铁路货车钩舌失效原因分析及建议

摘 要：针对钩舌在检修过程中发现的失效件进行统计分析，发现因钩舌厚度磨耗过限和钩舌牵引台、S面裂纹过限而失效的较多，分析其产生的原因，并提出加强质量检查及质量控制的改进建议。

关键词：货车钩舌；裂纹；磨耗过限；原因分析

1 问题提出

钩舌是机车车辆之间的关键连接部件。钩舌的作用是用来实现机车与车辆或车辆与车辆之间的连挂和传递牵引力以及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离。列车在运行过程中，钩舌将频繁受到牵拉力、压缩力以及冲击力作用，致使钩舌时常产生裂纹、磨耗等故障，直接影响到车辆的运行安全。随着列车向高速、重载的方向发展，钩舌在运用过程中承受越来越大的各种交变力的作用，导致钩舌的故障率越来越高。列车运行过程中如果钩舌失效，容易造成列车分离、迫使车辆发生紧急制动、造成轮对遭擦伤等，严重时会造成车辆脱轨颠覆的重大事故。因此，在对钩舌进行段修时要加强对钩舌故障的检查、采取合理的检修工艺，提高钩舌的检修质量，保障列车的运行安全。

2 调查统计分析

当钩舌丧失其应有的功能时即称为钩舌失效。《铁路货车段修规程》（铁运[2012]202号）中规定钩舌失效的条件是：普碳钢钩舌裂纹时失效；C级钢、E级钢钩舌上下弯角处裂纹，S面裂纹长度超过30mm时失效；钩舌牵引台根部圆弧裂纹长度超过30mm时失效；钩舌护销凸缘部分缺损时失效，裂纹向销孔内延伸大于10mm（凸台高度除外）时失效；钩舌外胀大于6mm时失效；冲击台缺损或销孔边缘裂纹延及钩舌体时失效；钩舌销孔直径超过54mm时失效；13号钩舌内侧面和正面磨耗剩余厚度小68mm时失效；钩舌实行寿命管理，使用时间（以钩舌制造标记为准）满20年以上的钩舌失效。

钩舌检修时需要进行抛丸除锈并使用复合磁化的探伤机进行湿法磁粉探伤检查。探伤部位如图1、图2所示。磁粉探伤是建立在漏磁场基础上的检测技术当铁磁性材料被磁化后，工件表面和近表面存在裂纹时，会使磁力线发生畸变，磁力线溢出工作表面形成漏磁场，吸引磁粉形成磁痕，从而显示缺陷大小、位置和方向。

对南京东车辆段徐州北检修车间在2015年1月～5月期间检修钩舌过程中发现的271个失效件进行统计分析，具体结果如表1、图3所示。在实际段修工作中，13号钩舌S面过限、钩舌牵引台根部圆弧裂纹、钩舌内侧面上下弯角处裂纹、钩舌销孔两端裂纹、砂孔裂纹以及其他裂纹经过磁粉探伤鉴定后超过尺寸限度的作为失效件处理，超过年限或制造标识不清的钩舌就直接作为失效件处理。并且我们发现17型钩舌因铸造缺陷而失效的情况较多。由表1可知，由于S面过限而失效的钩舌所占比例最大，为61.26%；其次是下牵引台裂纹根部过限，并且裂纹钩舌下牵引台磨耗严重，上牵引台磨耗较轻，进一步调查发现17型钩舌产生下牵引台裂纹过限较多；上销孔过限所占比例也较大，为11.07%。因此，在检修钩舌时应重点检查S面、下牵引台根部和上销孔部位。

从图3中可以看出，下牵引台裂纹过限多发生在钩舌服役5～8年这一区间；S面裂纹过限多发生在钩舌服役8～11年这一区间；钩舌S面厚度磨耗过限多发生在钩舌服役11～14年这一区间。因此，在检修钩舌时应对服役了5年以上的钩舌进行重点检查。

3 裂纹与磨耗形成的原因

钩舌裂纹形成的原因主要有以下两大方面：

（1）钩舌本身的形状特征和工作状况。钩舌在工作中主要受到牵拉力和压缩力的作用，如图4所示。钩舌受到牵引力时，牵引台传递牵引力，当牵引台之间的磨耗使间隙增大时，护销突缘与牵引台一起传递牵引力；当各突缘之间的磨耗后的间隙均增大时，则牵引台、护销突缘与钩舌销三者共同受力。钩舌受到压缩力时，冲击台传递压缩力；当冲击台与钩内腔壁因磨耗使间隙加大时，则牵引台、护销突缘与钩舌销三者共同受力。

（2）铸造缺陷。钩舌材质为低合金铸钢，结构差异较大，在铸造过程中主要存在以下方面的问题：a.钩舌为不规则的铸钢件，且相邻平面壁厚差异较大，相交处容易形成热节，易产生热裂纹、缩孔、疏松等缺陷。这些缺陷出要出现在牵引台和钩舌销孔处。b.局部铸造圆角较小，铸造应力集中，容易产生裂纹缺陷，如牵引台根部。

3.1 钩舌S面磨耗与裂纹的原因分析

车辆之间的连挂是通过钩舌S面之间的相互咬合来实现的，车辆在运行过中，钩舌S面不断地受到拉伸和压缩力的作用以及连挂钩舌之间的相对运动，经常使得钩舌S面产生裂纹和严重磨耗。如果这类裂纹没有被发现，随着拉伸和压缩次数累积到一定量时就会使钩舌发生疲劳折断。在检修过程中发现钩舌S面下部磨耗量较上部为大，多属于钩头下垂所造成，因为钩头自重较大，加上车钩托梁弯曲或磨耗板磨损，使钩头下垂。钩舌S面磨耗会使钩舌的强度降低，并且加大了与钩腕内侧的距离。当大于规定限度时，在列车运行中，遇到较大的冲击力和振动，或行驶在曲线半径较小的线路上，由于车辆偏移，钩头摆动，易使钩舌滑出，造成列车分离事故。

3.2 钩舌下牵引台磨耗与裂纹的原因分析

车辆在运行过程中，由于两车钩连挂时钩舌受到纵向的牵引力，钩体牵引台以及钩舌牵引台是最主要的受力部位之一[2]，并且钩舌牵引台根部为变截面，过渡圆角较小，因此该部位成为钩舌应力集中部位，由于长时间受到拉力与冲击力作用，导致牵引台根部极易产生疲劳裂纹。随着列车向高速、重载的方向发展，牵引台根部圆弧产生疲劳裂纹的频率越来越高。在对钩舌进行检修过程中发现下牵钩舌引台根部出现裂纹的情况较多。这是因为车辆在长时间的运行时，使得钩舌下钩舌销孔底面与下钩耳上平面接触部位的磨耗使钩舌位置逐渐下移[2]，钩舌自重较大加上车钩托梁弯曲或磨耗板磨损，使钩头下垂情况比钩头上翘情况多，在下垂状态下，列车启动时，钩舌下牵引台首先受力瞬间所受牵拉力很大，易使钩舌下牵引台根部产生裂纹。当车辆处于连挂状态时，下牵引台始终处于受力或接触磨耗状态，从而导致下牵引台磨耗较上牵引台严重。

3.3 钩舌销孔磨耗与裂纹的原因分析

在正常状态下钩舌销是不受力的，但由于车钩在长期服役过程中，随着速度的提高、载重的增加，促使牵引台和冲击台磨耗的加剧，但由于受到结构限制，无法对牵引台和冲击台进行加修，使得钩体牵引台、冲击台与钩舌牵引台、冲击台之间的间隙大于钩舌与钩耳孔之间的间隙，导致钩舌销和钩耳受力，钩舌销孔经常发生磨耗使钩舌销孔壁逐渐变薄，从而导致钩舌销孔产生裂纹，并且裂纹多发生在钩舌销孔两端处。

3.4 钩舌内侧面弯角处裂纹的原因分析

钩舌内侧面的上、下弯角处多产生裂纹。造成此现象的主要原因是该部位的截面变化较大，容易产生应力集中。由于钩舌内侧面弯角处钩舌的断面变化较大，在运行牵引时就会有较大的拉应力集中，并且在驼峰上进行调车编组或紧急制动时，产生巨大的压缩力使得钩舌内侧面的弯角处集中较大的弯曲应力。因此，在运行过程中，经过多次反复的拉伸和压缩，容易使钩舌内侧面弯角处产生疲劳裂纹[3]。两钩连挂，在同一水平线上时，钩舌全面接触，为整体受力；如不在同一平线上时，钩舌成八字形或倒八字形接触受力，应力集中在弯角处。

4 建议

失效分析的目的在于提出对策及建议。通过分析钩舌失效的原因以及结合目前钩舌检修的现状，提出以下建议：（1）提高职工质量意识和安全意识，并且改善职工工作环境，确保检修质量。（2）严格执行新进钩舌的质量验收制度，杜绝将有铸造缺陷的钩舌装车使用。（3）加速淘汰C级钢材质的钩舌，更换为E级钢材质的钩舌，确保钩舌拥有可靠的强度。（4）对钩舌的牵引台根部、钩舌S面内侧上下弯角处部分进行重点探伤检查。（5）建议在检修钩舌时应对服役了5年以上的钩舌进行重点检查。

参考文献

[1]铁路货车段修规程（铁运[2012]202号）[S].北京：中国铁道出版社，2012.

[2]李嘉.钩体下牵引台裂纹原因分析及对策[J].科学中国人，2014（2）：11-13.

[3]郑天久.客车车辆钩舌报废过多原因分析及改进建议[J].上海铁道科技，2013（3）：61.