關(guān)于貨運(yùn)機(jī)車與貨運(yùn)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(lái),部分車輛運(yùn)用部門反應(yīng),偶有機(jī)車與機(jī)后1位70 t級(jí)貨車重車車鉤連掛后互鉤差超限的故障。在國(guó)鐵集團(tuán)機(jī)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(jiǎn)稱“石家莊公司”)等單位進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,對(duì)調(diào)研情況進(jìn)行了研究分析。結(jié)果表明,機(jī)車與車輛連掛互鉤差超限主要有以下原因:(1)個(gè)別70 t級(jí)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(gè)別機(jī)車車鉤的鉤高偏高,超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最高限值(890 mm);(3)測(cè)量線路不平及測(cè)量誤差。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和研究分析情況,中車齊齊哈爾車輛有限公司進(jìn)行了原因分析并提出了解決方案。

1 現(xiàn)場(chǎng)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(zhǔn)備時(shí),車站人員檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)后第2 位車輛(C70E1715682,重車,鉤高795 mm)車鉤低于重車最小運(yùn)用限度要求(815 mm)[1],做扣修處理?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)該車鉤高進(jìn)行了檢測(cè),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(duì)車鉤進(jìn)行下壓后,車鉤支撐座無(wú)法自動(dòng)復(fù)位。為查找車鉤支撐座卡滯的原因,對(duì)車鉤支撐座和沖擊座等相關(guān)部件進(jìn)行分解檢測(cè)。

沖擊座內(nèi)腔兩側(cè)磨耗板無(wú)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(cè)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(cè)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(yuǎn)小于圖樣名義要求,沖擊座與車鉤支撐座組裝后無(wú)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(wú)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(jìn)一步查找車鉤支撐座在沖擊座中組裝后卡滯的原因,對(duì)石家莊公司進(jìn)入廠修車間未進(jìn)行修理的72輛70 t級(jí)鐵路貨車沖擊座和車鉤支撐座進(jìn)行分解檢測(cè),沖擊座和車鉤支撐座檢測(cè)位置如圖2所示。

圖2 沖擊座和車鉤支撐座檢測(cè)部位

通過(guò)對(duì)隨機(jī)檢測(cè)的72輛貨車1位端和2位端共計(jì)144組沖擊座和支撐座相關(guān)配合部位檢測(cè),數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 沖擊座和車鉤支撐座檢測(cè)統(tǒng)計(jì)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(gè)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(gè)車鉤支撐座略小于下限0.2 mm,最大值為87.6 mm;(3)當(dāng)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(wú)間隙余量會(huì)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(duì)段修車間剛?cè)攵挝催M(jìn)行修理的70 t級(jí)貨車進(jìn)行影響車鉤高度相關(guān)因素的檢測(cè),調(diào)研期間進(jìn)入段修車間共計(jì)32輛貨車,共計(jì)發(fā)現(xiàn)13個(gè)車鉤高度偏低,鉤高值主要在825～863 mm 范圍內(nèi)。對(duì)鉤高較低的貨車端進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè),通過(guò)上翹下垂尺對(duì)車鉤鉤頭進(jìn)行測(cè)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(guò)對(duì)中梁內(nèi)鉤尾框上部的鉤尾銷擋板進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)有5個(gè)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(duì)石家莊公司70 t級(jí)廠修貨車調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)1個(gè)鉤尾銷擋板丟失,2個(gè)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(jí)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(bào)信息

根據(jù)2019—2020年7月安監(jiān)報(bào)信息匯總情況,共收到司機(jī)上報(bào)的機(jī)車與機(jī)后1位70 t級(jí)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(jī)車鉤高超過(guò)上限890 mm 原因9起,線路起伏不平及司機(jī)報(bào)告與實(shí)際測(cè)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(wú)間隙余量,是造成70 t級(jí)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(jí)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(yùn)用時(shí),沿車體縱向會(huì)產(chǎn)生縱向力,通過(guò)車鉤向相鄰車輛傳遞,當(dāng)空重車連掛或相鄰兩車鉤高不同時(shí),車鉤縱向力會(huì)因?yàn)殂^高差產(chǎn)生一定角度的垂向分力,該垂向力通過(guò)鉤尾銷傳遞到鉤尾銷擋板上,車輛在運(yùn)用中,由于制動(dòng)、調(diào)速或調(diào)車作業(yè)時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大的車鉤縱向拉伸或壓縮力,擋板長(zhǎng)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(yán)重時(shí)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(wèn)題,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況及分析研究,提出了不同類型70 t級(jí)貨車改進(jìn)方案建議,如下:

(1) 運(yùn)用貨車。發(fā)生支撐座卡滯故障時(shí),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(shí)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(wú)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(jìn)行卡滯檢查。不符時(shí)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(shí)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(qiáng)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(jìn)行卡滯檢查。

3.2 鉤尾銷擋板裂損、脫落

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(biāo)準(zhǔn)分析

4.1 貨車鉤高標(biāo)準(zhǔn)分析

目前我國(guó)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(jí)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(jí)貨車為例,重車最小理論鉤高為819 mm,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研也驗(yàn)證了個(gè)別70 t級(jí)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(jī)車鉤高標(biāo)準(zhǔn)分析

我國(guó)鐵路機(jī)車近幾十年得到飛速發(fā)展,由過(guò)去的蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車發(fā)展到現(xiàn)在的電力機(jī)車,目前電氣化線路多,電力機(jī)車占比較高,通用線主要采用HXD1、HXD2和HXD3型電力交流機(jī)車[6]。蒸汽機(jī)車可裝載約70 t煤和水,質(zhì)量波動(dòng)較大,鉤高變化較大;內(nèi)燃機(jī)車裝載油量較少,質(zhì)量波動(dòng)在7 t范圍內(nèi),對(duì)鉤高影響較小;電力機(jī)車動(dòng)力來(lái)源于接觸網(wǎng)供電,鉤高無(wú)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(jī)車落成后鉤高(880±10)mm 的要求從蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車到電力機(jī)車始終沒(méi)有變動(dòng)。電力機(jī)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(jī)車鉤高無(wú)空重之分和個(gè)別偏高的實(shí)際情況很難滿足貨車空重狀態(tài)的要求。建議機(jī)車鉤高在后續(xù)研制中考慮貨車空重兩種狀態(tài)要求進(jìn)行匹配,機(jī)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(duì)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(jī)車與車輛、車輛與車輛之間產(chǎn)生過(guò)大的垂向相對(duì)位移,避免連掛車鉤的鉤高差過(guò)大而導(dǎo)致的車鉤垂向脫離,提高列車運(yùn)營(yíng)安全可靠性;在車鉤鉤身、鉤尾框斷裂時(shí),防脫結(jié)構(gòu)能有效地?fù)踝嗔训能囥^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(duì)鐵路罐車的安全性尤為重要。

目前我國(guó)70 t級(jí)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(guó)機(jī)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(jī)車均采用無(wú)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(gè)別機(jī)車鉤高趨于上限890 mm和個(gè)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(gè)別70 t級(jí)貨車鉤高偏低的主要原因。

(3) 測(cè)量線路不平及測(cè)量誤差是互鉤差超限誤報(bào)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(jī)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(jī)車鉤高介于貨車空車鉤高和重車鉤高的中間值。

(2) 加強(qiáng)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(shí)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(wú)卡滯。運(yùn)用貨車發(fā)生支撐座卡滯故障時(shí),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(shí)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(jìn)行尺寸控制檢查。

(3) 加強(qiáng)對(duì)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(jī)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(jī)車車鉤增加防脫結(jié)構(gòu),防止車鉤垂向脫出,提高列車運(yùn)行安全可靠性。

(5) 在信號(hào)旗旗桿上增加75 mm 刻度標(biāo)識(shí),提高互鉤差測(cè)量準(zhǔn)確度。