25T型客車密接車鉤支撐彈簧盒磨損故障原因分析

續(xù)連文

(中國鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司青島機(jī)車車輛監(jiān)造項(xiàng)目部 山東 青島 266000)

25T型客車密接車鉤(以下簡稱“25T型密接車鉤”)自2004年4月上線運(yùn)行以來，至今裝車數(shù)量已有萬余套，運(yùn)行十余年來，在總體運(yùn)用狀況良好的情況下，也發(fā)生了一些輕微故障。運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)，在個別路況惡劣區(qū)間運(yùn)行時，部分車鉤存在支撐彈簧盒異常磨損的故障。

1 結(jié)構(gòu)原理與故障情況

1.1 結(jié)構(gòu)原理

支撐彈簧盒系25T型密接車鉤安裝吊掛系統(tǒng)部件，主要作用是支撐整個車鉤，并保持一定車鉤高度以方便連掛。車鉤連掛完成后，支撐彈簧盒已無實(shí)質(zhì)作用。25T型密接車鉤結(jié)構(gòu)如圖1所示，支撐彈簧盒的受力情況如圖2所示。

圖1 25T型密接車鉤整體結(jié)構(gòu)

F—車鉤重量的傳遞力或車鉤施加的垂向載荷。圖2 支撐彈簧盒的受力情況

車鉤未連掛前，車鉤凸錐頂點(diǎn)相對安裝座中心的高度差為0～-30 mm，根據(jù)車鉤幾何尺寸可計算出車鉤會產(chǎn)生垂向向下0～1.3°的轉(zhuǎn)角(見圖3)。

圖3 未連掛前車鉤垂向轉(zhuǎn)角

因連接前的車鉤存在向下的轉(zhuǎn)角，兩車鉤連掛后，由于密接車鉤的聯(lián)鎖作用，兩車鉤在縱向形成類似剛性桿的結(jié)構(gòu)，代表鉤高的車鉤縱向中心線與兩車的車鉤安裝座中心連線一致。在平直道上，當(dāng)兩車安裝座中心高度相等時，車鉤便呈水平狀態(tài)，此時，部分車鉤的支撐彈簧盒頂面與車鉤殼體會脫離接觸，或因關(guān)節(jié)軸承轉(zhuǎn)動作用而呈部分接觸的狀態(tài)(見圖4)。根據(jù)車鉤幾何尺寸可計算出，車鉤垂向偏轉(zhuǎn)0～1.3°時，支撐彈簧盒與鉤體殼體間的間隙量為0～6.7 mm，考慮到支架存在彈性變形因素，此值范圍大致在0～2 mm。

圖4 連掛后的車鉤與支撐彈簧盒間存在少量間隙

由上述結(jié)構(gòu)分析可歸納出支撐彈簧盒的基本功能如下：

(1)未連掛前，支撐彈簧盒起支撐車鉤重量，保證車鉤具有一定車鉤高度的作用；

(2)車鉤連掛后，支撐彈簧盒已無支撐作用，此時即使摘除也不會影響車鉤運(yùn)用。

1.2 故障情況介紹

自首次發(fā)現(xiàn)磨耗故障開始，對昆明、南寧、北京、北京西、哈爾濱、濟(jì)南等車輛段運(yùn)用的支撐彈簧盒的磨耗量進(jìn)行了普查，除嚴(yán)重磨損至穿透的2件故障支撐彈簧盒外，普查中另發(fā)現(xiàn)了11起存在不同程度磨耗的支撐彈簧盒，均發(fā)生在昆明車輛段配屬的客車上，而在其他車輛段并未發(fā)現(xiàn)，這說明支撐彈簧盒磨損應(yīng)該與云貴地區(qū)線路曲線多、坡道多等運(yùn)行工況過于惡劣存在關(guān)聯(lián)。

此外，還抽查了昆明段4列車的普查數(shù)據(jù)，以查清發(fā)生磨損的車鉤在列車中所處的位置，以及是否與不同車種存在某種關(guān)聯(lián)。磨損車鉤所處列車中的位置情況統(tǒng)計結(jié)果如圖5所示。

從磨損的支撐彈簧盒所處列車中的位置看，列車中、后部是發(fā)生磨損故障的主要處所，符合列車縱向沖擊力以中、后部為更高的規(guī)律。

磨損至磨穿的故障如圖6所示。

圖5 磨損車鉤在列車中所處的位置

圖6 支撐彈簧盒磨穿故障

2 支撐彈簧盒工作狀態(tài)分析

根據(jù)前述的結(jié)構(gòu)介紹可知，在正常情況下，影響支撐彈簧盒與車鉤間接觸狀態(tài)的因素有：

(1)車鉤未連掛前存在輕微低頭(車鉤高度0～-30 mm導(dǎo)致)，則車鉤連掛升起后彈簧盒上方應(yīng)有0～7 mm的間隙(A)；

(2)連掛前支架因支撐車鉤重量受壓，產(chǎn)生約4 mm的彈性變形(B)；

導(dǎo)流裝置主要由5454-H32鋁鎂合金制成，位于兩條通道的底部分割點(diǎn)，由4列縱板和6列橫向方管組成骨架，其外表面鉚接了一層帶有黑色氧化膜的鋁合金面板。為了減輕空氣在導(dǎo)流裝置上轉(zhuǎn)向過程中的阻力，其外部被設(shè)計為多曲率封閉橢圓形“水滴狀”結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

(3)車體安裝座端面存在0～0.5°的仰角或傾角，影響彈簧盒上方間隙0～2 mm左右(C)。

上述因素的綜合作用結(jié)果，使運(yùn)用中支撐彈簧盒與車鉤殼體間的間隙量為D=A-B-C，為-5～+6 mm。

從理論上分析， 根據(jù)統(tǒng)計學(xué)理論， 支撐彈簧盒與車鉤殼體間的間隙量的發(fā)生概率呈正態(tài)分布， 支撐彈簧盒與殼體接觸的比例為35%左右(見圖7)。

圖7 車鉤殼體與支撐彈簧盒間隙值分布概率

以上分析是建立在車鉤高度控制在850～880 mm的區(qū)間。實(shí)際運(yùn)用中，因車體存在垂向振幅或通過豎曲線時車鉤會隨之產(chǎn)生垂向振幅，這時車鉤殼體便會壓縮支撐彈簧盒，若緩沖器再伴隨行程時，車鉤殼體就會在支撐彈簧盒上表面上發(fā)生滑動摩擦，但這種摩擦屬瞬間性質(zhì)，對支撐彈簧盒難以形成快速磨損。

由以上分析不難發(fā)現(xiàn)，正常情況下，支撐彈簧盒與車鉤殼體間呈輕微接觸狀態(tài)的占半數(shù)以上，工作中還會有不穩(wěn)定的瞬時接觸。因此，支撐彈簧盒上平面出現(xiàn)磨損是必然現(xiàn)象，但短期內(nèi)產(chǎn)生嚴(yán)重磨耗損傷的情況為極小概率事件。

3 故障車及新制整鉤狀態(tài)調(diào)查

3.1 故障車鉤調(diào)查

從昆明段現(xiàn)場拆下了2套支撐彈簧盒磨耗嚴(yán)重的整鉤進(jìn)行了拆解檢查。檢查結(jié)果如下：

(1)在試驗(yàn)臺上分別測量車鉤的高度，車鉤均無抬頭現(xiàn)象，凸錐頂點(diǎn)與安裝座中心相對高度差分別為-20 mm、-26 mm，符合0～-30 mm的限度要求；

(2)觀察兩車鉤的緩沖器，發(fā)現(xiàn)均存在內(nèi)半筒脫出現(xiàn)象，脫出量分別為15 mm、18 mm(見圖8)。

圖8 兩車鉤均存在內(nèi)半筒脫出現(xiàn)象

3.2 A4修程檢修中的彈簧盒調(diào)查

3.3 新造整鉤狀態(tài)調(diào)查

從批量生產(chǎn)的整鉤中，隨機(jī)抽取2套裝至試驗(yàn)臺檢查車鉤高度及連掛后車鉤殼體與支撐彈簧盒間的間隙情況，得到如下檢查結(jié)果(見圖9)：

(1)兩車鉤的車鉤高度明顯呈凸錐下垂?fàn)睿麓沽糠?～30 mm的要求；

(2)兩車鉤連掛后，車鉤殼體與支撐彈簧盒之間均存在少量間隙(因關(guān)節(jié)軸承轉(zhuǎn)動較靈活，間隙會不均勻地存在，大部分為一側(cè)能觀察到，另一側(cè)不明顯)。

圖9 試驗(yàn)臺觀察合格而連掛后車鉤殼體與彈簧盒間有間隙

4 結(jié)論與建議

綜合以上結(jié)構(gòu)分析、現(xiàn)場調(diào)查所得到的結(jié)果和信息，可得出如下結(jié)論：

(1)彈簧盒正常工作中與車鉤殼體的接觸為輕微接觸和瞬間接觸，約35%基本不接觸，因此，即使長期運(yùn)用也難以發(fā)生彈簧盒的快速磨損。

(2)彈簧盒具有10年無磨損故障(可檢測到的磨損故障)的優(yōu)良運(yùn)用記錄，甚至運(yùn)行2個A4修程的彈簧蓋都不能檢測出因磨損導(dǎo)致的尺寸變化，可見彈簧盒磨損故障發(fā)生率是極低的，磨穿故障更是十分罕見。

(3)彈簧盒磨穿故障應(yīng)是彈簧蓋與車鉤殼體形成常態(tài)化接觸后，隨著緩沖器產(chǎn)生大幅度行程，車鉤殼體與彈簧蓋間頻繁地往復(fù)運(yùn)動所形成的迅速磨損。這通常與內(nèi)半筒脫出現(xiàn)象存在重要關(guān)聯(lián)。因此，日常運(yùn)用中應(yīng)注意觀察內(nèi)半筒脫出是否超標(biāo)。

(4)從對全國萬余套車鉤的運(yùn)用調(diào)查看，除昆明地區(qū)外，其他地區(qū)未發(fā)現(xiàn)任何支撐彈簧盒磨損現(xiàn)象，足以說明支撐彈簧盒的快速磨損屬個案性質(zhì)。

針對故障調(diào)查分析結(jié)論，為避免彈簧盒磨損嚴(yán)重故障的再次發(fā)生，后續(xù)應(yīng)采取如下措施：

(1)當(dāng)檢測到彈簧盒蓋107 mm的(彈簧盒總高度172 mm)設(shè)計尺寸減小至104 mm后，立即采取更換或加焊磨耗板的措施；同時，檢查該鉤的緩沖器是否存在內(nèi)半筒脫出現(xiàn)象。如存在內(nèi)半筒脫出現(xiàn)象時，應(yīng)及時更換緩沖器芯體。

(2)段修時，確保把車鉤高度控制在850～880 mm范圍內(nèi)。為減輕支撐彈簧盒的壓力，建議縮小車鉤高度控制范圍，車鉤高度控制在850～860 mm范圍內(nèi)。

上述建議被車輛段采納兩年以來，取得了較好的效果，未再出現(xiàn)支撐彈簧盒異常磨損故障，為下步修程修改提供了依據(jù)。