組合式制動梁常見故障的原因分析及改進建議

摘 要：針對L-B型組合式制動梁滑塊裂損、安全鏈卡子裂折、閘瓦托鉚釘折斷、立柱松動等故障不斷增多的問題，結合L-C型組合式制動梁特點，從制動梁結構、組裝工藝、受力狀況入手，深入地分析了各種故障產生的原因，并提出了改進性建議。

關鍵詞：L-B型組合式制動梁；滑塊裂損；卡子裂折

隨著鐵路貨車提速的不斷深化，為克服槽鋼制動梁的不足，提高制動梁的疲勞強度和使用可靠性，由齊車公司借鑒美國AAR技術標準于2001年設計開發了L-B型制動梁，并被廣泛應用到鐵路貨車上，現據粗略統計L-B型制動梁在鐵路貨車上的占有率已達到90%。L-B型組合式制動梁運用10年來呈現出大量新的故障，滑塊裂損、安全鏈卡子裂折、閘瓦托鉚釘折斷、立柱松動等故障大幅增加。針對新故障下面談談我們對故障原因分析及改進建議：

1 L-B型組合式制動梁常見故障概況

1.2 L-B型組合式制動梁故障概況

從故障情況來看，L-B型組合式制動梁故障主要有滑塊根部裂紋、閘瓦托鉚釘折斷、安全鏈卡子裂折、立柱松動。滑塊根部裂紋故障主要產生于靠近瓦鼻部的滑塊根部彎角處，只能通過探傷才能發現，大部分故障長度大約10mm左右，深度大約3mm左右；其它故障現象非常明顯，目測或錘擊就可判斷出，基本上因長時間振動、磨耗所導致。閘瓦托鉚釘折斷主要發生在制動梁組裝狀態下上部鉚釘頭部位置；安全鏈卡子裂折主要發生在制動梁組裝狀態下卡子下片折角處；立柱松動主要發生在支柱后端和夾扣處，支柱前端的U形接口與前桿接觸部位。故障照片見圖1、2、3、4。

2 L-B型組合式制動梁故障原因分析

2.1 滑塊根部裂紋故障原因分析

常規下制動梁滑塊在滑槽間是只受支撐力的作用，但在列車制動時制動梁閘瓦托滑塊沿著滑槽磨耗板向上迅速移動，對滑塊進行受力分析（閘瓦托結構見圖5），滑塊受到垂直于滑塊平面的支撐力、自身重力、沿滑槽磨耗板向下的摩擦力及梁體給滑塊根部的制動力作用，另外列車運行過程中滑塊還受到一定的沖擊力，滑塊上、下框動量越大，滑動速度越快，那么制動梁在列車運行制動中所受到的振動力就會越大、沖擊力就越大，根據理論力學知識很容易判斷滑塊根部靠近瓦鼻部的上方彎角處受力最大，因此此處最容易產生裂紋。對照L-C型組合式制動梁端頭結構（見圖6），它采用了整體鍛造延伸出扁方頭的滑塊式結構，制動梁端頭與閘瓦托采用SFT防松螺栓、SFT防松螺母緊固聯接，端頭對彎角設計很好的躲開了摩擦力的直接沖擊，有效地消除了端頭彎角處的應力集中，大幅度提高了該部位強度。而L-B型組合式制動梁采用滑塊在閘瓦托上鑄出，滑塊根部彎角處直接受到摩擦力的沖擊，造成了靠近瓦鼻部的滑塊根部上彎角處應力集中，從而易引起該部位產生裂紋。據10、11、12年統計從未發現L-C型制動梁故障。根據以上分析可判斷滑塊根部裂紋故障的主要原因為靠近瓦鼻部的滑塊根部設計存在缺陷，未進行應力處理，導致應力過于集中，從而產生裂紋。

2.2 支柱松動故障原因分析

L-B型組合式制動梁支柱與夾扣是一對成對使用的部件，支柱前端的U形接口支撐在制動梁的前桿部位，支柱后端和夾扣均有U形接口，兩者共同用1條螺栓緊固夾持在制動梁架的后桿部位（見圖7）。分析L-B型組合式制動梁支柱受力狀況，L-B型制動梁支柱后端和夾扣用一條螺栓緊固夾持在制動梁架的后桿部位，屬于一點緊固，且夾緊位置在一端，不居中，在反復制動的過程中很容易產生松動而磨耗，對比L-C型組合式制動梁結構（見圖8），支柱與撐桿和弓形桿均密貼，支柱后端通過壓板和兩條螺栓、螺母將撐桿壓緊，支柱前端的U形接口支撐在制動梁的弓形桿部位，L-C型制動梁用2條螺栓將撐桿壓緊，屬于兩點兩端均勻緊固，在受力后不易產生松動而磨耗。另外從支柱、梁體形狀制造、組裝工藝方面來看，L-B型制動梁為由一種特殊形狀截面的異型鋼材經切分、拉制而形成的弓形梁，前桿與支柱前端的U形接口的接觸部位截斷面為不規則∩形，后桿截斷面為不規則⊥形，由于制造工藝為切分、拉制，所以精度低，組裝間隙大；對比L-C型組合式制動梁制造工藝，L-C型制動梁梁架由鍛造的支柱、軋制圓鋼弓型桿、軋制無縫鋼管的撐桿組成，形狀為圓形，比較規則，制造精度高，組裝間隙小。由此可看出L-B型制動梁相對L-C型制動梁支柱與梁體組裝間隙很難控制，在實際制造組裝上很容易存在間隙。因此可判斷L-B型制動梁支柱松動主要是因為支柱與夾扣的單螺栓夾緊方式及梁體結構制造工藝精度低造成的。

2.3 閘瓦托鉚釘折斷故障原因分析

L-B型組合式制動梁閘瓦托后部帶有與制動梁架截面形狀相適應的止孔（見圖11），制動梁架采用壓力裝配方式裝入閘瓦托的止孔內。閘瓦托后部用直徑∮13mm的兩條鉚釘緊固（見圖12）；對L-B型制動梁鉚釘進行受力分析，L-B型制動梁鉚釘是沿著制動力方向緊固閘瓦托的，由于閘瓦托在制動時受力不均勻，會導致鉚釘一定程度上受到扭矩力，此外來自制動力的振動也會加大，這樣極大地造成了鉚釘的受力程度，產生松動，甚至折斷。對比L-C型組合式制動梁結構，閘瓦托與端頭采用直徑∮16mm的折頭螺栓和防松螺母聯接，L-C型制動梁折頭螺栓是垂直于制動力方向緊固閘瓦托的（見圖9、10），且折頭螺栓的受力長度及直徑都大于L-B型制動梁鉚釘，減輕了應力，L-C型制動梁閘瓦托后部承受了大部分來自制動力不均導致的扭矩力，折頭螺栓受力很少，而L-B型制動梁閘瓦托承受的扭矩力要小的多，這樣更加重了鉚釘的受力狀態。再從L-B制動梁制造工藝上看（如圖12、13、14），閘瓦托與梁體配合間隙過大，極容易造成閘瓦托振動而松動。根據以上分析可判斷L-B型組合式制動梁閘瓦托鉚釘折斷的主要原因為閘瓦托的鉚釘緊固方式及組裝間隙過大造成的。

2.4 安全鏈卡子裂折故障原因分析

為了解決原安全鏈吊座的焊接易裂缺陷，設計了卡子式結構，但隨著運用考驗又發現了卡子易折裂問題。對卡子進行受力分析，卡子主要受到安全鏈的垂直向上的拉力作用，由于螺栓孔離卡子底部彎角處比較遠，對此處還有很大扭矩力，因而卡子下片直彎角處應力集中比較明顯，這是卡子易裂的主要原因。另外卡子是采用螺栓緊固方式，從制造方面來看，卡子制造及組裝很不標準，抽樣10件制動梁發現安全鏈卡子與梁體間存在一定的間隙，卡子緊固部位很不平整，導致螺栓緊固有不到位的情況，這樣長時間受力會產生松動，更加大了卡子底部彎角處的受力程度。

3 改進建議：

參照L-C型制動梁的結構優點，建議L-B型制動梁做如下改進：

3.1 建議改進靠近瓦鼻滑塊根部結構，使之形成如L-C型制動梁端頭彎角的結構，有效減少應力集中，有效解決滑塊裂紋故障。

3.2 建議增加閘瓦托后部及與閘瓦托組裝處梁體的制造工藝，使之緊密配合，減少因間隙而造成的振動，再改變鉚釘緊固方式，換成折頭螺栓緊固，增大緊固力，有效防止松動，防止閘瓦托鉚釘折斷故障。

3.3 建議取消安全鏈卡子緊固方式，在梁體上鉆孔，直接使用螺栓緊固安全鏈，這樣既能防止原安全鏈吊座焊接結構導致開焊裂損，又能杜絕卡子式結構因松動磨耗裂折故障。

3.4 建議改變立柱夾扣一條螺栓緊固方式，改成兩條螺栓前后對稱緊固，也就是說改變夾扣和支柱后端螺栓緊固結構使之具有對稱性，雙螺栓在梁體前后對稱緊固方式（以夾扣U形槽到支柱方向為前），有效防止支柱松動故障。