的鉤舌裝車使用。

(5)加速淘汰C級鋼材質(zhì)的鉤舌，更換為E級鋼材質(zhì)的鉤舌，確保鉤舌擁有可靠的強(qiáng)度。

(6)加強(qiáng)鉤舌檢查、探傷力度，嚴(yán)格按照工藝要求檢修、測量，發(fā)現(xiàn)鉤舌磨損嚴(yán)重的應(yīng)及時更換；對鉤舌的牽引臺根部、鉤舌S面內(nèi)側(cè)上下彎角處進(jìn)行重點探傷檢查。建議在檢修時對服役5年以上的鉤舌進(jìn)行重點檢查、探傷，把鉤舌裂紋故障消滅在庫內(nèi)。

(7)加強(qiáng)車鉤的日常油潤保養(yǎng)，減少車鉤應(yīng)力磨耗，保障機(jī)車牽引的運行安全。

4.3 鉤尾框

(1)建議相關(guān)設(shè)計及制造廠家進(jìn)一步提高車鉤緩沖裝置的設(shè)計質(zhì)量，進(jìn)一步減少和消除應(yīng)力集中問題，優(yōu)化組裝工藝，尤其要提高鉤尾框制造質(zhì)量。

(2)維修部門切實加強(qiáng)車鉤檢修工作，努力提高檢修質(zhì)量。

(3)運用部門要提高機(jī)車牽引操縱水平。機(jī)車運用中若發(fā)生緊急制動情況，司乘人員在機(jī)車返段后應(yīng)報告，以便專業(yè)檢修人員及時對鉤緩裝置進(jìn)行檢查鑒定和確認(rèn)，并及時消除問題隱患。

(4)建議摸索并制定合理可行的裂紋故障限度和周期，提高探傷密集度，把部件裂損消滅在萌芽時期。

4.4 牽引座

(1)建議主機(jī)廠將牽引座材料由ZG230-450改為C級鑄鋼，使?fàn)恳牧系那?qiáng)度由230 MPa提高到415 MPa，抗拉強(qiáng)度由450 MPa提高到620 MPa，這樣可以大大提高牽引座的疲勞強(qiáng)度，有效降低牽引座裂紋的產(chǎn)生。

(2)機(jī)車中修及大修時加強(qiáng)牽引座探傷檢查和報廢更新力度。

(3)適當(dāng)將SS8型機(jī)車中修及大修走行里程縮減至下限50萬和100萬公里，在機(jī)車第3次小修范圍要求牽引桿下車探傷時，同時增加牽引座下車探傷檢查，逐步摸索出牽引座疲勞裂損周期和規(guī)律。

4.5 具體改進(jìn)措施

鄭州機(jī)務(wù)段自2015年下半年以來按照上述改進(jìn)方案和建議，積極向主機(jī)廠、鉤緩裝置供應(yīng)單位反饋質(zhì)量信息，加強(qiáng)了廠、段合作，并制定了一系列改進(jìn)措施：

(1)逐步在SS8型機(jī)車小輔時更換了合金鋼材質(zhì)鉤舌銷和E級鑄鋼材質(zhì)的鉤舌。

(2)在中修以上修程更換了C、E級鑄鋼材質(zhì)的牽引座及鉤尾框，嚴(yán)格按照車鉤緩沖裝置檢修工藝進(jìn)行檢修、測量、組裝和日常運用(油潤)保養(yǎng)。

4.6 改進(jìn)效果

通過上述改進(jìn)措施，從源頭上避免了鉤緩裝置和牽引裝置故障隱患，至今未發(fā)生鉤緩裝置部件和牽引座大面積裂紋問題，有效地保證了機(jī)車行車安全。

5 結(jié)語

車鉤緩沖裝置及牽引座裂紋故障直接帶來行車安全隱患，其產(chǎn)生的原因眾多，進(jìn)一步提高車鉤緩沖裝置及牽引座的檢修質(zhì)量，加強(qiáng)關(guān)鍵部件維修檢查，是確保機(jī)車運行安全的需要。這就需要我們在實際工作中進(jìn)一步求嚴(yán)務(wù)實，認(rèn)真總結(jié)和分析故障發(fā)生的原因，從中找出規(guī)律，摸索出解決問題的方法，制定出進(jìn)一步強(qiáng)化的措施，從而達(dá)到探傷部件上車零缺陷，不斷提高機(jī)車檢修質(zhì)量，最終保證機(jī)車行車安全零風(fēng)險。

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