密接式車(chē)鉤水平支撐彈簧盒加裝改造的研究

毛越法 上海鐵路局南京鐵路辦事處

25T（19T）型客車(chē)是我國(guó)自主研制生產(chǎn)的新型客車(chē)，為2004年4月18日全路第五次大提速而設(shè)計(jì)制造，并在全路上線(xiàn)運(yùn)行。該車(chē)型與其前運(yùn)用客車(chē)相比，采用了大量的新技術(shù)、新材料和新工藝。其中車(chē)鉤緩沖裝置采用密接式車(chē)鉤、彈性膠泥緩沖器，車(chē)鉤的抗拉強(qiáng)度≥2000 kN，緩沖器容量≥30 kJ。部分硬臥車(chē)和軟臥車(chē)一位端采用密接式車(chē)鉤，二位端采用15號(hào)小間隙C級(jí)鋼車(chē)鉤及鉤尾框，并配置一個(gè)過(guò)渡車(chē)鉤，設(shè)有車(chē)端阻尼裝置；全列編組19輛。經(jīng)過(guò)多年來(lái)的運(yùn)用，因廠(chǎng)段修的需要，在甩掛車(chē)輛時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)25T密接式車(chē)鉤在換裝15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤后，因車(chē)鉤重量的原因?qū)е旅芙邮杰?chē)鉤吊掛裝置的水平支撐彈簧盒失效，造成車(chē)鉤高度低于規(guī)定限度而影響車(chē)輛連掛，現(xiàn)場(chǎng)往往需要反復(fù)拆裝調(diào)整墊圈。為解決這一難題，對(duì)密接式車(chē)鉤吊掛裝置的水平支撐彈簧盒進(jìn)行改造，使其既不影響密接式車(chē)鉤的最高運(yùn)用限度，又可以在換裝15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤后起到輔助支撐作用，實(shí)現(xiàn)在兩種工況下，鉤高不再需要做額外調(diào)整也能確保車(chē)鉤高度符合運(yùn)用限度標(biāo)準(zhǔn)，解決頻繁拆裝墊圈調(diào)整車(chē)鉤高度的技術(shù)難題和勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 密接式車(chē)鉤高度的測(cè)量

1 正常情況下密接式車(chē)鉤高度調(diào)節(jié)的方法

1.1 密接式車(chē)鉤鉤高測(cè)量

密接式鉤緩裝置安裝后鉤高應(yīng)在880±30 mm范圍內(nèi)，測(cè)車(chē)鉤緩沖裝置高度時(shí)，應(yīng)測(cè)量鉤頭凸錐頂點(diǎn)距軌面的垂直距離。確定車(chē)鉤安裝座中心線(xiàn)高時(shí)，應(yīng)測(cè)量車(chē)鉤安裝座上由四個(gè)安裝螺栓形成的矩形的幾何中心距軌面的垂直距離（見(jiàn)圖1）。

1.2 鉤高調(diào)整配件與調(diào)整工藝

圖2 密接式鉤緩裝置的構(gòu)造

密接式鉤緩裝置產(chǎn)品出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)完成了鉤高調(diào)整，可以保證鉤緩裝置整體水平，在正常條件下裝車(chē)后無(wú)需對(duì)密接式鉤緩裝置的車(chē)鉤高度進(jìn)行調(diào)整。如果鉤緩裝置裝車(chē)后高度超過(guò)規(guī)定的范圍，可以對(duì)鉤緩裝置的高度進(jìn)行調(diào)整。鉤高調(diào)整是通過(guò)增加或減少吊掛座與支架底板間的調(diào)整墊圈數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)整墊圈為標(biāo)準(zhǔn)件GB／T95-85 C級(jí)平墊圈，性能等級(jí)100 HV。公稱(chēng)厚度為3 mm，規(guī)定厚度范圍（2.4~3.6）mm。由于標(biāo)準(zhǔn)件厚度波動(dòng)范圍較大，使用前應(yīng)對(duì)調(diào)整墊圈的厚度進(jìn)行測(cè)量，操作過(guò)程如下：

保持車(chē)鉤處于連掛狀態(tài)。若車(chē)鉤在待掛狀態(tài)，應(yīng)將整個(gè)車(chē)鉤緩沖器支撐水平，使支撐彈簧盒與鉤體脫離，支架處于松弛狀態(tài)。松開(kāi)支撐彈簧盒左右兩側(cè)的四個(gè)M16螺母，拆下2個(gè)M16定位螺栓。增加或減少吊掛座與支架底板之間的調(diào)整墊圈，可以相應(yīng)增加或降低鉤緩裝置的高度（見(jiàn)圖2）。鉤高調(diào)整到規(guī)定高度范圍內(nèi)后，緊固2個(gè)M16螺母，固定調(diào)整墊圈和吊座板（見(jiàn)圖3）。

圖3 密接式車(chē)鉤高度調(diào)整

1.3 鉤高調(diào)整范圍

鉤緩裝置高度調(diào)整范圍為向上54 mm（加上調(diào)整墊圈），向下40 mm（撤去調(diào)整墊圈）。需要加減的調(diào)整墊圈數(shù)量按需要的調(diào)整量和調(diào)整墊圈的實(shí)際厚度計(jì)算決定。根據(jù)鉤體的結(jié)構(gòu)尺寸，調(diào)整墊圈厚度每增加或減少1 mm，鉤頭凸錐頂點(diǎn)處的車(chē)鉤高度相應(yīng)增加或減少4.5 mm（見(jiàn)圖4）。

圖4 密接式車(chē)鉤

根據(jù)密接式車(chē)鉤高度的調(diào)整規(guī)定，支撐彈簧盒下加墊厚度不能超過(guò)12 mm，而既使墊圈加到最大限度也不能保證過(guò)渡車(chē)鉤高度達(dá)到規(guī)定限度。

2 對(duì)密接式車(chē)鉤彈簧支撐盒的改造

2.1 密接式車(chē)鉤換裝15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤后質(zhì)量的比較

換裝15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤（見(jiàn)圖5）后，車(chē)鉤質(zhì)量增加，使支撐彈簧盒內(nèi)的彈簧無(wú)法支撐被壓死，對(duì)配置的四套過(guò)渡車(chē)鉤和四輛車(chē)的八套密接式車(chē)鉤分別進(jìn)行了重量測(cè)量（見(jiàn)表1）。

圖5 15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤

表1 15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤與密接式車(chē)鉤重量對(duì)比

通過(guò)稱(chēng)重發(fā)現(xiàn)15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤平均比密接式車(chē)鉤要重80.3 kg，正是這增加的80 kg重量使支撐彈簧盒內(nèi)的彈簧失去了彈性作用。采用加墊的方法，按照規(guī)定加到最大限度的12 mm，即便勉強(qiáng)能夠使車(chē)鉤高度調(diào)整到運(yùn)用限度范圍內(nèi)，但也是以支撐彈簧盒完全壓死為代價(jià)的，在運(yùn)用中必然會(huì)造成整個(gè)車(chē)鉤緩沖裝置與吊掛裝置產(chǎn)生剛性沖擊，存在一定的安全隱患。

2.2 對(duì)互換車(chē)鉤進(jìn)行技術(shù)分析

對(duì)互換車(chē)鉤進(jìn)行技術(shù)分析，測(cè)量數(shù)據(jù)均為靜載狀態(tài)支撐彈簧盒下無(wú)墊圈時(shí)所測(cè)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 靜態(tài)條件下車(chē)鉤高度測(cè)量值（單位mm）

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)支撐彈簧在靜載承擔(dān)密接鉤時(shí)，彈簧盒均能保持最大自由高狀態(tài)，而承重15號(hào)過(guò)渡鉤時(shí)均處于全壓死狀態(tài)，因此密接鉤換裝過(guò)渡鉤后鉤高下降達(dá)90 mm，而支撐彈簧盒下最大只能加墊圈厚12 mm，使車(chē)鉤高度調(diào)整上升54 mm，所以一旦車(chē)輛輪徑小于860 mm時(shí)，車(chē)鉤高度將低于運(yùn)用限度規(guī)定的最小限度830 mm，造成車(chē)輛無(wú)法正常連掛，即使強(qiáng)行加墊車(chē)鉤高度達(dá)到最低限度，又會(huì)使整套鉤緩系統(tǒng)完全處于不水平狀態(tài)，致使鉤尾銷(xiāo)受力不均勻產(chǎn)生應(yīng)力集中的剪切力作用，從而給運(yùn)用安全帶來(lái)隱患。

2.3 加裝的輔助彈簧設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的條件

（1）對(duì)密接鉤時(shí)性能不受影響；

（2）換裝過(guò)渡鉤時(shí)無(wú)需拆裝墊圈起到控制車(chē)鉤高度下限的作用；

（3）保證鉤緩系統(tǒng)處于水平狀態(tài)。

2.4 關(guān)于彈簧支撐盒內(nèi)彈簧的受力分析

（1）分解一套支撐彈簧盒，測(cè)量確定改造輔助彈簧的尺寸空間，原彈簧盒內(nèi)主彈簧中徑96 mm，簧條徑12 mm，自由高245mm，總?cè)?shù)為8圈；輔助彈簧中徑70mm，簧條徑10mm，自由高210 mm，總?cè)?shù)10圈。

（2）彈簧載荷設(shè)計(jì)：密接式車(chē)鉤鉤緩裝置設(shè)計(jì)整體重量≤400 kg，假定設(shè)計(jì)時(shí)主、輔彈簧承受載荷按2：1比例進(jìn)行分配，則

而彈簧鋼55Si2Mn和60Si2Mn的許用應(yīng)力[τ]取值為750 Mpa。

從以上參數(shù)可以看出彈簧指數(shù)m、應(yīng)力修正系數(shù)C、應(yīng)力等均不相同，可見(jiàn)設(shè)計(jì)時(shí)，并未按照雙卷彈簧特性要求設(shè)計(jì)安裝。

如果充分利用材料特性，使應(yīng)力相等，則τ取750 Mpa。

支撐彈簧可承受的最大載荷為

從計(jì)算得出雙卷彈簧可承受近800 kg的載荷。而具體使用中的結(jié)果則是該彈簧盒不能承受15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤500 kg不到的載荷，為此，設(shè)計(jì)時(shí)須按雙卷彈簧要求設(shè)計(jì)，同時(shí)改造輔助彈簧。

從彈簧載荷公式可以看出，增大簧條直徑或減小簧中徑均可增加承載量。但主彈簧內(nèi)徑空間限制了簧中徑的尺寸，因此只能考慮增加簧條直徑，原輔助彈簧簧條直徑為10 mm，改造為12 mm，簧中徑取68 mm

改造后輔助彈簧可承受載荷

改造后比原來(lái)可增加承載200 kg，足以承受15號(hào)過(guò)渡車(chē)鉤的重量。

考慮到彈簧的剛度較強(qiáng)有效圈數(shù)n2應(yīng)滿(mǎn)足n1D1=n2D2

則n2=n1D1/D2=6.5×96÷68≈9

考慮到輔助彈簧的自由高，取改造彈簧的有效圈數(shù)n為8,彈簧的自由高為200 mm。

改造彈簧的穩(wěn)定性校核，其自由高H0≤3.5D

H0≤3.5×68=238,其穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

2.5 改裝試驗(yàn)

改造品裝車(chē)進(jìn)行了試驗(yàn)，在更換車(chē)鉤時(shí)進(jìn)行了原品和改造品的對(duì)比，改造前后車(chē)鉤高度測(cè)量值見(jiàn)表3。

表3 改造前后鉤高測(cè)量值（單位mm）

為了進(jìn)一步測(cè)試改造后的彈簧盒性能，將改造品做了壓力性能試驗(yàn)，鑒定其性能可靠性符合要求，壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 壓力工況下彈簧支撐盒的相對(duì)位移測(cè)量值

3 結(jié)論

改造后的彈簧盒在實(shí)際運(yùn)用中效果明顯，分別裝配密接式車(chē)鉤和過(guò)渡車(chē)鉤的兩種工況中保持了相對(duì)不變的車(chē)鉤高度，同時(shí)，使用改造后的車(chē)輛在更換過(guò)渡車(chē)鉤運(yùn)用實(shí)踐時(shí)，不需再進(jìn)行墊片的選配，也減少了重復(fù)測(cè)量、重復(fù)調(diào)整的勞動(dòng)強(qiáng)度。