鐵路貨車鉤舌失效的深度分析及改進建議

劉建新

【摘 要】對鐵路貨車鉤舌檢修過程中發現的失效件進行統計分析，發現鉤舌S面過限、牽引臺根部裂紋、內側面上下彎角處裂紋、鉤舌銷孔兩端裂紋而引起的失效鉤舌較多，深度分析其產生的原因，并提出了相應的改進建議。

【關鍵詞】鉤舌；裂紋；失效；磨耗過限；原因分析；改進建議

中圖分類號： U270.34 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0248-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.108

1 問題的提出

隨著鐵路貨車高速重載的發展，對車鉤緩沖裝置要求更高，鉤舌作為主要的傳遞單元，在鐵路貨車運行中將不斷承受車輛縱向載荷等復雜的交變力作用，導致鉤舌S面過限、牽引臺根部裂紋、內側面上下彎角處裂紋、鉤舌銷孔兩端裂紋等故障越來越頻繁，致使鉤舌出現了失效；如果鉤舌失效，有可能使鐵路貨車出現車鉤分離、緊急制動等現象，更甚者出現車輛脫軌顛覆。因此，對鉤舌進行檢修時，嚴格按照作業標準落實，加強對故障頻發的部位的檢查，采取合理的控制工序，以提高鉤舌的段修質量，確保鐵路貨車的行車安全。

2 對產生的原因深度分析

（1）統計分析：對庫爾勒車輛段2018年1月1日至7月1日期間，對檢修車間鉤舌檢修崗位發現的275個失效鉤舌進行統計分析，詳細情況見表1和圖2。在鉤舌檢修的過程中，當其喪失應有的功能時被稱之為鉤舌失效。對表1和圖2數據詳細分析，可得知以下六點結論：一是由于S面裂紋和牽引臺根部裂紋而失效的鉤舌所占比例最大，須引起高度重視。二是從表1中可以看出鉤舌牽引臺根部裂紋占裂紋總數的37%，與S面裂紋比例僅差不到5%，調查還發現牽引臺根部裂紋均為下牽引臺，且裂紋下牽引臺的磨耗情況較上牽引臺嚴重，說明在鐵路貨車正常的起動、運行和制動的過程中，使鉤舌下牽引臺全部處于受力狀態，而上牽引臺處于局部受力的狀態，這樣使鉤舌上、下牽引臺受力不均衡同時加重了下牽引臺應力集中，且裂紋長度在50mm以上的占到牽引臺根部裂紋數量的50%，運用中裂紋進一步發展，就對鐵路貨車運輸安全埋下潛在的安全隱患。三是裂紋與牽引重量成正比，在具體的統計過程中發現16型比13型鉤舌產生下牽引臺裂紋多。四是S面厚度磨耗過限排在第三位，具體為19.19%，調查發現S面厚度過限主要集中在13號鉤舌。五是上銷孔過限和鉤舌外脹所占鉤舌失效比例也較大，分別為12.91%和6.27%。因此在檢修鉤舌時，對上銷孔和鉤舌外脹也是重點檢查部位。六是從圖2中可以看出，下牽引臺裂紋集中發生在鉤舌裝車使用5～8和8～11年這兩區間；S面裂紋集中發生在鉤舌裝車使用8～11年這一區間；鉤舌S面厚度磨耗集中發生在鉤舌裝車使用11～14年這一區間。因此，鉤舌檢修崗位的作業人員對裝車使用5年以上的鉤舌進行重點檢查。

（2）客觀原因分析：

2.1 鉤舌裂紋形成的原因分析：

一是鑄造過程中自身的組織缺陷，破壞了材料的連續性，降低了塑形與強度，還導致應力的大量集中，當應力超過材料本身的強度極限時，就產生裂紋并繼續擴展。二是受制于固有的工作實際和特有的形狀。通過對鐵路貨車運輸過程中，對鉤舌進行受力分析發現主要有牽引力與壓縮力。具體分析，會出現兩種情況：a.鉤舌護銷突緣和牽引臺共同受力。這種狀況的發生主要由于鉤舌受到牽引力時，通過牽引臺傳遞牽引力，致使由于牽引臺之間相互磨耗使間隙變大。b.鉤舌牽引臺、護銷突緣、鉤舌銷三者共同受力。這種狀況發生主要由于在牽引過程中，隨著磨耗進一步的加劇，出現鉤舌各突緣之間的間隙變大，還有就是當鉤舌受到壓縮力時，通過沖擊臺傳遞壓縮力，致使沖擊臺和鉤內腔壁相互磨耗使間隙變大。

2.2 鉤舌各主要部位磨耗與裂紋的原因分析：

（1）鉤舌S面磨耗與裂紋的原因分析：

鐵路貨車在正常的行駛過程中，主要靠鉤舌S面之間的咬合來實現連掛，這樣使S面不斷受到牽引力和壓縮力頻繁交替作用，造成S面產生嚴重的磨耗或者裂紋，如果鉤舌檢測崗位的作業人員沒有發現該類故障，隨著牽引和壓縮次數累積到質變導致發生鉤舌疲勞斷裂。通過對鉤舌狀態詳細統計發現鉤舌S面下部磨耗量占比遠大于S面上部，造成這種情況的原因是鉤頭的下垂，由于車鉤鉤頭自身重量比較大，同時由于各種原因造成的鉤托梁彎曲變形以及磨耗板的正常磨耗或非正常磨損，導致車鉤鉤頭下垂。

（2）鉤舌下牽引臺磨耗與裂紋的原因分析：

從運用中受力情況分析，鉤舌在車輛運行過程中受力較為復雜，主要有牽引時的縱向載荷、鉤腔配件相互作用的附加載荷等。在縱向牽引載荷在牽引狀態下，鉤舌牽引臺主要受到鉤體牽引臺傳遞的反作用力，該載荷與車輛運行方向相反。該載荷不是固定的，隨著牽引重量增加而增大，隨著車輛運行中制動后緩解、提速，交替作用于鉤舌牽引臺根部，是牽引臺根部裂紋的主要因素之一。在橫向載荷在車輛牽引啟動過程，鉤舌受到縱向牽引力的同時，鉤舌圍繞鉤舌銷旋轉，旋轉過程中鉤舌鎖面與鎖鐵相接觸，此時有一橫向載荷傳遞：鉤舌鎖面→鎖鐵→鉤腔內腔側壁。按照“力的作用是相互的作用原理”，車鉤內腔側壁通過鎖鐵向鉤舌傳遞一反作用載荷：鉤腔內腔側壁→鎖鐵→鉤舌鎖面。該載荷的存在加劇了牽引臺根部裂紋的發展。

（3）鉤舌內側面彎角處裂紋的原因分析：

在鉤舌檢修的過程中發現鉤舌內側面的上、下彎角處產生的裂紋比較多，通過分析發現導致此故障的主要原因在于該部位變截面大，便于產生應力集中。在鐵路貨車正常的運行中，鉤舌內側面上下彎角處經過多次交替頻繁的拉伸和壓縮，容易產生疲勞裂紋。隨著列車向高速、重載的方向發展，鉤舌內側面彎角處產生疲勞裂紋的頻率會越來越高。當兩車鉤處于連掛狀態時，在同一水平線上時，兩鉤舌處于全面接觸的狀態，此時為整體受力；如果不在同一平線上時，鉤舌會呈現出八字形或倒八字形的接觸受力狀態，應力將大部分集中在鉤舌的上下彎角處。

（4）鉤舌銷孔磨耗與裂紋的原因分析：

在正常狀態下鉤舌銷處于不受力的狀態，但是在車鉤長年累月的使用過程中，隨著速度的不斷提高和載重的不斷增加，促進了鉤舌牽引臺和沖擊臺磨耗的加快，但是由于受到整體結構限制，無法及時對鉤舌牽引臺和沖擊臺進行加修處理，使得鉤體牽引臺、沖擊臺與鉤舌牽引臺、沖擊臺之間的間隙大于鉤舌與鉤耳孔之間的間隙，導致鉤舌銷和鉤耳處于受力狀態，鉤舌銷孔經常發生磨耗使鉤舌銷孔壁逐漸變薄，從而導致鉤舌銷孔產生裂紋，并且裂紋多發生在鉤舌銷孔兩端的部位。

3 改進建議

（1）提高職工質量意識和安全意識，對鉤舌作用及工作原理進行全面透徹的講解，使其深知鉤舌的重要性，增加敬畏感；同時改善職工工作環境，提供有利翻轉檢查的條件，確保檢修質量。

（2）認真執行三檢一驗制度，各司其職，共把鉤舌檢修質量的大關。

（3）嚴格落實新進鉤舌的相關質量驗收檢查制度，嚴禁將有鑄造缺陷的鉤舌流入作業現場并裝車使用。

（4）鉤舌探傷崗位人員需對鉤舌的牽引臺根部、鉤舌S面內側上下彎角處部位進行重點探傷檢查。

（5）建議鉤舌檢修崗位的作業人員對裝車使用5年以上的鉤舌進行重點檢查。

（6）對發現有鑄造缺陷的鉤舌重點檢查，尤其在牽引臺根部的鉤舌，由于變截面的存在，在鑄造時該部位也容易產生氣孔等缺陷，在檢修中曾多次發現牽引臺根部氣孔等鑄造缺陷，現場對缺陷處打磨后發現缺陷進一步擴大。

（7）增加鉤舌探傷檢查旋轉機具，保證鉤舌探傷檢查無盲區，避免因人不方便翻轉鉤舌而造成的漏檢。

（8）鉤舌檢修時，嚴格按照作業標準落實，加強對故障頻發的部位的檢查，并采取合理的控制工序，提高鉤舌的段修質量。

【參考文獻】

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