關(guān)于貨運機(jī)車與貨運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,部分車輛運用部門反應(yīng),偶有機(jī)車與機(jī)后1位70 t級貨車重車車鉤連掛后互鉤差超限的故障。在國鐵集團(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(以下簡稱“石家莊公司”)等單位進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研,對調(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)個別70 t級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)測量線路不平及測量誤差。結(jié)合現(xiàn)場調(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,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用限度要求(815 mm)[1],做扣修處理。現(xiàn)場對該車鉤高進(jìn)行了檢測,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;利用撬棍對車鉤進(jìn)行下壓后,車鉤支撐座無法自動復(fù)位。為查找車鉤支撐座卡滯的原因,對車鉤支撐座和沖擊座等相關(guān)部件進(jìn)行分解檢測。

沖擊座內(nèi)腔兩側(cè)磨耗板無翹起和變形,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,對石家莊公司進(jìn)入廠修車間未進(jìn)行修理的72輛70 t級鐵路貨車沖擊座和車鉤支撐座進(jìn)行分解檢測,沖擊座和車鉤支撐座檢測位置如圖2所示。

圖2 沖擊座和車鉤支撐座檢測部位

通過對隨機(jī)檢測的72輛貨車1位端和2位端共計144組沖擊座和支撐座相關(guān)配合部位檢測,數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計如表1所示。

表1 沖擊座和車鉤支撐座檢測統(tǒng)計表

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,無間隙余量會造成卡滯[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)研組對段修車間剛?cè)攵挝催M(jìn)行修理的70 t級貨車進(jìn)行影響車鉤高度相關(guān)因素的檢測,調(diào)研期間進(jìn)入段修車間共計32輛貨車,共計發(fā)現(xiàn)13個車鉤高度偏低,鉤高值主要在825～863 mm 范圍內(nèi)。對鉤高較低的貨車端進(jìn)行詳細(xì)檢測,通過上翹下垂尺對車鉤鉤頭進(jìn)行測量,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。

通過對中梁內(nèi)鉤尾框上部的鉤尾銷擋板進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)有5個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,對石家莊公司70 t級廠修貨車調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)1個鉤尾銷擋板丟失,2個鉤尾銷擋板裂損,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)報信息

根據(jù)2019—2020年7月安監(jiān)報信息匯總情況,共收到司機(jī)上報的機(jī)車與機(jī)后1位70 t級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)車鉤高超過上限890 mm 原因9起,線路起伏不平及司機(jī)報告與實際測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間隙余量,是造成70 t級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。車輛在運用時,沿車體縱向會產(chǎn)生縱向力,通過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,車鉤縱向力會因為鉤高差產(chǎn)生一定角度的垂向分力,該垂向力通過鉤尾銷傳遞到鉤尾銷擋板上,車輛在運用中,由于制動、調(diào)速或調(diào)車作業(yè)時均會產(chǎn)生較大的車鉤縱向拉伸或壓縮力,擋板長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題,結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研情況及分析研究,提出了不同類型70 t級貨車改進(jìn)方案建議,如下:

(1) 運用貨車。發(fā)生支撐座卡滯故障時,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

通過現(xiàn)場調(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級貨車為例,重車最小理論鉤高為819 mm,同時現(xiàn)場調(diào)研也驗證了個別70 t級貨車重車鉤高在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

我國鐵路機(jī)車近幾十年得到飛速發(fā)展,由過去的蒸汽機(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)量波動在7 t范圍內(nèi),對鉤高影響較小;電力機(jī)車動力來源于接觸網(wǎng)供電,鉤高無空重之分,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)車始終沒有變動。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)車鉤高無空重之分和個別偏高的實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)生過大的垂向相對位移,避免連掛車鉤的鉤高差過大而導(dǎo)致的車鉤垂向脫離,提高列車運營安全可靠性;在車鉤鉤身、鉤尾框斷裂時,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,對鐵路罐車的安全性尤為重要。

目前我國70 t級以上貨車采用的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、大修后個別機(jī)車鉤高趨于上限890 mm和個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別70 t級貨車鉤高偏低的主要原因。

(3) 測量線路不平及測量誤差是互鉤差超限誤報的主要原因。

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卡滯。運用貨車發(fā)生支撐座卡滯故障時,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,提高列車運行安全可靠性。

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