25T型客車密接車鉤支撐彈簧盒磨損故障原因分析

續連文

(中國鐵路濟南局集團有限公司青島機車車輛監造項目部 山東 青島 266000)

25T型客車密接車鉤(以下簡稱“25T型密接車鉤”)自2004年4月上線運行以來，至今裝車數量已有萬余套，運行十余年來，在總體運用狀況良好的情況下，也發生了一些輕微故障。運用中發現，在個別路況惡劣區間運行時，部分車鉤存在支撐彈簧盒異常磨損的故障。

1 結構原理與故障情況

1.1 結構原理

支撐彈簧盒系25T型密接車鉤安裝吊掛系統部件，主要作用是支撐整個車鉤，并保持一定車鉤高度以方便連掛。車鉤連掛完成后，支撐彈簧盒已無實質作用。25T型密接車鉤結構如圖1所示，支撐彈簧盒的受力情況如圖2所示。

圖1 25T型密接車鉤整體結構

F—車鉤重量的傳遞力或車鉤施加的垂向載荷。圖2 支撐彈簧盒的受力情況

車鉤未連掛前，車鉤凸錐頂點相對安裝座中心的高度差為0～-30 mm，根據車鉤幾何尺寸可計算出車鉤會產生垂向向下0～1.3°的轉角(見圖3)。

圖3 未連掛前車鉤垂向轉角

因連接前的車鉤存在向下的轉角，兩車鉤連掛后，由于密接車鉤的聯鎖作用，兩車鉤在縱向形成類似剛性桿的結構，代表鉤高的車鉤縱向中心線與兩車的車鉤安裝座中心連線一致。在平直道上，當兩車安裝座中心高度相等時，車鉤便呈水平狀態，此時，部分車鉤的支撐彈簧盒頂面與車鉤殼體會脫離接觸，或因關節軸承轉動作用而呈部分接觸的狀態(見圖4)。根據車鉤幾何尺寸可計算出，車鉤垂向偏轉0～1.3°時，支撐彈簧盒與鉤體殼體間的間隙量為0～6.7 mm，考慮到支架存在彈性變形因素，此值范圍大致在0～2 mm。

圖4 連掛后的車鉤與支撐彈簧盒間存在少量間隙

由上述結構分析可歸納出支撐彈簧盒的基本功能如下：

(1)未連掛前，支撐彈簧盒起支撐車鉤重量，保證車鉤具有一定車鉤高度的作用；

(2)車鉤連掛后，支撐彈簧盒已無支撐作用，此時即使摘除也不會影響車鉤運用。

1.2 故障情況介紹

自首次發現磨耗故障開始，對昆明、南寧、北京、北京西、哈爾濱、濟南等車輛段運用的支撐彈簧盒的磨耗量進行了普查，除嚴重磨損至穿透的2件故障支撐彈簧盒外，普查中另發現了11起存在不同程度磨耗的支撐彈簧盒，均發生在昆明車輛段配屬的客車上，而在其他車輛段并未發現，這說明支撐彈簧盒磨損應該與云貴地區線路曲線多、坡道多等運行工況過于惡劣存在關聯。

此外，還抽查了昆明段4列車的普查數據，以查清發生磨損的車鉤在列車中所處的位置，以及是否與不同車種存在某種關聯。磨損車鉤所處列車中的位置情況統計結果如圖5所示。

從磨損的支撐彈簧盒所處列車中的位置看，列車中、后部是發生磨損故障的主要處所，符合列車縱向沖擊力以中、后部為更高的規律。

磨損至磨穿的故障如圖6所示。

圖5 磨損車鉤在列車中所處的位置

圖6 支撐彈簧盒磨穿故障

2 支撐彈簧盒工作狀態分析

根據前述的結構介紹可知，在正常情況下，影響支撐彈簧盒與車鉤間接觸狀態的因素有：

(1)車鉤未連掛前存在輕微低頭(車鉤高度0～-30 mm導致)，則車鉤連掛升起后彈簧盒上方應有0～7 mm的間隙(A)；

(2)連掛前支架因支撐車鉤重量受壓，產生約4 mm的彈性變形(B)；

導流裝置主要由5454-H32鋁鎂合金制成，位于兩條通道的底部分割點，由4列縱板和6列橫向方管組成骨架，其外表面鉚接了一層帶有黑色氧化膜的鋁合金面板。為了減輕空氣在導流裝置上轉向過程中的阻力，其外部被設計為多曲率封閉橢圓形“水滴狀”結構，如圖1所示。

(3)車體安裝座端面存在0～0.5°的仰角或傾角，影響彈簧盒上方間隙0～2 mm左右(C)。

上述因素的綜合作用結果，使運用中支撐彈簧盒與車鉤殼體間的間隙量為D=A-B-C，為-5～+6 mm。

從理論上分析， 根據統計學理論， 支撐彈簧盒與車鉤殼體間的間隙量的發生概率呈正態分布， 支撐彈簧盒與殼體接觸的比例為35%左右(見圖7)。

圖7 車鉤殼體與支撐彈簧盒間隙值分布概率

以上分析是建立在車鉤高度控制在850～880 mm的區間。實際運用中，因車體存在垂向振幅或通過豎曲線時車鉤會隨之產生垂向振幅，這時車鉤殼體便會壓縮支撐彈簧盒，若緩沖器再伴隨行程時，車鉤殼體就會在支撐彈簧盒上表面上發生滑動摩擦，但這種摩擦屬瞬間性質，對支撐彈簧盒難以形成快速磨損。

由以上分析不難發現，正常情況下，支撐彈簧盒與車鉤殼體間呈輕微接觸狀態的占半數以上，工作中還會有不穩定的瞬時接觸。因此，支撐彈簧盒上平面出現磨損是必然現象，但短期內產生嚴重磨耗損傷的情況為極小概率事件。

3 故障車及新制整鉤狀態調查

3.1 故障車鉤調查

從昆明段現場拆下了2套支撐彈簧盒磨耗嚴重的整鉤進行了拆解檢查。檢查結果如下：

(1)在試驗臺上分別測量車鉤的高度，車鉤均無抬頭現象，凸錐頂點與安裝座中心相對高度差分別為-20 mm、-26 mm，符合0～-30 mm的限度要求；

(2)觀察兩車鉤的緩沖器，發現均存在內半筒脫出現象，脫出量分別為15 mm、18 mm(見圖8)。

圖8 兩車鉤均存在內半筒脫出現象

3.2 A4修程檢修中的彈簧盒調查

3.3 新造整鉤狀態調查

從批量生產的整鉤中，隨機抽取2套裝至試驗臺檢查車鉤高度及連掛后車鉤殼體與支撐彈簧盒間的間隙情況，得到如下檢查結果(見圖9)：

(1)兩車鉤的車鉤高度明顯呈凸錐下垂狀，下垂量符合0～30 mm的要求；

(2)兩車鉤連掛后，車鉤殼體與支撐彈簧盒之間均存在少量間隙(因關節軸承轉動較靈活，間隙會不均勻地存在，大部分為一側能觀察到，另一側不明顯)。

圖9 試驗臺觀察合格而連掛后車鉤殼體與彈簧盒間有間隙

4 結論與建議

綜合以上結構分析、現場調查所得到的結果和信息，可得出如下結論：

(1)彈簧盒正常工作中與車鉤殼體的接觸為輕微接觸和瞬間接觸，約35%基本不接觸，因此，即使長期運用也難以發生彈簧盒的快速磨損。

(2)彈簧盒具有10年無磨損故障(可檢測到的磨損故障)的優良運用記錄，甚至運行2個A4修程的彈簧蓋都不能檢測出因磨損導致的尺寸變化，可見彈簧盒磨損故障發生率是極低的，磨穿故障更是十分罕見。

(3)彈簧盒磨穿故障應是彈簧蓋與車鉤殼體形成常態化接觸后，隨著緩沖器產生大幅度行程，車鉤殼體與彈簧蓋間頻繁地往復運動所形成的迅速磨損。這通常與內半筒脫出現象存在重要關聯。因此，日常運用中應注意觀察內半筒脫出是否超標。

(4)從對全國萬余套車鉤的運用調查看，除昆明地區外，其他地區未發現任何支撐彈簧盒磨損現象，足以說明支撐彈簧盒的快速磨損屬個案性質。

針對故障調查分析結論，為避免彈簧盒磨損嚴重故障的再次發生，后續應采取如下措施：

(1)當檢測到彈簧盒蓋107 mm的(彈簧盒總高度172 mm)設計尺寸減小至104 mm后，立即采取更換或加焊磨耗板的措施；同時，檢查該鉤的緩沖器是否存在內半筒脫出現象。如存在內半筒脫出現象時，應及時更換緩沖器芯體。

(2)段修時，確保把車鉤高度控制在850～880 mm范圍內。為減輕支撐彈簧盒的壓力，建議縮小車鉤高度控制范圍，車鉤高度控制在850～860 mm范圍內。

上述建議被車輛段采納兩年以來，取得了較好的效果，未再出現支撐彈簧盒異常磨損故障，為下步修程修改提供了依據。