L-B型制動梁存在的不足與改進建議

楊 歐

(哈爾濱鐵路局 齊齊哈爾車輛段,黑龍江齊齊哈爾161002)

制動梁是制動系統(tǒng)關(guān)鍵部件,隨著鐵路貨車重載、提速的不斷發(fā)展,列車在運行中沖擊較大,制動頻繁。原槽鋼弓形桿制動梁因結(jié)構(gòu)、剛性等問題在使用中故障率較高,已不適應鐵路運輸?shù)陌l(fā)展。為適應鐵路貨車快速重載的需求,齊齊哈爾軌道交通有限公司借鑒美國AAR技術(shù)標準研發(fā)了L-B型制動梁。

1 L-B型制動梁的結(jié)構(gòu)特點

L-B型制動梁采用緊固件將主要零部件連接,采用滑塊式結(jié)構(gòu),取代了滾動式結(jié)構(gòu),滑塊在閘瓦托上鑄出,消除了槽鋼、弓形桿制動梁滾子軸焊縫裂損、折斷的缺陷。在滑塊上裝用尼龍滑塊磨耗套,提高了易磨耗件的壽命,并利于檢修。支柱由鑄鋼件改為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鍛件,消除了鑄造缺陷,提高了其強度。結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 L-B型制動梁

2 L-B型制動梁的主要故障

隨著L-B型制動梁的大量運用,逐漸出現(xiàn)了一些故障,給車輛的安全運行帶來了隱患。對齊齊哈爾車輛段齊齊哈爾檢修車間在檢修280根制動梁過程中發(fā)現(xiàn)問題進行了統(tǒng)計,如表1。

從故障情況來看,磨耗套鉚釘松動、折損、磨耗套裂紋、安全鏈卡子松動、裂損、閘瓦托松動、鉚釘折損等故障出現(xiàn)較為頻繁。

3 L-B型制動梁主要故障的原因分析

(1)磨耗套連接方式不合理

磨耗套材質(zhì)為改性尼龍,采用一個LF10材質(zhì)鉚釘進行連接。在車輛運行過程中,由于磨耗套與側(cè)架滑槽磨耗板間不均勻接觸、摩擦,磨耗套形成水平方向回轉(zhuǎn)力矩,而鉚接方式適用于在剪切力、拉力、壓力作用下的連接,不適合具有回轉(zhuǎn)力矩作用的連接,難以滿足磨耗套緊固作用,勢必產(chǎn)生磨耗套的松動現(xiàn)象。從檢修角度看,在探傷工作中,分解磨耗套時,只能使用電鉆去除鉚釘,容易損傷磨耗套及滑塊,重新鉚接時容易產(chǎn)生松動。

表1 L-B制動梁故障統(tǒng)計

(2)磨耗套強度不足

在車輛運行過程中,磨耗套與側(cè)架滑槽磨耗板之間相對往復運動較為頻繁,產(chǎn)生交變摩擦力,致使磨耗套下平面彎角及鉚釘孔處形成交變的拉伸變形,段修時磨耗套厚度最小允許為2 mm,下平面彎角處強度不足,故而形成疲勞裂紋。

(3)安全鏈組裝不合理

L-B型制動梁安全鏈的組裝先后經(jīng)歷兩種組裝方式,先期采用了焊接方式,后期為了解決熱應力的問題,對制動梁安全鏈安裝方式進行了改進,采用卡子連接。

①焊接方式

這種組裝方式在梁體焊波附近產(chǎn)生的殘余熱應力,由于制動梁在運行中經(jīng)常處于交變應力作用下,容易在焊波附近產(chǎn)生疲勞裂紋。如圖2所示。

②卡子連接方式

圖2 焊接梁體示意圖

該種連接方式,使卡子造成塑性變形,在卡子彎角處形成較大應力,在車輛運行過程中,受到拉力,從而在彎角處裂損。在車輛運行過程中,由于振動的影響,塑性變形難以保證卡子緊固在制動梁梁體上,經(jīng)常會產(chǎn)生松動現(xiàn)象。如圖3所示。

圖3 卡子連接梁體示意圖

(4)閘瓦托鉚釘強度不足

制動梁在制動過程中,完全是依靠制動梁閘瓦托產(chǎn)生制動力。L-B型組合式制動梁閘瓦托采用兩個鉚釘與梁體連接,在制動過程中,制動摩擦力及閘瓦壓力在鉚釘上形成較大剪切力和彎曲力,由于兩個鉚釘相對梁體來說為兩個方向,此時這兩種應力單獨作用在鉚釘上,而不是同時均勻作用在兩個鉚釘上。僅僅依靠2個φ 12的鉚釘無法滿足連接要求,容易造成鉚釘松動,嚴重時發(fā)生鉚釘折斷,給行車安全帶來較大的危害。如圖4所示。

(5)滑塊與瓦托過渡圓弧太小

由于L-B型制動梁為滑塊與閘瓦托一體鑄造,滑塊與閘瓦托間過渡圓弧太小時必然造成滑塊根部強度降低及應力集中,運用過程中,在制動力的反復作用下產(chǎn)生疲勞性裂紋。

4 改進建議

(1)磨耗套改進建議

磨耗套的主要作用就是在車輛進行制動和緩解過程中,減少制動梁與側(cè)架滑槽磨耗板阻力的作用。磨耗套與滑塊間是否有相對位移對制動梁的制動作用無影響。采用鉚接方式時,由于需要對制動梁滑塊和磨耗套鉆孔,對制動梁滑塊以及磨耗套強度均產(chǎn)生影響。滑塊端部磨耗超過全長限度時,只能依靠通過更換閘瓦托進行調(diào)整,工作量較大,成本較高。鑒于上述考慮建議對磨耗套進行改進,將磨耗套的一側(cè)進行封閉。

圖4 鉚釘與梁體連接示意圖

采用這種結(jié)構(gòu)方式,安裝時僅需將磨耗套套在制動梁滑塊上即可,檢修時分解、組裝均方便。采用了半封閉結(jié)構(gòu),磨耗套在彎角處強度大大增加,同時消除了鉚釘孔所產(chǎn)生的強度不足問題。制動梁全長超限時,可通過調(diào)整磨耗套來調(diào)整全長尺寸,便于檢修、降低成本。制動梁滑塊取消鉚釘孔,縮短伸出長度,提高滑塊強度,增強了抗彎性。

(2)安全鏈卡子改進建議

安全鏈只是在制動梁發(fā)生折損、脫落時,起到防脫作用,在正常使用過程中,安全鏈無使用意義,不承受除自重外的任何載荷,鑒于此建議在安全鏈卡子與制動梁間增加橡膠墊,并增加螺栓組裝扭力要求。增加橡膠墊后,通過限制緊固扭力,使制動梁在彈性變形情況下達到緊固的目的,而且起到防松作用。由于增加了防松性能,減少安全鏈卡子在運行過程中松動情況的發(fā)生,能夠減少對梁體的磨耗,提高制動梁運行的可靠性。

(3)閘瓦托改進建議

閘瓦托為安裝閘瓦的支承件,是車輛制動過程中受力最大部件,也是受力狀況較為復雜的關(guān)鍵配件。建議將閘瓦托鉚釘增加為4個,在梁體的上、下兩側(cè)各兩個,位于閘瓦托中心線的兩側(cè)。這種結(jié)構(gòu)將使制動梁梁體與閘瓦托間的抗剪切能力增加一倍,而抗彎曲能力將大大增強。這樣將提高L-B型制動梁的安全可靠性,減少鉚釘折斷故障的發(fā)生,有效防止發(fā)生閘瓦托脫落故障。

同時增大L-B型制動梁閘瓦托與滑塊間的過渡圓弧,減少閘瓦托與滑塊連接處的應力集中。