K18k型貨車上下部傳動軸連桿故障分析

吳海中

摘 要：單位購進的10輛三段式連桿K18K型車，多次發生連桿對絲斷裂現象，造成底開門無法正常開啟或關閉，延誤整列車在卸車貨位上的停時，經過對故障原因進行分析并采取防治措施，確保礦區列車正常運輸。

關鍵詞：K18k；連桿；斷裂；措施

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0084-02

1 問題的提出

K18K型漏斗車是專供運送煤炭的無蓋漏斗車，適用于固定編組、循環使用、定點裝卸、大量運轉或消耗煤炭的港口、廠礦企業運用，卸貨方式分為風動卸貨和手動卸貨，集團公司現采用手動方式。目前，我處K18自備車傳動軸連桿有三段式連桿和二段式連桿兩大類。2006年我處購進的10輛K18k型車，連桿為三段式連桿，在投入運用后，多次發生直徑35 mm的連桿對絲斷裂現象，造成無法開啟或關閉底開門故障，影響車輛運用，延誤整列車在卸車貨位上的停時。

2 傳動機構原理分析

2.1 手動開啟關閉底開門動作過程

手動開啟關閉底開門動作過程，如圖1所示。

K18K風動、手動卸貨機構都位于車底架之上2位端，手動卸煤時，扳動手輪帶動蝸桿，蝸桿帶動蝸輪，再通過離合器帶動上部傳動軸，通過上曲拐、連桿、下曲拐以帶動下部傳動軸轉動，帶動杠桿、拉桿，推開底門。

2.2 連桿鎖閉（二級鎖閉）原理

為了確保底門鎖閉可靠，防止鎖體在運行時震動自開，在兩極傳動的上、下軸之間，設計了一個過死點才可開啟的連桿，將下部傳動軸鎖在指定的轉動位置。使鎖體鎖在指定位置，形成了二級鎖閉狀態。所謂“死點”，是指連桿的兩端轉軸中心與上部傳動軸的中心處在一條直線那個時刻的狀態。如圖2所示，圖示狀態是鎖閉位，已過死點。連桿兩端轉軸連線與上部傳動軸中心存在一個偏心距（15 mm），若在下部傳動軸上施加逆時針扭矩想把底門打開，則上部傳動軸反而需順時針轉動，連桿這時又緊靠在上部傳動軸的左側，限制住上部傳動軸不能順時針轉動，所以下部傳動軸主動施力是不可能打開底門的。要把底門打開，必須在上部傳動軸上施加逆時針扭矩，才能帶動上曲拐、連桿、下曲拐、下部傳動軸、杠桿、底門拉桿，從而把底門打開。

2.3 底開門鎖體鎖閉原理

散粒貨物壓力由底門上的底門銷3傳給鎖體5上的圓弧面。圓弧面是以鎖體轉動中心為圓心的圓弧，因此作用在鎖體上的底門壓力通過鎖體的轉動中心。底門銷3壓在圓弧面的任意點上，鎖體與底門銷均呈平衡狀態。即兩者呈隨遇平衡狀態。鎖體不會因底門銷3作用在鎖體上的力增大或減小轉動。鎖體轉動時，要克服底門銷壓在鎖體上所形成的摩擦力。如圖3所示。

3 故障分析

近幾年來，隨著我國鐵路運能和速度的不斷提高，對貨車的平穩性要求越來越高，在軸重不變的情況下，隨著速度的提高，車輛的垂向高頻振動（即在縱垂面內的浮沉及點頭） 與車體（簧上質量） 成正比，即簧上質量越大車輛的振動頻率越高，貨車運行的平穩性越低，“國鐵”對簧上質量的設計要求是盡可能降低其質量，三段式連桿是“國鐵”采用的新技術，優點是可有效降低簧上質量，提高車輛高速運行的平穩性，缺點是會造成抗扭力和剪切力能力降低，但因“國鐵”列車運行跨距較大（即裝卸頻率不高），斷絲故障發生率不高。

通過以上結構原理研究以及對故障車的現場勘察分析，由于礦區鐵路裝載、卸貨條件環境較差，在打開或關閉底開門過程中，由于采用帶“空行程”的兩齒離合器，留有146度的自由轉動角，連桿對絲承受較大的扭力，特別是在重車泄空瞬間，在水平方向承受較大剪切力，在關門時，又受到反向的剪切力，導致對絲疲勞斷裂。使上部傳動軸與下部傳動軸失去聯系，此時底開門鎖閉僅靠底門上的鎖體作用，二級鎖閉失去作用，同時也無法開啟和關閉底開門。

4 采取的措施

根據K18底開門傳動機構作用原理以及造成對絲斷裂的原因，為此我單位初步確立兩套整改方案：

①不改變生產廠設計方式，更換對絲材質，選用有較高強度的45#鋼加工對絲；

②改變生產廠設計方式，選用技術成熟、目前從未出現斷裂現象的二段式連桿，如圖4所示。

在初期選用有較高強度的45#鋼加工對絲，在裝配試運用后，仍出現斷裂故障，所以放棄此方案。二段式連桿是成型技術，已運用近三十年，它雖比三段式連桿重，但因礦區鐵路車輛運行速度較低（一般在50 km/h以下），其重量不足以影響車輛的運行平穩性；

其次測繪二、三段式連桿連接栓孔位置、尺寸完全匹配；第三現車測量二、三段式連桿端部銷孔連線與上部傳動軸的偏心距，二者相同；

第四因其能承受較強地扭力和剪切力，能夠滿足礦區高頻裝卸的要求，確保行車安全，提高車輛運用率。具體實施如下：

①通過底開門傳動機構將底門鎖閉；

②去除三段連桿與上曲拐和下曲拐的開口銷和圓銷，此時底開門通過鎖體鎖閉不會自動打開；

③二段連桿上端與上曲拐通過圓銷連接；

④調整二段連桿下端絲桿并與下曲拐通過圓銷連接。

5 改造效果

改造后的車輛在其車體上涂打“連桿試驗車”標記，經過7個月的實際運用，二段式連桿一切正常，未發生彎曲變形、裂紋狀況。提高了連桿的強度，抗扭力和水平方向剪切力能力大幅提升，確保底開門閉鎖系統的完整性，避免了因對絲斷裂造成無法開啟或關閉底開門故障，有效防止底開門自動開啟煤炭漏泄事故的發生。避免了資源損失以及由此可能引發車輛顛覆脫軌事故的發生。

參考文獻：

[1] 李生榮.330 kVGIS傳動連桿脫落原因分析及整改措施[J].中國新技術 新產品，2013，（10）.