關(guān)于貨運機車與貨運車輛連掛互鉤差超限的原因分析與建議

鄭和平,劉海東

(中車齊齊哈爾車輛有限公司 大連研發(fā)中心,遼寧 大連 116052)

2018年以來,部分車輛運用部門反應(yīng),偶有機車與機后1位70 t級貨車重車車鉤連掛后互鉤差超限的故障。在國鐵集團機輛部的組織下,自2019年1月起,中車齊齊哈爾車輛有限公司先后赴蘇家屯、哈爾濱、齊齊哈爾、西安東、成都北、錦州車輛段及中車石家莊車輛有限公司(以下簡稱“石家莊公司”)等單位進行了現(xiàn)場調(diào)研,對調(diào)研情況進行了研究分析。結(jié)果表明,機車與車輛連掛互鉤差超限主要有以下原因:(1)個別70 t級貨車鉤尾銷擋板變形丟失、沖擊座與車鉤支撐座卡滯造成貨車車鉤鉤高偏低;(2)個別機車車鉤的鉤高偏高,超出標準規(guī)定的最高限值(890 mm);(3)測量線路不平及測量誤差。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研和研究分析情況,中車齊齊哈爾車輛有限公司進行了原因分析并提出了解決方案。

1 現(xiàn)場調(diào)研

1.1 車鉤支撐座與沖擊座卡滯

1.1.1 神大線調(diào)研情況

2019年4月18日,神大線神木站68123 次車開車準備時,車站人員檢查發(fā)現(xiàn)機后第2 位車輛(C70E1715682,重車,鉤高795 mm)車鉤低于重車最小運用限度要求(815 mm)[1],做扣修處理?，F(xiàn)場對該車鉤高進行了檢測,發(fā)現(xiàn)車鉤支撐座外側(cè)與沖擊座腔內(nèi)側(cè)局部有接觸;利用撬棍對車鉤進行下壓后,車鉤支撐座無法自動復(fù)位。為查找車鉤支撐座卡滯的原因,對車鉤支撐座和沖擊座等相關(guān)部件進行分解檢測。

沖擊座內(nèi)腔兩側(cè)磨耗板無翹起和變形,內(nèi)腔磨耗板與車鉤支撐座有摩擦痕跡,詳見圖1。

圖1 車鉤支撐座和沖擊座內(nèi)腔磨耗板情況

測量沖擊座內(nèi)腔磨耗板處寬度最小為86.1 mm,最大為87.5 mm,與名義尺寸91 mm 的最大差值為4.9 mm。測量車鉤支撐座外部寬度最小為85 mm,最大為86.2 mm,與名義尺寸84 mm 的最大差值為2.2 mm。沖擊座內(nèi)腔磨耗板處寬度最小86.1 mm 和車鉤支撐座外寬最大86.2 mm 比較后可見存在卡滯的可能性。

綜合神大線車鉤超限調(diào)研情況可知:沖擊座內(nèi)腔磨耗板處尺寸遠小于圖樣名義要求,沖擊座與車鉤支撐座組裝后無間隙余量,造成支撐彈簧壓縮后支撐座在沖擊座內(nèi)卡滯無法復(fù)位,引起車鉤低頭[2],車鉤鉤高超限。

1.1.2 石家莊公司調(diào)研情況

為進一步查找車鉤支撐座在沖擊座中組裝后卡滯的原因,對石家莊公司進入廠修車間未進行修理的72輛70 t級鐵路貨車沖擊座和車鉤支撐座進行分解檢測,沖擊座和車鉤支撐座檢測位置如圖2所示。

圖2 沖擊座和車鉤支撐座檢測部位

通過對隨機檢測的72輛貨車1位端和2位端共計144組沖擊座和支撐座相關(guān)配合部位檢測,數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計如表1所示。

表1 沖擊座和車鉤支撐座檢測統(tǒng)計表

綜合以上沖擊座和車鉤支撐座調(diào)研情況可知:(1)沖擊座和車鉤支撐座相關(guān)尺寸基本符合圖樣名義要求,個別沖擊座內(nèi)腔尺寸超差。含磨耗板沖擊座內(nèi)腔寬度合格率為84.7%,最小值為85.3 mm,最大值為95.0 mm;不含磨耗板沖擊座內(nèi)腔寬度合格率為89.9%,最小值為92.8 mm,最大值為99.5 mm;(2)車鉤支撐座外寬合格率為99.1%,僅有4個車鉤支撐座略小于下限0.2 mm,最大值為87.6 mm;(3)當內(nèi)腔尺寸超下限的沖擊座與外寬較大的車鉤支撐座組裝后,無間隙余量會造成卡滯[3]。

1.2 鉤尾銷擋板變形、脫落

1.2.1 蘇家屯車輛段調(diào)研情況

調(diào)研組對段修車間剛?cè)攵挝催M行修理的70 t級貨車進行影響車鉤高度相關(guān)因素的檢測,調(diào)研期間進入段修車間共計32輛貨車,共計發(fā)現(xiàn)13個車鉤高度偏低,鉤高值主要在825～863 mm 范圍內(nèi)。對鉤高較低的貨車端進行詳細檢測,通過上翹下垂尺對車鉤鉤頭進行測量,所有車鉤高度偏低的鉤頭均下垂,其下垂量最小為7 mm,最大為19 mm。

通過對中梁內(nèi)鉤尾框上部的鉤尾銷擋板進行檢測,發(fā)現(xiàn)有5個鉤尾銷擋板丟失或竄出,其他鉤尾銷擋板輕微磨耗。

1.2.2 石家莊公司調(diào)研情況

2019年7月,對石家莊公司70 t級廠修貨車調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)1個鉤尾銷擋板丟失,2個鉤尾銷擋板裂損,詳見圖3。

圖3 鉤尾銷擋板丟失和裂損

綜合上述調(diào)研情況可知:車鉤低頭和鉤尾銷擋板丟失是70 t級貨車鉤高偏低的主要原因,檢修后車鉤高度符合要求。

1.3 安監(jiān)報信息

根據(jù)2019—2020年7月安監(jiān)報信息匯總情況,共收到司機上報的機車與機后1位70 t級貨車重車車鉤連掛后互鉤差超限故障40起,其中車鉤支撐座與沖擊座卡滯原因12起,鉤尾銷擋板變形、脫落或鉤尾框上翹原因共3起,機車鉤高超過上限890 mm 原因9起,線路起伏不平及司機報告與實際測量值偏差較大等其他原因16起,各原因占比見圖4。

圖4 互鉤差超限原因占比圖

2 原因分析

2.1 車鉤支撐座與沖擊座卡滯

沖擊座內(nèi)腔尺寸超下限,車鉤支撐座與其組裝后無間隙余量,是造成70 t級貨車車鉤支撐座與沖擊座卡滯的主要原因。

2.2 鉤尾銷擋板變形、脫落

70 t級貨車均采用17 型車鉤緩沖裝置[4],由于17型車鉤的重心在車鉤前部鉤頭部位,為防止車鉤自重作用引起車鉤尾部的翹起,在車鉤尾部鉤尾銷處設(shè)有鉤尾銷擋板。車輛在運用時,沿車體縱向會產(chǎn)生縱向力,通過車鉤向相鄰車輛傳遞,當空重車連掛或相鄰兩車鉤高不同時,車鉤縱向力會因為鉤高差產(chǎn)生一定角度的垂向分力,該垂向力通過鉤尾銷傳遞到鉤尾銷擋板上,車輛在運用中,由于制動、調(diào)速或調(diào)車作業(yè)時均會產(chǎn)生較大的車鉤縱向拉伸或壓縮力,擋板長期在縱向拉伸和壓縮力交變載荷作用下,導(dǎo)致?lián)醢迮c中梁間的連接焊縫產(chǎn)生疲勞裂紋、開裂,嚴重時造成擋板脫落。

3 解決措施

3.1 車鉤支撐座與沖擊座卡滯

為解決車鉤支撐座與沖擊座卡滯問題,結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研情況及分析研究,提出了不同類型70 t級貨車改進方案建議,如下:

(1) 運用貨車。發(fā)生支撐座卡滯故障時,選裝外部寬度偏于下限的支撐座或?qū)⒃? mm 厚沖擊座磨耗板更換為1.5 mm 厚沖擊座磨耗板,磨耗板組焊時應(yīng)與沖擊座密貼,若焊角超出磨耗板平面應(yīng)磨平,確保更換后支撐座與沖擊座磨耗板間無卡滯。

(2) 檢修貨車。應(yīng)檢查支撐座與沖擊座磨耗板間隙,兩者間縱向間隙之和應(yīng)不小于3 mm,并用撬棍下壓支撐座進行卡滯檢查。不符時選裝外部寬度偏于下限的支撐座或?qū)_擊座磨耗板厚度更換為1.5 mm,磨耗板組焊時應(yīng)與沖擊座密貼,若焊角超出磨耗板平面應(yīng)磨平。

(3) 新造貨車。應(yīng)加強沖擊座和車鉤支撐座配合尺寸控制檢查,在沖擊座內(nèi)腔、沖擊座組成內(nèi)腔磨耗板處、車鉤支撐座外寬尺寸增加公差要求,增加公差后尺寸分別為和支撐座與沖擊座組裝后進行卡滯檢查。

3.2 鉤尾銷擋板裂損、脫落

通過現(xiàn)場調(diào)研及原因分析,借鑒C80系列專用敞車和C80E型通用敞車成熟結(jié)構(gòu),提出將槽型折壓鉤尾銷擋板結(jié)構(gòu)調(diào)整為平板結(jié)構(gòu)方案。

4 車鉤高標準分析

4.1 貨車鉤高標準分析

目前我國鐵路貨車的主型車輛為通用線裝用轉(zhuǎn)K5、K6型轉(zhuǎn)向架的70 t級通用貨車。新造或檢修貨車落成后車輛高度尺寸為(880±10)mm,大部分車輛鉤高一般控制在(880±5)mm 范圍內(nèi),但仍有小部分車輛鉤高接近890 mm 或870 mm,最低鉤高870 mm[5]。以通用70 t級貨車為例,重車最小理論鉤高為819 mm,同時現(xiàn)場調(diào)研也驗證了個別70 t級貨車重車鉤高在820 mm 左右,接近《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》重車最小鉤高815 mm 的規(guī)定。

4.2 機車鉤高標準分析

我國鐵路機車近幾十年得到飛速發(fā)展,由過去的蒸汽機車、內(nèi)燃機車發(fā)展到現(xiàn)在的電力機車,目前電氣化線路多,電力機車占比較高,通用線主要采用HXD1、HXD2和HXD3型電力交流機車[6]。蒸汽機車可裝載約70 t煤和水,質(zhì)量波動較大,鉤高變化較大;內(nèi)燃機車裝載油量較少,質(zhì)量波動在7 t范圍內(nèi),對鉤高影響較小;電力機車動力來源于接觸網(wǎng)供電,鉤高無空重之分,鉤高變化基本只受車輪磨耗影響。但相關(guān)新造或大修機車落成后鉤高(880±10)mm 的要求從蒸汽機車、內(nèi)燃機車到電力機車始終沒有變動。電力機車鉤高未兼顧貨車空車和重車兩種狀態(tài),導(dǎo)致與重車貨車連掛后互鉤差較大,因此電力機車鉤高無空重之分和個別偏高的實際情況很難滿足貨車空重狀態(tài)的要求。建議機車鉤高在后續(xù)研制中考慮貨車空重兩種狀態(tài)要求進行匹配,機車鉤高介于貨車空車鉤高和重車鉤高的中間值。

4.3 防脫結(jié)構(gòu)分析

車鉤防脫結(jié)構(gòu)在車鉤連掛后位于對側(cè)車鉤的下方,車鉤增加防脫結(jié)構(gòu)[7]可防止連掛的機車與車輛、車輛與車輛之間產(chǎn)生過大的垂向相對位移,避免連掛車鉤的鉤高差過大而導(dǎo)致的車鉤垂向脫離,提高列車運營安全可靠性;在車鉤鉤身、鉤尾框斷裂時,防脫結(jié)構(gòu)能有效地擋住斷裂的車鉤跌落到線路上,從而避免可能由此而引起的列車脫軌事故的發(fā)生;車輛脫軌后,車鉤防脫結(jié)構(gòu)能使車輛之間保持穩(wěn)定的連掛,從而可以避免車輛發(fā)生顛覆事故和重疊事故,對鐵路罐車的安全性尤為重要。

目前我國70 t級以上貨車采用的17型車鉤帶有防脫結(jié)構(gòu),有效預(yù)防了車輛之間相互脫離的故障;我國機車車鉤主要包含100型、101型和102型等3種結(jié)構(gòu),其中102型車鉤帶有垂向止擋防脫結(jié)構(gòu)[8],目前電力機車均采用無防脫結(jié)構(gòu)的100或101型結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

(1) 新造、大修后個別機車鉤高趨于上限890 mm和個別貨車重車鉤高接近815 mm 限值是互鉤差超限的主要原因。

(2) 車鉤支撐座與沖擊座卡滯和鉤尾銷擋板裂損丟失是個別70 t級貨車鉤高偏低的主要原因。

(3) 測量線路不平及測量誤差是互鉤差超限誤報的主要原因。

5.2 建議

(1) 貨車在新造和檢修中鉤高盡可能趨于上限,建議內(nèi)控尺寸為既有機車在新造和大修中鉤高盡可能趨于下限,建議內(nèi)控尺寸為新研制機車鉤高介于貨車空車鉤高和重車鉤高的中間值。

(2) 加強貨車沖擊座和車鉤支撐座配合尺寸控制檢查,磨耗板在兩側(cè)增加段焊,磨耗板組焊時應(yīng)與沖擊座密貼,焊角超出磨耗板平面應(yīng)磨平,確保更換后支撐座與沖擊座磨耗板間無卡滯。運用貨車發(fā)生支撐座卡滯故障時,可將原3 mm 厚沖擊座磨耗板更換為1.5 mm 厚沖擊座磨耗板;檢修貨車支撐座與沖擊座磨耗板縱向間隙之和不小于3 mm,不符時可將沖擊座磨耗板厚度更換為1.5 mm;新造貨車沖擊座和車鉤支撐座按照增加公差要求后進行尺寸控制檢查。

(3) 加強對貨車車鉤下垂量檢查,新造貨車不大于5 mm,檢修貨車不大于8 mm。

(4) 增加機車中梁內(nèi)擋板厚度,以減小鉤尾框與中梁間隙,防止鉤尾框上翹或鉤緩裝置上浮;機車車鉤增加防脫結(jié)構(gòu),防止車鉤垂向脫出,提高列車運行安全可靠性。

(5) 在信號旗旗桿上增加75 mm 刻度標識,提高互鉤差測量準確度。