制動梁支柱裂紋故障分析及檢修措施

王顏明

（吉林鐵道職業技術學院 吉林 吉林 132002）

1 故障介紹

近年來隨著列車的提速、重載。貨車弓型制動梁支柱裂紋開焊等現象也時有發生。因使用材質、結構、路況的局限和運行狀況的變化及檢修質量的欠缺致使該類故障正日益增多。尤其是制動梁支柱雙片根部與弓型桿相接方向，基本在便下片裂紋及焊修后復裂現象頻繁發生。也相應的反映出目前我國現用制動梁材質、結構、工藝及定檢焊修后質量仍存在較多問題。

2 故障分析

從故障發生部位來看，裂紋大多都在制動梁支柱根部下片部位。這表明該處的強度較弱或結構不合理。弓型制動梁由于支柱與弓型桿頂部進行了，比較牢固的焊接，且弓型桿與閘瓦托端部又用補強焊固，導致整個結構剛性受力作用較大，抗沖擊的性能較差。制動時整個系統的合力傳遞沖擊至支柱雙片部位，而這個部位的強度又最弱，尤其是下片部位，由于制動杠桿斜置側壓（現場表現為杠桿與支柱下片磨痕較重），在制動時受沖擊力過大，閘瓦托磨耗的原因導致制動力不均勻時，使一側受力較大或梁體及閘瓦托扭曲均會加大正壓力和側扭力作用支柱雙片上，從而導致其上部開裂。表現為支柱頂部與弓型桿焊接處開焊。

從統計數據及現場調查情況來看。制動梁支柱雙片根部焊修質量存在許多缺陷和不足。綜合列檢、站修、段修的調查結果后看出，焊修后50%的制動梁運行狀況良好（包括部分制動梁支柱下片完全斷裂焊修后，檢查其運行情況依然良好），其余50%的制動梁支柱仍然強度要求不合格。經過分析確認主要存在以下幾種情況：

1）制動梁支柱在焊修前，該部位未進行預熱處理就開始焊接，導致焊接部位殘余應力相對較大，使材料的塑性變形能力差；

2）焊修施焊方式及工人操作不當，在未開坡口或消除裂紋就開始焊修。還有就是在焊接時錯誤的操作從裂紋的頭部向尾部焊接；

3）焊接時焊縫質量不高，存在焊波表面不均勻及連接性差，并有夾渣、氣孔、咬邊及未焊牢，表面無增強焊波，存在隨意點焊現象；

4）焊接時電流和焊條搭配不當，導致焊接處焊縫不牢固。

從材料和結構方面來看。制動梁支柱材料為ZG230—450型鋼。由于鑄造性能不夠理想，縮孔較大，容易形成分散縮孔，并且流動性差，偏析嚴重。在鑄態時常出現特有的魏氏組織，其特點為鐵素體，沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內，使鑄鋼塑性、韌性大為降低。此外，由于鑄鋼冷卻迅速，內應力較大，所以這些鑄造缺陷必須通過熱處理來消除。如果鑄造缺陷較突出或熱處理（退火或正火）過程中不理想，可導致制造初始材料就存在缺陷。

另外，現場觀察制動梁支柱杠桿移動孔多數孔基本呈長方形，孔的邊緣相接處呈直角過渡，過渡處表面粗糙，不圓滑甚至有些還存在缺陷。又由于直角邊緣壁厚斷面呈斜切狀由厚到薄過渡，從而導致制動梁支柱孔處極易產生應力集中及形成抵抗沖擊薄弱區域，成為裂紋經常出現的突破口。

車輛定檢時，對制動系統的檢修不當也是促成該類故障頻繁發生的原因。具體表現為：未嚴格執行工藝要求。制動梁體與閘瓦托扭曲、變形及杠桿、銷孔閘瓦托磨耗超限等故障，未按照要求進行檢修及進行裝配，各部位給油潤滑的情況執行的欠缺，導致制動梁制動時扭曲憋勁，使支柱片根部受力過大而產生裂紋。

此外，因修程原因該類故障在輔修及臨修時，可能出現有現車焊修的現象，由于該部位位置偏下，作業空間狹小不易焊修，導致焊修操作不規范，焊接后產生的缺陷較多，質量不高，運用時必然出現焊修處復裂的現象。

3 故障診斷及檢修措施

制動梁支柱是鑄鋼支柱。支柱圓銷孔邊緣及杠桿彎曲處容易產生裂紋。現場列檢在檢查制動梁支柱時，應由車軸上方探身檢查；對制動梁支柱下端檢查時，應探身車軸下方仰視檢查。在檢查中，如發現裂紋幾痕跡（例如紅銹粉）時，一時判斷不清，可將痕跡輕輕摸去，用檢查錘敲振，如痕跡再次出現，則為支柱裂紋無疑，應馬上通知值班員扣車實施修理。

根據以上的故障分析的情況，提出以下改進建議。

1）制動梁制造源頭上做起的改進建議：

①認真執行鑄造工藝，盡量消除鑄造缺陷，并嚴格執行制造后對梁體進行熱處理的操作規定。

②適當加大制動梁支柱雙片的壁厚，從而保證其強度的要求。

③在鑄鋼的鑄造性能不佳情況下，必須加強結構設計，鑄造結構上改變支柱杠桿移動孔的粗糙程度，孔型最好接近“O”型；孔邊直角過渡應改為圓角過渡，過渡的半徑選R8mm－R10mm之間的數值；該處壁厚應消除（鑄造或加工）斜切的直角斷面形式，防止應力集中及抗沖擊性能較弱的情況。

2）從焊修工藝上做的改進建議：

①定檢焊修時應嚴格執行焊補工藝流程，做到焊前預熱，并且預熱溫度要達到要求（保持在50攝氏度以上）。

②焊接操作時，先對裂紋部位開坡口的切除操作。開焊部位應將原焊波清除，然后從裂紋末端起逆向施焊。焊接時應注意電流的大小以及起電落弧，保證焊接時要焊透，焊層均勻牢固并要有增強焊波。同時要避免和盡量消除夾渣、氣孔、咬邊、未焊透等缺陷出現。一但出現以上幾種情況應當切除重焊。以避免運行時故障的發生。

③焊后對孔邊緣要進行圓角過渡處理，焊波也打磨圓滑。

④具體的焊修標準：鑄鋼的制動梁支柱裂紋或磨耗大于3mm時焊修，焊波須高于基準面2mm；支柱孔磨耗大于2mm時應擴孔鑲套，原襯套磨耗超限、松動或有裂紋時應更換新的襯套；支柱裂紋大于30mm或支柱孔裂至邊緣時應更換支柱；支柱新焊接時，須距槽鋼翼板頂部向下5～8mm處起焊修。支柱與槽鋼進行焊接時，因槽鋼腹板頂部處的焊接工況較差，焊接時易在槽鋼腹板頂部處產生咬肉等焊接缺陷，從而造成使用中該處產生應力集中現象，容易誘發裂紋的產生，影響制動梁的運行情況。因此支柱與槽鋼焊接時，距槽鋼腹板頂部5－8mm處不進行焊接。

3）禁止在未分解制動梁的情況下現車焊修。

由于在《鐵路貨車站修規程》中對支柱裂紋施焊未做出明確的規定，故建議在規定中補充如下內容：“在輔修或臨修時發現制動梁支柱裂紋時應更換制動梁，卸下的故障制動梁應異地修理。并嚴格按工藝要求集中焊修。”

4）嚴格執行制動配件的檢修及裝配工藝。落實制動梁滑槽與各部銷孔的給油要求，以保證列車在運行中制動時各部件的正常作用。減輕各部間的因磨擦而代來的磨耗程度。防止產生制動部件卡滯、扭轉的造成的對制動梁支柱片根部的非正常磨耗和超負核作用。

［1］嚴雋耄.車輛工程[M].中國鐵道出版社，1992.

［2］張中央.車輛制動裝置[M].中國鐵道出版社，2000.

［3］鐵道車輛制動工程[M].中國鐵道出版社，2006.

［4］鐵路機車車輛[M].中國鐵道出版社，2008.