大秦线16、17型车钩牵引台裂纹故障浅析

【摘 要】本文Υ笄叵16、17型车钩故障情况进行了调研，分析了车钩下牵引台裂纹故障的产生原因及危害，提出了改进建议。

【关键词】16、17型；车钩； 牵引台；裂纹；浅析

1 问题的提出

2016年1-12月，驻湖东车辆段验收室验收人员在参加修配车间车辆大部件报废鉴定过程中，发现大秦线C80车辆装用的16、17型车钩故障及报废数量较多，报废原因主要有：落锁孔裂纹、钩尾销孔裂纹、钩耳裂纹、牵引台裂纹等，具体数量见表1，由表1中可以看出牵引台裂纹故障所占比例最高为60.73%。由于牵引台是车钩纵向力传递过程中主要受力部位，且裂纹部位位于钩腔内侧不易观察（如图1所示） ，且不同厂家的16、17型车钩都存在此问题，所以对16、17型车钩牵引台裂纹故障情况进行了专题调研。

2 牵引台裂纹故障情况

2.1 裂纹故障数量统计。见表1：

2.1.1 按运用时间（运行里程）分。见表2：

2.2 裂纹及磨耗情况

本次发现的16、17型车钩牵引台裂纹故障均发生在下牵引台内侧面根部，长度一般为30mm―60mm（段修限度裂纹长度要求不大于20mm），裂纹呈撕裂状。因为裂纹发生在钩头内部下牵引台内侧面不易观察处，所以我们选择了一套裂纹比较典型的17型报废车钩（铸造标记：17 QC E 5183 0610）从钩肩处进行切割分析。具体部位如图3、4所示。

2.2.1牵引台裂纹。铸造标记为17 QC E 5183 0610的车钩裂纹部位为下牵引台根部，裂纹长度为51毫米，如图4所示。

2.2.2牵引台磨耗。下牵引台磨耗严重，磨耗面积为26mm×62mm、约占下牵引台面积的95%以上；上牵引台磨耗较轻，磨耗面积为12mm×75mm、约占上牵引台面积的25%，如图3所示。

2.2.3护销突缘磨耗。上、下护销突缘平面均有磨耗，下护销突缘平面磨耗明显较上护销突缘严重，下护销突缘高度实测值为21毫米（原型厚度25 mm），上护销突缘剩余高度实测值为24.5毫米（原型厚度25 mm）。如图2所示。

2.2.4 连锁套头及套口磨耗。连锁套头与套口配合面均有磨耗痕迹。

2.2.5 钩舌牵引台磨耗。钩舌上、下牵引台都发生磨耗，但钩舌下牵引台磨耗严重，钩舌上牵引台磨耗相对较轻。

3 原因分析

3.1 车钩牵引台是承受牵引力的主要部位。

C80车辆车钩牵引状态时纵向力的传递过程：钩舌S面、钩舌牵引台、钩体牵引台、钩尾销、钩尾框、缓冲器、前从板、前从板座、牵引梁。16、17型车钩牵引台的主要功能是闭锁位置时与钩舌牵引台配合，用以承受车辆的牵引力，是钩缓装置承受牵引力的主要部位。

16、17型车钩最早装用于大秦线配属的C63（A）型车辆上，列车编组一般为72辆，牵引重量为6000吨。大秦线配属的C80、C80H、C80B、C80BH等型车辆均为重载车辆，编组为102辆、204辆，牵引重量分别为1万吨、2万吨，所以16、17型车钩装用于C80车辆上比装用于C63车辆上牵引台承受的牵引力大。

3.2 车辆纵向连挂间隙大。

大秦线C80系列车辆钩缓装置采用16、17型车钩、牵引杆，虽然16、17型车钩纵向连挂间隙较小（9.5毫米），但由于其编组辆数多，所以车辆连挂总间隙仍然较大。以编组102辆为例：三辆C80车辆为一组使用2个车钩，102辆车共使用68个车钩，产生34个9.5毫米的车钩间隙（含机车与车辆车钩间隙），连挂间隙合计为323毫米，编组204辆时车辆连挂间隙为646毫米。如果再加上每辆车钩尾销孔与钩尾销之间35.5-45.5毫米间隙（见表3），则102辆C80车还会产生3621-4641毫米纵向间隙。由于C80系列车辆在运行、制动、起动过程中，车钩牵引台频繁承受较大的牵引力、冲击力，所以容易形成疲劳裂纹。

3.3 上、下牵引台受力不均。

调查中，我们发现牵引台裂纹故障全部发生在下牵引台部位。从图3中，可以看出车钩下牵引台及与之配合的钩舌下牵引台几乎全部发生磨耗，而车钩上牵引台及与之配合的钩舌上牵引台则仅有小部分磨耗，说明车辆运行、制动、起动时，下牵引台全部受力，上牵引台局部受力。由于下牵引台全部受力，所以裂纹故障全部发生在下牵引台部位；上、下牵引台受力不均衡同时加重了下牵引台的应力集中，我们认为上、下牵引台受力不均衡是发生下牵引台裂纹的主要原因。

钩舌与车钩组装时，要求钩舌与上钩耳间隙不大于10毫米，而钩舌与车钩下钩耳护销突缘密贴，其两者之间相互产生磨耗，钩舌与车钩相对位置下移，也会造成上、下牵引台受力不均衡，调查时发现下护销突缘磨耗较严重，其磨耗深度较上护销突缘大3.5毫米。

3.4 车钩强度储备相对不足。

大秦线C80系列车辆2004年初运行以来，钩舌裂纹、钩尾框裂纹、车钩尾销孔裂纹等故障曾一度高居不下。为此，铁道部分别于2006年、2007年对16型钩舌进行了两次改进，对钩舌的内腔结构进行了调整，增加了钩舌鼻部加强筋厚度，增加了钩舌鼻部内腔、钩舌销孔中部内腔、钩舌牵引台、冲击台处内腔的结构壁厚；2008年起大秦线配属车辆16、17型车钩铸造尾框换装为锻造钩尾框；制造厂家改进了车钩钩尾销孔部位的热处理工艺。

上述措施的采取，使钩舌、钩尾框、车钩尾销孔的强度得到了加强，这些惯性裂纹故障得到了有效遏制。与此同时，16、17型车钩牵引台作为钩缓装置的主要受力部位却没有进行改进。我们认为，16、17型车钩牵引台强度储备不足也是造成牵引台裂纹的原因之一。

3.5 截面突变引起应力集中。

由图4中可以看出，裂纹部位均发生在牵引台的根部，钩腔内截面的突变，造成应力集中从而产生裂纹。

4 危害

4.1 影响大秦线正常运输秩序。

近几年大秦线的运量达到4.5-5亿吨，且 C80型车辆实行了“客车化”运营管理，2万吨列车开行密度增加，16、17型车钩下牵引台裂纹故障部位隐蔽，列检人工及TFDS机检作业者不易发现，如果发生牵引台断裂势必会造成列车分离事故，而更换车钩也必须扣修车辆，扰乱正常的运输秩序。

4.2 增加车辆检修成本。

16、17型车钩牵引台裂纹在钩腔内部，由于无法制备坡口进行焊修作业，一旦发生较长裂纹只能进行报废处理。

《铁路货车段修规程》2.2.3.3条规定“E级钢钩体使用寿命为25年”，由表2可知：发生牵引台裂纹故障的16、17型车钩大部分使用时间为1至3个段修期，即2至6年，这部分报废的车钩只使用了规定寿命时间的8-24%，增加了车辆检修成本。

5 建议

5.1 改进16、17型车钩结构。一是增加牵引台、落锁孔、钩耳等部位储备强度；二是改进上、下牵引台相互位置，实现上、下牵引台共同均衡地承受作用力。

5.2 提高钩缓装置检修质量。在厂修、段修、临修作业时加强钩腔内部检查，做好钩腔内部除锈工作，对易发生故障部位进行重点盯控。钩缓装置组装时严格控制钩舌与上钩耳间隙，间隙超限时在下钩耳处加装垫圈；严格掌握连锁套头及套口磨耗深度。

5.3 增大16、17型车钩尾销直径，以减小钩尾销与孔配合间隙，从而达到减小车钩纵向连挂间隙的目的。

5.4 修订16、17型车钩牵引台裂纹检修限度及加修要求。

【参考文献】

[1]黄毅，程雷.铁路货车检修技术.北京：中国铁道出版社，2010.

[2]中华人民共和国铁道部.铁路货车段修规程[M].北京：中国铁道出版社，2012.