密接式車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）型客車是我國自主研制生產的新型客車，為2004年4月18日全路第五次大提速而設計制造，并在全路上線運行。該車型與其前運用客車相比，采用了大量的新技術、新材料和新工藝。其中車鉤緩沖裝置采用密接式車鉤、彈性膠泥緩沖器，車鉤的抗拉強度≥2000 kN，緩沖器容量≥30 kJ。部分硬臥車和軟臥車一位端采用密接式車鉤，二位端采用15號小間隙C級鋼車鉤及鉤尾框，并配置一個過渡車鉤，設有車端阻尼裝置；全列編組19輛。經過多年來的運用，因廠段修的需要，在甩掛車輛時，現(xiàn)場陸續(xù)發(fā)現(xiàn)25T密接式車鉤在換裝15號過渡車鉤后，因車鉤重量的原因導致密接式車鉤吊掛裝置的水平支撐彈簧盒失效，造成車鉤高度低于規(guī)定限度而影響車輛連掛，現(xiàn)場往往需要反復拆裝調整墊圈。為解決這一難題，對密接式車鉤吊掛裝置的水平支撐彈簧盒進行改造，使其既不影響密接式車鉤的最高運用限度，又可以在換裝15號過渡車鉤后起到輔助支撐作用，實現(xiàn)在兩種工況下，鉤高不再需要做額外調整也能確保車鉤高度符合運用限度標準，解決頻繁拆裝墊圈調整車鉤高度的技術難題和勞動強度。

圖1 密接式車鉤高度的測量

1 正常情況下密接式車鉤高度調節(jié)的方法

1.1 密接式車鉤鉤高測量

密接式鉤緩裝置安裝后鉤高應在880±30 mm范圍內，測車鉤緩沖裝置高度時，應測量鉤頭凸錐頂點距軌面的垂直距離。確定車鉤安裝座中心線高時，應測量車鉤安裝座上由四個安裝螺栓形成的矩形的幾何中心距軌面的垂直距離（見圖1）。

1.2 鉤高調整配件與調整工藝

圖2 密接式鉤緩裝置的構造

密接式鉤緩裝置產品出廠時已經完成了鉤高調整，可以保證鉤緩裝置整體水平，在正常條件下裝車后無需對密接式鉤緩裝置的車鉤高度進行調整。如果鉤緩裝置裝車后高度超過規(guī)定的范圍，可以對鉤緩裝置的高度進行調整。鉤高調整是通過增加或減少吊掛座與支架底板間的調整墊圈數(shù)量來實現(xiàn)的。調整墊圈為標準件GB／T95-85 C級平墊圈，性能等級100 HV。公稱厚度為3 mm，規(guī)定厚度范圍（2.4~3.6）mm。由于標準件厚度波動范圍較大，使用前應對調整墊圈的厚度進行測量，操作過程如下：

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

圖3 密接式車鉤高度調整

1.3 鉤高調整范圍

鉤緩裝置高度調整范圍為向上54 mm（加上調整墊圈），向下40 mm（撤去調整墊圈）。需要加減的調整墊圈數(shù)量按需要的調整量和調整墊圈的實際厚度計算決定。根據(jù)鉤體的結構尺寸，調整墊圈厚度每增加或減少1 mm，鉤頭凸錐頂點處的車鉤高度相應增加或減少4.5 mm（見圖4）。

圖4 密接式車鉤

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

2 對密接式車鉤彈簧支撐盒的改造

2.1 密接式車鉤換裝15號過渡車鉤后質量的比較

換裝15號過渡車鉤（見圖5）后，車鉤質量增加，使支撐彈簧盒內的彈簧無法支撐被壓死，對配置的四套過渡車鉤和四輛車的八套密接式車鉤分別進行了重量測量（見表1）。

圖5 15號過渡車鉤

表1 15號過渡車鉤與密接式車鉤重量對比

通過稱重發(fā)現(xiàn)15號過渡車鉤平均比密接式車鉤要重80.3 kg，正是這增加的80 kg重量使支撐彈簧盒內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，即便勉強能夠使車鉤高度調整到運用限度范圍內，但也是以支撐彈簧盒完全壓死為代價的，在運用中必然會造成整個車鉤緩沖裝置與吊掛裝置產生剛性沖擊，存在一定的安全隱患。

2.2 對互換車鉤進行技術分析

對互換車鉤進行技術分析，測量數(shù)據(jù)均為靜載狀態(tài)支撐彈簧盒下無墊圈時所測，所測得的數(shù)據(jù)見表2。

表2 靜態(tài)條件下車鉤高度測量值（單位mm）

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

2.3 加裝的輔助彈簧設計應滿足的條件

（1）對密接鉤時性能不受影響；

（2）換裝過渡鉤時無需拆裝墊圈起到控制車鉤高度下限的作用；

（3）保證鉤緩系統(tǒng)處于水平狀態(tài)。

2.4 關于彈簧支撐盒內彈簧的受力分析

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

（2）彈簧載荷設計：密接式車鉤鉤緩裝置設計整體重量≤400 kg，假定設計時主、輔彈簧承受載荷按2：1比例進行分配，則

而彈簧鋼55Si2Mn和60Si2Mn的許用應力[τ]取值為750 Mpa。

從以上參數(shù)可以看出彈簧指數(shù)m、應力修正系數(shù)C、應力等均不相同，可見設計時，并未按照雙卷彈簧特性要求設計安裝。

如果充分利用材料特性，使應力相等，則τ取750 Mpa。

支撐彈簧可承受的最大載荷為

從計算得出雙卷彈簧可承受近800 kg的載荷。而具體使用中的結果則是該彈簧盒不能承受15號過渡車鉤500 kg不到的載荷，為此，設計時須按雙卷彈簧要求設計，同時改造輔助彈簧。

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

改造后比原來可增加承載200 kg，足以承受15號過渡車鉤的重量。

考慮到彈簧的剛度較強有效圈數(shù)n2應滿足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)定性滿足要求。

2.5 改裝試驗

改造品裝車進行了試驗，在更換車鉤時進行了原品和改造品的對比，改造前后車鉤高度測量值見表3。

表3 改造前后鉤高測量值（單位mm）

為了進一步測試改造后的彈簧盒性能，將改造品做了壓力性能試驗，鑒定其性能可靠性符合要求，壓力試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 壓力工況下彈簧支撐盒的相對位移測量值

3 結論

改造后的彈簧盒在實際運用中效果明顯，分別裝配密接式車鉤和過渡車鉤的兩種工況中保持了相對不變的車鉤高度，同時，使用改造后的車輛在更換過渡車鉤運用實踐時，不需再進行墊片的選配，也減少了重復測量、重復調整的勞動強度。