C64K 型敞車重載工況慣性故障及檢修工藝

楊世權(quán)

（神華鐵路貨車運(yùn)輸有限責(zé)任公司，北京 100010）

1 國家能源集團(tuán)C64K 型敞車運(yùn)行工況介紹

國家能源集團(tuán)神華鐵路貨車公司，是國內(nèi)從事西煤東運(yùn)的鐵路自備車管理公司，現(xiàn)保有C64K 型敞車約2.1 萬輛，主要在集團(tuán)管內(nèi)線路運(yùn)行，部分車輛也在國鐵線路運(yùn)行。管內(nèi)線路運(yùn)行工況較為復(fù)雜，長(zhǎng)、大坡道和彎道較多。如：集團(tuán)神朔鐵路全長(zhǎng)270 km，絕大部分區(qū)段為重載牽引上坡，最大坡度12‰，最小曲線半徑為400 m；朔黃鐵路全長(zhǎng)594 km，海拔高度差達(dá)到1.53 km，最大坡度12‰，最小曲線半徑400 m，正線R400 m≤L≤R800 m 曲線達(dá)到223 條。加之線路部分區(qū)段為高寒地區(qū)，冬天最低氣溫-35 ℃，車輛金屬配件脆性升高，易產(chǎn)生疲勞裂紋。

C64K 型敞車年運(yùn)行里程是普通國鐵車輛的2 倍。根據(jù)集團(tuán)公司運(yùn)輸管理部門統(tǒng)計(jì)，C64K 型自備車從大柳塔至黃驊港的車輛年運(yùn)行里程為22.3 萬公里，從大柳塔至天津煤碼頭的年運(yùn)行里程為22 萬公里，從棋盤井東烏至天津煤碼頭的車輛年運(yùn)行里程約17.8 萬公里。由于車輛運(yùn)行里程的不確定性，故根據(jù)平均值按照每車每年20 萬公里運(yùn)行里程計(jì)算，是一般情況下國鐵車輛年里程10 萬公里的2 倍。

2012 年以來，隨著集團(tuán)管內(nèi)線路重載萬噸列車的開行，C64K 型車編組由原來的66 輛增加至132 輛，車輛承受牽引力及各項(xiàng)交變載荷成倍增加。

以上運(yùn)行工況均對(duì)C64K 型車輛運(yùn)行品質(zhì)不利，需加嚴(yán)、加強(qiáng)部分車輛配件檢修工藝。

2 車鉤慣性故障及檢修工藝改進(jìn)建議

2.1 C64K 型車13 系列車鉤2019 年1～6 月份段修故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（表1、表2）。

由表1 數(shù)據(jù)可知：1～6 月段修鉤體報(bào)廢故障主要為下牽引臺(tái)裂紋超限，共計(jì)513 個(gè)，占報(bào)廢故障總數(shù)的83%。由表2 可知，5～10 年及10～15 年報(bào)廢鉤體總計(jì)584 個(gè)，占報(bào)廢總數(shù)的94.5%，為絕大多數(shù)。

表1 段修C64K 車鉤2019 年1～6 月份報(bào)廢鉤體故障統(tǒng)計(jì)表

表2 段修C64K 車鉤2019 年1～6 月報(bào)廢鉤體年限統(tǒng)計(jì)表

2.2 故障原因分析

（1）車鉤牽引狀態(tài)時(shí)，牽引力傳遞過程為：鉤舌S 面—鉤舌牽引臺(tái)—鉤體牽引臺(tái)—鉤尾扁銷—鉤尾框—緩沖器—前從板—前從板座—牽引梁。13 系列鉤體牽引臺(tái)從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來看，下牽引臺(tái)的強(qiáng)度儲(chǔ)備最小。由于下牽引臺(tái)內(nèi)側(cè)與鉤頭連接處須鑄造鉤腔漏水孔，限制了下牽引臺(tái)的空間體積，減小了與鉤腔內(nèi)側(cè)的連接長(zhǎng)度。下牽引臺(tái)橫向長(zhǎng)度與縱向厚度均比上牽引臺(tái)小，下牽引臺(tái)橫向連接部分過渡圓弧較小，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。

（2）鉤體和鉤舌上、下牽引臺(tái)間隙不一致，鉤舌選配組裝作業(yè)時(shí)由于鉤舌自重及鉤體上、下鉤耳距離誤差，致使裝配后鉤體、鉤舌上牽引臺(tái)間隙大于下牽引臺(tái)間隙，車鉤受交變牽引力時(shí)，下牽引臺(tái)每次先承載受力。

（3）列車車鉤牽引力不是水平方向，而是與水平方向成一定夾角向上翹起。車輛滿載運(yùn)行時(shí)，重心在車體中心處，高于牽引梁，水平牽引力F牽1未直接作用在車體重心上。致使車鉤傳遞的牽引合力F牽2不是水平方向，而是向上偏移。如圖1 所示：車輛所受牽引力為F牽1，重力G，1、2 位臺(tái)車對(duì)車體的支撐力為N1、N2，車體滿載后重心距車鉤中心線為h，車輛定距為L(zhǎng)，車輛所受牽引力為F牽2。

圖1 車輛受力示意

N2－N1=2F牽1h/L>0

可見N2大于N1，致使2 位轉(zhuǎn)向架枕簧撓度大于1 位轉(zhuǎn)向架枕簧撓度，1 位端牽引梁上翹，高于2 位端牽引梁。因此，車鉤牽引力F牽2應(yīng)與水平方成一定夾角向上偏移。列車運(yùn)行過程中，鉤體下牽引臺(tái)較上牽引臺(tái)除受交變牽引力外，下牽引臺(tái)還受鉤頭上翹的扭矩，易造成下牽引臺(tái)應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋。

2.3 工藝改進(jìn)建議

（1）車鉤設(shè)計(jì)過程中增加下牽引臺(tái)儲(chǔ)備強(qiáng)度。加大下牽引臺(tái)長(zhǎng)度與厚度，適當(dāng)調(diào)整鉤體下漏水孔位置，減少其對(duì)下牽引臺(tái)的影響，增加下牽引臺(tái)根部與鉤腔連接過渡的圓弧面積，減小其根部應(yīng)力集中。提高車鉤材質(zhì)強(qiáng)度，除選用較高屈服極限和強(qiáng)度極限外，還應(yīng)選用低溫抗沖擊韌性較好的材料?，F(xiàn)已廣泛采用含P量＜0.025%、含S 量＜0.020%的E 級(jí)鋼13B 車鉤，同時(shí)盡量裝配13B 型小間隙鉤舌，減小列車縱向沖動(dòng)。

（2）廠、段修過程中加強(qiáng)鉤體上、下牽引臺(tái)磨耗檢查，合理選配鉤舌、鉤體，也可采用鉤舌與下鉤耳間安裝墊圈的方法進(jìn)行調(diào)整，使鉤體和鉤舌上、下牽引臺(tái)間隙趨于一致，增大鉤體上牽引臺(tái)與鉤舌上牽引臺(tái)的接觸面積，防止受力不均。

（3）因集團(tuán)C64K 型車年運(yùn)行里程是國鐵一般車輛的2 倍，可適當(dāng)縮短鉤體的使用年限，如E 級(jí)鋼、C 級(jí)鋼鉤體壽命管理周期由25 年調(diào)整為13 年。

3 車門搭扣慣性故障及檢修工藝改進(jìn)建議

3.1 2019 年臨修C64K 型車1～6 月車體故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見表3。

表3 臨修C64K2019 年1～6 月車體故障統(tǒng)計(jì)表

由表3 可知，C64K 型車體運(yùn)用扣臨修主要故障為下側(cè)門搭扣螺栓變形、丟失，導(dǎo)致搭扣鐵丟失、搭扣失效，占車體故障的64.7%。

3.2 故障原因分析

搭扣鐵螺栓頭部尺寸與搭扣鐵螺栓孔直徑不匹配，搭扣鐵螺栓孔徑24 mm，而裝用符合GB/T 5782—2000 標(biāo)準(zhǔn)的M16×100 螺栓頭部六邊形內(nèi)切圓直徑也為24 mm，扣鐵與螺栓頭部間安裝平墊圈，內(nèi)徑17 mm，外徑30 mm。在車輛滿載運(yùn)行工況下，由于搭扣鐵承受較大張力，平墊圈極易集中受力，變形、磨損，最后導(dǎo)致搭扣螺栓頭部磨損、丟失，致使搭扣鐵丟失，如圖2所示。

C64K 型車存在局部超載現(xiàn)象，下車門搭扣鐵螺栓及墊片承受較大外張力，同時(shí)車輛在貨場(chǎng)卸煤后，有使用挖機(jī)強(qiáng)行頂門、關(guān)門現(xiàn)象，車門搭扣承受較大張力。

3.3 工藝改進(jìn)建議

圖2 XXXX

圖3 增大頭部尺寸的非標(biāo)搭扣鐵螺栓

可要求螺栓供應(yīng)廠家生產(chǎn)非標(biāo)螺栓，增大M16×100 螺栓頭部尺寸，頭部?jī)?nèi)切圓直徑由24 mm，增大到28 mm，如圖3 所示。頭部尺寸增大后，與搭扣鐵螺栓孔能夠良好匹配，平墊片集中受力變形現(xiàn)象將明顯改善。據(jù)調(diào)研，某檢修單位曾經(jīng)要求供應(yīng)商供應(yīng)過3000 條該型非標(biāo)螺栓，裝車一個(gè)段修運(yùn)用試驗(yàn)，狀態(tài)良好未出現(xiàn)搭扣墊片變形、螺栓頭部磨損失效的情況。

4 JC 旁承故障及工藝改進(jìn)建議

4.1 JC 旁承故障介紹

據(jù)運(yùn)用部門反應(yīng)，2019 年1～6 月扣臨修車輛，共出現(xiàn)旁承滾子折斷6 件，折斷部位均為旁承滾子軸外側(cè)根部，且故障車輛僅1個(gè)旁承滾子軸折斷，該故障數(shù)量雖然不多，但對(duì)車輛承載安全及車輛運(yùn)行品質(zhì)有明顯影響（2016 年12 月曾發(fā)生過17 次該故障）。

4.2 故障原因分析

（1）滾子軸制造時(shí)，突臺(tái)附近由于形狀突變存在應(yīng)力集中，長(zhǎng)期運(yùn)行易產(chǎn)生裂紋。

（2）彈性旁承體使用壽命與集團(tuán)貨車運(yùn)行里程不匹配，現(xiàn)部分檢修單位以6 年作為彈性旁承體壽命判定標(biāo)準(zhǔn)，若按《段規(guī)》要求滿80 萬公里或6 年時(shí)須報(bào)廢，集團(tuán)C64K 型車旁承體4 年就應(yīng)報(bào)廢（年里程20 萬公里）。目前C64K 型車部分彈性旁承體裝用期超4 年，屬超期服役，垂直剛度下降，尤其是重車運(yùn)行，車輛側(cè)滾、搖頭運(yùn)動(dòng)或通過曲線時(shí)，旁承體支撐力不足，導(dǎo)致旁承壓死，壓斷滾子軸。

（3）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研現(xiàn)車落成時(shí)，由于同車輛輪徑差、底架變形及上旁承形位公差等因素，同轉(zhuǎn)向架旁承及同車同側(cè)旁承支撐面通常不在一個(gè)水平面，當(dāng)同轉(zhuǎn)向架或同車同側(cè)旁承高度差較大時(shí)，較低的旁承在車輛運(yùn)行中，將會(huì)承受較大載荷，甚至偏載，造成旁承壓死，壓斷滾子軸。

（4）同轉(zhuǎn)向架新舊旁承混裝也會(huì)導(dǎo)致旁承壓死。由于橡膠老化，彈性旁承體垂向剛度在整個(gè)裝用期內(nèi)是逐漸減弱的過程，如同轉(zhuǎn)向架裝用新舊旁承使用期相差較大，舊旁承體剛度較弱，車輛運(yùn)行中，舊旁承側(cè)將會(huì)承受較大載荷。

（5）心盤懸空是導(dǎo)致旁承壓死的另一個(gè)原因。當(dāng)廠、段修安裝輪對(duì)輪徑大于原收入輪對(duì)時(shí)，通常會(huì)采用減少心盤墊板厚度，減小下旁承墊板厚度方法保證上旁承下平面與JC 型旁承滾子間隙，如不注意或換裝剛度較大新旁承體，會(huì)造成心盤未落實(shí)現(xiàn)象，重車狀態(tài)將會(huì)導(dǎo)致旁承壓死，滾子軸折斷。

4.3 工藝改進(jìn)建議

（1）嚴(yán)格落實(shí)滾子軸制造工藝，嚴(yán)格熱處理工序，保證材料性能，廠、段修時(shí)要加強(qiáng)滾子軸形狀突變部位檢查。

（2）集團(tuán)C64K 型車JC 型旁承體應(yīng)以里程為判定壽命依據(jù)，旁承體滿4 年后報(bào)廢。

（3）現(xiàn)車落成調(diào)整上旁承下平面與下旁承滾子間隙時(shí)，同轉(zhuǎn)向架應(yīng)盡量減少下旁承墊板厚度差，保證均載。同車同側(cè)下旁承水平高度差，目前廠、段修均無有效控制手段，其誘因主要是同車輪徑差即1、2 位轉(zhuǎn)向架輪徑差較大所致?？蛇m當(dāng)加嚴(yán)輪對(duì)選配要求，由原工藝同轉(zhuǎn)向架輪徑差不大于15 mm、同車不大于30 mm，加嚴(yán)為同轉(zhuǎn)向架輪徑差不大于10 mm、同車不大于20 mm。這樣既能有效減少同車同側(cè)旁承支撐面高度差，保證旁承不偏載，又能提升整個(gè)車輛動(dòng)力學(xué)性能。

（4）同轉(zhuǎn)向架采用同批次生產(chǎn)旁承，即保證同轉(zhuǎn)向架旁承體使用時(shí)間、批次基本相同，如一側(cè)更換新品旁承時(shí)，另一側(cè)也同時(shí)更換同批次旁承，搭配使用，以保證旁承體垂向剛度相近。

（5）現(xiàn)車落成調(diào)整旁承間隙過程中，注意觀察上下心盤是否落實(shí)，可制作工具撥動(dòng)下心盤磨耗盤是否轉(zhuǎn)動(dòng)，以此判定心盤是否落實(shí)。

5 制動(dòng)管系故障及檢修工藝改進(jìn)

5.1 2019 年C64K 型車1～6 月臨修制動(dòng)故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見表4。

表4 臨修2019 年C64K 1～6 月制動(dòng)故障統(tǒng)計(jì)表

由表4 可知，2019 年1～6 月C64K 臨修車故障中，制動(dòng)閥內(nèi)故障占37.9%，制動(dòng)管系故障（含支管法蘭、降壓風(fēng)缸支管）總計(jì)占61.4%?？梢娭苿?dòng)管系故障比例占大部分。

5.2 故障原因分析

（1）廠、段修時(shí)部分職工緊固法蘭體用力過猛，未嚴(yán)格按照工藝交替、均勻緊固螺栓，造成法蘭體相互抗勁。制動(dòng)管系彎制后，存在不同程度的長(zhǎng)度、角度誤差。連接安裝時(shí)，法蘭接頭體在位置上有偏差，部分職工強(qiáng)行對(duì)位，擰緊法蘭體，造成連接管系法蘭體相互抗勁，車輛運(yùn)行中，受振動(dòng)交變載荷，易出現(xiàn)裂紋。

（2）目前C64K 型敞車使用的降壓風(fēng)缸支管與降壓風(fēng)缸直接連接，未采用法蘭連接?，F(xiàn)使用的降壓風(fēng)缸支管外徑27 mm，內(nèi)徑22 mm，經(jīng)攻絲后最薄處只有1.2 mm 左右，車輛運(yùn)行過程中，極易折斷。C64K 型車KZW 型空重車傳感閥支管吊卡與降壓風(fēng)缸支管三通法蘭接頭距離較遠(yuǎn)（約470 mm），三通接頭作用在降壓風(fēng)缸支管螺紋攻絲處，垂直向下力較大，車輛運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動(dòng)，易造成該部位開裂、折斷。

5.3 工藝改進(jìn)建議

（1）制動(dòng)管系應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D樣彎制，減小彎管誤差，提高管系彎制質(zhì)量。管系組裝連接時(shí)交替、均勻緊固法蘭螺栓，先緊固連通管法蘭，在不干涉其他基礎(chǔ)制動(dòng)配件情況下，吊卡座隨管系適當(dāng)移動(dòng)位置，避免吊卡與制動(dòng)管相互抗勁。

（2）在設(shè)計(jì)降壓風(fēng)缸時(shí)，降壓風(fēng)缸與管系聯(lián)通采用法蘭聯(lián)通，不再采用連通管攻絲旋入聯(lián)通。降壓風(fēng)缸支管與傳感閥管系聯(lián)通三通部位加裝吊卡座，支撐三通自重，減少降壓風(fēng)缸支管與風(fēng)缸連接處所受向下的扭矩。

6 限壓閥試驗(yàn)故障及工藝改進(jìn)建議

6.1 限壓閥故障介紹

4 月份在段修過程中，發(fā)現(xiàn)15 套限壓閥修竣后，上臺(tái)試驗(yàn)保壓位顯示活塞漏泄超標(biāo)，更換新品活塞及密封圈故障仍不能排除。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)職工反應(yīng)，此類故障時(shí)常出現(xiàn)。

6.2 故障原因分析

各結(jié)合面涂防銹檢漏劑進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)泄漏，后經(jīng)逐步排查，發(fā)現(xiàn)顯示活塞Y 型密封圈內(nèi)圈與顯示活塞配合不良，保壓位時(shí)降壓風(fēng)缸與制動(dòng)缸通路管系余風(fēng)通過顯示活塞Y 型密封圈內(nèi)圈與顯示活塞槽結(jié)合部聯(lián)通，壓力傳感器顯示漏泄超標(biāo)。如圖4 所示，漏風(fēng)處。

主要原因?yàn)椋篩 型密封圈彈性張力不足，內(nèi)圈與活塞槽為線接觸，接觸面積較小，容易漏風(fēng)。

6.3 工藝改進(jìn)建議

Y 型密封圈生產(chǎn)廠家嚴(yán)格按照?qǐng)D樣尺寸，選擇天然橡膠生產(chǎn)，保證密封圈彈性及張力。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)，在顯示活塞槽后根部加一個(gè)Φ8 mmO 形橡膠密封圈，試驗(yàn)時(shí)不再泄漏，故障排除，該方法可采用。

圖4 限壓閥活塞

7 結(jié)語

導(dǎo)致集團(tuán)C64K 型車故障因素較多，牽涉運(yùn)用工況、檢修工藝落實(shí)、配件設(shè)計(jì)、配件質(zhì)量等多方面問題，保障該型車的運(yùn)用安全是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的任務(wù)，需要各單位、部門的共同努力。以上提出的工藝改進(jìn)建議希望能夠幫助提升修車質(zhì)量和車輛運(yùn)行安全。由于調(diào)查的車型配件有局限性，不妥之處，請(qǐng)批評(píng)指正。