馬蹄環斷裂故障的分析與探討

馮顯輝

【摘 要】本文從大秦線C80型車輛裝用的馬蹄環制造質量、組裝后的技術狀態、配件受力狀態等方面分析了造成馬蹄環斷裂的原因，并提出改進措施。

【關鍵詞】馬蹄環；故障；斷裂；行車安全

0 引言

大秦線C80型車輛運用過程中，連續發現馬蹄環斷裂的故障，造成車輛不能制動，給行車帶來一定的安全隱患，同時存在配件脫落的安全隱患。本文通過對馬蹄環制造質量存在的問題、基礎制動裝置設計上存在的缺陷以及車輛運用過程中配件非正常受力狀態進行了詳細分析，查找出造成故障產生的原因并提出改造方案。

1 故障調查

2016年以來大秦線運用的C80型車輛發生馬蹄環故障15件，從車型來看，全部發生在轉K6轉向架的車輛上；從斷裂的部位來看，全部是馬蹄環扁平部位圓弧過渡處（如圖1所示）。

2 故障分析

2.1 馬蹄環制造缺陷

（1）馬蹄環圓弧過渡處不符合工藝要求。按照圖紙設計要求，馬蹄環扁平過渡處須有R15的圓弧過渡（如圖2所示），且要求過渡均勻，但是從現場分解下的馬蹄環來看，部分馬蹄環圓弧過渡處存在缺陷（如圖3所示）。

（2）馬蹄環圓鋼直徑不符合工藝要求。按照圖紙的設計要求，馬蹄環應采用20mm的圓鋼制造，但是從現場抽查的情況來看，部分馬蹄環直徑達不到工藝的要求，直徑最小為17.6mm。

（3）馬蹄環開口尺寸不符合工藝要求。按照圖紙的設計要求，馬蹄環的開口尺寸為35-37mm，但是從現場抽查的情況來看，發現個別馬蹄環的開口尺寸比規定的要求小，最小的33mm。

2.2 馬蹄環組裝不正位

從分解后的馬蹄環看出，磨耗嚴重的部位是馬蹄環扁平部位圓弧過渡處，而非馬蹄環整個表面，說明馬蹄環與其連接的固定支點座呈現非正常磨耗狀態，再次對組裝后的轉向架進行現場確認，也可以看出，馬蹄環與其連接的固定支點存在不正位的情況，圓銷竄動量較小時，馬蹄環與固定支點座的頭部接觸的情況更多，并且接觸的部位正是馬蹄環斷裂的部位，造成馬蹄環不正位的原因如下：

（1）配件組裝不正位。無論是固定杠桿還是移動杠桿，設計時L1值與L2值的比例1：2（固定杠桿L1值為150mm，L2值為300mm；移動杠桿L1值為190mm，L2值為380mm）。杠桿組裝后，其與中拉桿、制動梁支柱連接中間存有一定的間隙，由于組裝角度原因，配件的重心勢必在杠桿的L2上，這樣勢必造成配件的L1部位翹起，帶動馬蹄環與固定支點座的不正位。（如圖4、圖5所示）

（2）配件磨耗造成配合狀態不良。從分解下的配件來看，當制動圓銷與配件的圓銷孔存在一定的磨耗、杠桿與制動梁的支柱連接部位磨耗較重時，杠桿的重心位于L2部分，會加劇配件的L1部位翹起，從而帶動馬蹄環的不正位加劇。

2.3 馬蹄環非正常受力

（1）馬蹄環局部受力不均。在進行車輛制動時，制動力通過與上拉條連接的移動杠桿—中拉桿—固定杠桿—支點—馬蹄環—固定支點座進行傳遞。制動力傳遞至支點后，按照正常的受力情況，支點的制動力須均勻分布到馬蹄環的上下片上，且受力方向與固定支點座的朝向一致，但是由于馬蹄環組裝不正位，造成馬蹄環圓弧過渡處受力不均，造成斷裂。

（2）馬蹄環受非正常剪切力。從折斷的馬蹄環來看，折斷部位全部位于馬蹄環扁平部位的圓弧過渡處，斷口平整且連接部分有的存有塑性變形，有的無塑性拉伸的現象，說明馬蹄環斷裂所受的力除了延固定支點座的拉力，還受到了垂向剪切力，且垂向剪切力大于拉力。通過對車輛運用狀態分析，車輛制動時，制動梁存在上下跳動的情況，制動梁的上下跳動帶動與其相連的制動杠桿上下竄動，產生垂向剪切力，當跳動非常劇烈時，產生的縱向剪切力也會相應增大。

3 相關建議

3.1 提高馬蹄環檢修源頭質量。車輛入段檢修作業時，對制造質量缺陷的馬蹄環立即報廢處理，杜絕不合格品裝車使用，從而提高馬蹄環檢修的源頭質量。

3.2 加強對配件的磨耗檢查。加強對馬蹄環、固定杠桿、移動拉桿的磨耗狀態檢查，發現磨耗嚴重的立即更換，保證配件間的相互配合狀態。

3.3 增大馬蹄環與其連接固定支點圓銷的竄動量。在檢修作業時，對馬蹄環與固定支點連接的圓銷竄動量提高標準，由原來的2-10mm，提高到5-10mm，保證圓銷的竄動量，從而減少制動圓銷與固定支點的的剪切力。

【參考文獻】

[1]鐵路貨車段修規程[S].中國鐵道出版出版社.

[2]章寶華，主編.材料力學[M].北京大學出版社.

[責任編輯：王偉平]