柴田式前端車鉤高度調(diào)整研究

尹 濤

(中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東 青島 266111)

目前CRH2型動(dòng)車組前端車鉤主要采用的是中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司制造的柴田式密接式車鉤，車鉤高度為1 000 mm，一般用于兩列車間的相互連掛，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械、空氣管路的自動(dòng)連掛和分解，鉤頭主要包括鉤體、鉤舌、解構(gòu)桿、拉伸彈簧、解鉤風(fēng)缸、空氣管路、MRP閥和鉤鎖；緩沖器為單式緩沖器，主要包括橫銷、縱銷、框接頭、橡膠堆、緩沖器框等[1]。前端車鉤主要用于列車與列車之間的連接，使彼此保持一定的距離，并傳遞與緩和列車在運(yùn)行中或者在調(diào)車時(shí)所產(chǎn)生的縱向力。當(dāng)兩列連掛車輛的前端車鉤高度超出允許范圍時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響列車運(yùn)行可靠性、平穩(wěn)性，甚至?xí)＜傲熊囆熊嚢踩?/p>

1 影響車鉤高度因素

CRH2型動(dòng)車組前端車鉤在正常高級(jí)修檢修過程中，前端車鉤高度決定因素按照力的傳導(dǎo)順序分析[2]，對(duì)車鉤高度有影響的零部件及部位因素如下：車輪直徑、軸箱彈簧調(diào)整板厚度、軸箱彈簧組成尺寸誤差、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接尺寸差、空氣彈簧調(diào)整墊高度差、空氣彈簧尺寸高度差、車體枕梁下平面高度尺寸差、車體整體撓度、車體前艙焊接平面度、車體前艙牽引梁平面度、后箱托架、前箱托架、車鉤托架和車鉤本體等13個(gè)決定因素，其中的轉(zhuǎn)向架因素如車輪、軸箱彈簧、空氣彈簧等在轉(zhuǎn)向架落成后調(diào)整尺寸對(duì)前端車鉤高度影響微小，例如軸箱彈簧調(diào)整墊的調(diào)整范圍僅在0～3 mm之間，對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)向架高度幾乎無影響。車體因素如整車車體變形、司機(jī)室前艙焊接變形等均已固定不可調(diào)整。

在一般正常檢修過程中，車鉤高度進(jìn)行調(diào)整時(shí)首先考慮對(duì)車鉤托架、前箱托架等車鉤高度調(diào)整的相關(guān)部件，只有在特殊情況如車體變形明顯或者轉(zhuǎn)向架相關(guān)尺寸明顯超出合理范圍時(shí)才對(duì)以上因素進(jìn)行討論。

2 車鉤尺寸測(cè)量

CRH2型動(dòng)車組在檢修過程中，車鉤高度測(cè)量主要在落車后的稱重工序進(jìn)行[3]。車鉤高度尺寸測(cè)量及調(diào)整應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)軌上進(jìn)行，車輛應(yīng)滿足以下條件：稱重合格、水箱注滿水、處于空氣彈簧充風(fēng)狀態(tài)下(風(fēng)源壓力為500 kPa～900 kPa)。

頭車車鉤高度測(cè)量：高度測(cè)量前目視檢查頭車車鉤托架基本水平(頭車車鉤下部與托架板簧摩擦板左右兩邊接觸面應(yīng)密貼)，如不滿足首先翻轉(zhuǎn)活動(dòng)式車鉤托架承載板或者上下晃動(dòng)車鉤待其自由靜止后測(cè)量。

測(cè)量方法：將水平尺桿放置于標(biāo)準(zhǔn)軌上通過3M鋼卷尺或車鉤高度測(cè)量工裝裝置進(jìn)行測(cè)量。

圖1 頭車車鉤高度示意圖

車鉤上翹下垂量：將水平儀的一端放在車鉤及與車鉤托架連接的橫銷下部，然后將水平儀水平放置(水平儀的氣泡在中間位置)，測(cè)量水平儀前端與車鉤標(biāo)記點(diǎn)的高度距離為H，車鉤的上翹下垂量X=|H-30|mm(30為車鉤橫銷的半徑)，車鉤上翹量或下垂量均不應(yīng)大于5 mm，即X=|A-B|≤5。

3 車鉤高度調(diào)整

在實(shí)際的生產(chǎn)過程中車鉤高度測(cè)量在稱重工序進(jìn)行，此時(shí)整車制造過程已經(jīng)基本完成，出現(xiàn)的車鉤高度超差問題往往只能單一地通過車鉤板簧調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)整。車鉤上翹量或下垂量是影響車鉤鉤舌受力性能的另一個(gè)關(guān)鍵因素，受制于此因素影響，就只能通過抬車分解車體與轉(zhuǎn)向架、牽引梁整形、更換前箱托架或者更換另外尺寸轉(zhuǎn)向架來實(shí)現(xiàn)，且重新抬車無疑會(huì)使工作量急劇增大，嚴(yán)重沖擊生產(chǎn)安排和影響生產(chǎn)效率。

柴田式前端車鉤的高度一般按照以下流程進(jìn)行調(diào)整：

(1)翻轉(zhuǎn)活動(dòng)式車鉤托架承載板，檢查車鉤托架承載板與車鉤鉤體之間是否處于自由承載狀態(tài)。可適當(dāng)翻轉(zhuǎn)車鉤托架前端承載板后，上下晃動(dòng)車鉤待其自由靜止時(shí)重新測(cè)量車鉤高度是否滿足要求。車鉤托架上摩擦板的作用對(duì)車鉤高度影響極為明顯，車鉤高度調(diào)整經(jīng)驗(yàn)表明車鉤本體與摩擦板間存在的作用力對(duì)車鉤高度影響范圍一般在(-5～3)mm之內(nèi)，特殊情況如車鉤極限承受垂直向下壓力后緩慢釋放壓力車鉤高度能夠降低多達(dá)7 mm以上，靜止2 h以上車鉤高度能夠逐漸恢復(fù)到-3 mm以內(nèi)。

(2)檢查車鉤托架是否水平，車鉤承載部位是否處于車鉤托架中間兩條白色線范圍之內(nèi)；目視檢查車鉤托架兩側(cè)彈簧板高度差是否過大。車鉤偏向一側(cè)時(shí)前端車鉤托架承載板一般有目視可見的傾斜。承載板目視可見的傾斜可以在車鉤前箱托架安裝后就預(yù)先進(jìn)行目視檢查，一般采用參照車鉤板簧與開閉機(jī)構(gòu)下懸掛橫梁的間隙尺寸進(jìn)行比較，間隙尺寸差別明顯時(shí)可預(yù)先對(duì)較高一側(cè)彈簧板上調(diào)整墊進(jìn)行適當(dāng)增加。

(3)如經(jīng)以上兩步調(diào)整后車鉤高度尚不能滿足要求，需對(duì)托架彈簧上的調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)車鉤托架彈簧板和車鉤尺寸(見圖2)計(jì)算調(diào)整墊增減時(shí)車鉤高度尺寸變化。

圖2 車鉤尺寸圖

托架變化計(jì)算：按照托架彈簧制造技術(shù)條件要求，托架彈簧的彈簧常數(shù)為7.8 kg/mm，車鉤安裝后其裝載載荷為185 kg，重心垂線位于C1處。按照車鉤組裝尺寸計(jì)算車鉤高度尺寸變化20 mm，C1處高度變化8.75 mm，重心水平朝車鉤橫銷移動(dòng)量小于0.11 mm；因此在一般的車鉤高度調(diào)整范圍內(nèi)，其C1處載荷基本不變，托架彈簧因載荷變化產(chǎn)生的變形可忽略，托架彈簧可按照剛性體進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)圖1中托架尺寸，C2處變化1 mm，C1處變化約為3.5 mm；C1處變化1 mm，車鉤端部變化約為2.2 mm；兩者疊加計(jì)算為托架彈簧調(diào)整墊每調(diào)整1 mm，車鉤端部高度變化約為7.7 mm。因車鉤組裝存在間隙及部件變形等誤差，根據(jù)長(zhǎng)期車鉤調(diào)整經(jīng)驗(yàn)，端部車鉤變形經(jīng)驗(yàn)值一般取6 mm進(jìn)行計(jì)算。車鉤調(diào)整墊一般有1 mm、1.5 mm、3 mm、4.5 mm等4種厚度尺寸，因此按最小調(diào)整厚度0.5 mm計(jì)算高度調(diào)整一般為3 mm的倍數(shù)，如3 mm、6 mm、9 mm等。

(4)車鉤調(diào)整墊增減有一定的限度要求，通常車鉤調(diào)整墊厚度總計(jì)需保持在8.5～12 mm之間，并且車鉤調(diào)整必須考慮上翹下垂量的改變。

車鉤結(jié)構(gòu)因素：在車鉤載荷作用下，車鉤托架彈簧板受車鉤重力載荷影響自然變形，前箱托架前端墊片處因此產(chǎn)生的間隙為8.5 mm左右，當(dāng)調(diào)整墊少于8.5 mm時(shí)，繼續(xù)減少墊片也無法提升車鉤高度。調(diào)整墊總計(jì)厚度超過12 mm時(shí)，托架板簧最前端固定螺栓的擰緊力開始小于板簧自身變形產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，造成板簧最前端的固定螺栓處產(chǎn)生閃縫現(xiàn)象，嚴(yán)重影響緊固結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

因此在車鉤調(diào)整墊方式失效時(shí)需考慮從車鉤結(jié)構(gòu)其他部件進(jìn)行調(diào)整。

車鉤上翹下垂量限制：車鉤上翹下垂量為5 mm，對(duì)車鉤高度有極大的限制。通常車鉤上翹下垂量對(duì)車鉤高度調(diào)整的限制一般處于車鉤高度極限位置附件，例如車鉤上翹2 mm以上且車鉤高度在995 mm以下時(shí)，只考慮撤減調(diào)整墊0.5 mm以上也會(huì)使車鉤上翹量超過5 mm的限制。

通過以上分析可知當(dāng)車鉤調(diào)整墊方式失效，需要考慮采取其他方式進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)車鉤托架安裝結(jié)構(gòu)研究，在前箱托架與車體牽引梁間增加調(diào)整墊的方式能夠起到很大的作用。在牽引梁安裝后側(cè)增加調(diào)整墊(見圖3)，根據(jù)杠桿原理前箱托架前端抬升車鉤高度提升，同時(shí)車鉤本體后部提升使得車鉤上翹下垂量減小，這能極大改善因提升車鉤高度造成的車鉤上翹下垂量急劇增大的問題。

圖3 前箱托架調(diào)整示意圖

計(jì)算如下：前箱托架后端增加調(diào)整墊1 mm，根據(jù)車體組裝尺寸計(jì)算，C1處升高約為4.2 mm，結(jié)合鉤體尺寸車鉤端部高度升高約為9 mm；車鉤橫銷上升約為1.8 mm，車鉤高度減小約4 mm；綜合以上調(diào)整效果為車鉤高度升高5 mm，上翹量減少1.8 mm。

前箱托架前端增加調(diào)整墊1 mm，根據(jù)車體組裝尺寸計(jì)算，C1處降低約為6 mm，結(jié)合鉤體尺寸車鉤端部高度降低約為13 mm；車鉤橫銷下降約為2.8 mm，車鉤高度升高約6.4 mm；綜合以上調(diào)整效果為車鉤高度降低6.6 mm，上翹量增加2.8 mm。

撤減車鉤調(diào)整墊降低車鉤高度、結(jié)合前箱托架后側(cè)加墊增加車鉤高度，能夠?qū)囥^高度進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)能夠?qū)囥^上翹或者下垂量進(jìn)行反向調(diào)整。

4 工藝過程管控

車鉤高度超出允許范圍問題在動(dòng)車組檢修過程中經(jīng)常出現(xiàn)，良好的工藝過程管控能夠極大降低車鉤高度超限問題的出現(xiàn)，減少重復(fù)調(diào)整的工作量。按以上車鉤調(diào)整流程的分析，車鉤高度的主要調(diào)節(jié)部位為車鉤托架、托架板簧、板簧調(diào)整墊、前箱托架變形量、牽引梁平面度等。因此按照車鉤組裝流程需按順序依次嚴(yán)格控制相關(guān)部件變形尺寸或組裝尺寸，相關(guān)的工藝過程管控如下：

(1)車鉤組裝工序在落車稱重工序之前，參照以上車鉤相關(guān)部件調(diào)整尺寸對(duì)車鉤高度的影響，其中車鉤前箱托架與車體牽引梁間的調(diào)整墊對(duì)車鉤高度影響最大能夠達(dá)到1∶13，換言之在車鉤組裝前車體牽引梁上翹、下垂變形量就需要進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量卡控，避免重復(fù)拆卸調(diào)整。參照以上計(jì)算調(diào)整量的分析，應(yīng)確保車體牽引梁車鉤安裝平面前后高度差不能大于1 mm。

(2)前箱托架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝平面為加工平面，平面度控制在±1 mm范圍內(nèi)，其對(duì)車鉤高度的影響與車體牽引梁一致，都是通過杠桿效應(yīng)影響車鉤高度。

(3)車鉤托架彈簧板上調(diào)整墊對(duì)車鉤的調(diào)整一般為3 mm的倍數(shù)且增減有一定的限度要求，通常車鉤調(diào)整墊厚度總計(jì)需保持在8.5～12 mm之間，并且車鉤調(diào)整必須考慮上翹下垂量的改變。

(4)車鉤高度測(cè)量一般在車輛稱重調(diào)整完畢之后進(jìn)行，需注意的是應(yīng)將整車處于標(biāo)準(zhǔn)軌靜置2 h以上以減小前后空氣彈簧因調(diào)車產(chǎn)生的高度差。

車鉤前箱托架安裝平面變形量與車體牽引梁安裝面平面度是相互影響的因素，兩者既可以相互抵消也存在相疊加效應(yīng)，在疊加時(shí)容易導(dǎo)致變形量超限出現(xiàn)前箱托架傾斜現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)中的組裝現(xiàn)場(chǎng)，很難對(duì)前箱托架加工面傾斜度進(jìn)行測(cè)量。

5 總結(jié)

以上通過對(duì)車鉤本體結(jié)構(gòu)的分析及調(diào)整范圍的計(jì)算，為車鉤調(diào)整指明了方向和調(diào)整依據(jù)，并總結(jié)出了牽引梁平面度控制、車鉤組裝調(diào)整及車鉤測(cè)量前整車靜置等工藝管控措施。在實(shí)際生產(chǎn)中，施工人員按照本文所述方法進(jìn)行計(jì)算后及時(shí)解決了車鉤高度異常問題，按照工藝管控措施，極大降低了車鉤高度超限的概率。