L-B型制动梁存在的不足与改进建议

杨 欧

(哈尔滨铁路局 齐齐哈尔车辆段,黑龙江齐齐哈尔161002)

制动梁是制动系统关键部件,随着铁路货车重载、提速的不断发展,列车在运行中冲击较大,制动频繁。原槽钢弓形杆制动梁因结构、刚性等问题在使用中故障率较高,已不适应铁路运输的发展。为适应铁路货车快速重载的需求,齐齐哈尔轨道交通有限公司借鉴美国AAR技术标准研发了L-B型制动梁。

1 L-B型制动梁的结构特点

L-B型制动梁采用紧固件将主要零部件连接,采用滑块式结构,取代了滚动式结构,滑块在闸瓦托上铸出,消除了槽钢、弓形杆制动梁滚子轴焊缝裂损、折断的缺陷。在滑块上装用尼龙滑块磨耗套,提高了易磨耗件的寿命,并利于检修。支柱由铸钢件改为优质碳素结构钢锻件,消除了铸造缺陷,提高了其强度。结构如图1。

图1 L-B型制动梁

2 L-B型制动梁的主要故障

随着L-B型制动梁的大量运用,逐渐出现了一些故障,给车辆的安全运行带来了隐患。对齐齐哈尔车辆段齐齐哈尔检修车间在检修280根制动梁过程中发现问题进行了统计,如表1。

从故障情况来看,磨耗套铆钉松动、折损、磨耗套裂纹、安全链卡子松动、裂损、闸瓦托松动、铆钉折损等故障出现较为频繁。

3 L-B型制动梁主要故障的原因分析

(1)磨耗套连接方式不合理

磨耗套材质为改性尼龙,采用一个LF10材质铆钉进行连接。在车辆运行过程中,由于磨耗套与侧架滑槽磨耗板间不均匀接触、摩擦,磨耗套形成水平方向回转力矩,而铆接方式适用于在剪切力、拉力、压力作用下的连接,不适合具有回转力矩作用的连接,难以满足磨耗套紧固作用,势必产生磨耗套的松动现象。从检修角度看,在探伤工作中,分解磨耗套时,只能使用电钻去除铆钉,容易损伤磨耗套及滑块,重新铆接时容易产生松动。

表1 L-B制动梁故障统计

(2)磨耗套强度不足

在车辆运行过程中,磨耗套与侧架滑槽磨耗板之间相对往复运动较为频繁,产生交变摩擦力,致使磨耗套下平面弯角及铆钉孔处形成交变的拉伸变形,段修时磨耗套厚度最小允许为2 mm,下平面弯角处强度不足,故而形成疲劳裂纹。

(3)安全链组装不合理

L-B型制动梁安全链的组装先后经历两种组装方式,先期采用了焊接方式,后期为了解决热应力的问题,对制动梁安全链安装方式进行了改进,采用卡子连接。

①焊接方式

这种组装方式在梁体焊波附近产生的残余热应力,由于制动梁在运行中经常处于交变应力作用下,容易在焊波附近产生疲劳裂纹。如图2所示。

②卡子连接方式

图2 焊接梁体示意图

该种连接方式,使卡子造成塑性变形,在卡子弯角处形成较大应力,在车辆运行过程中,受到拉力,从而在弯角处裂损。在车辆运行过程中,由于振动的影响,塑性变形难以保证卡子紧固在制动梁梁体上,经常会产生松动现象。如图3所示。

图3 卡子连接梁体示意图

(4)闸瓦托铆钉强度不足

制动梁在制动过程中,完全是依靠制动梁闸瓦托产生制动力。L-B型组合式制动梁闸瓦托采用两个铆钉与梁体连接,在制动过程中,制动摩擦力及闸瓦压力在铆钉上形成较大剪切力和弯曲力,由于两个铆钉相对梁体来说为两个方向,此时这两种应力单独作用在铆钉上,而不是同时均匀作用在两个铆钉上。仅仅依靠2个φ 12的铆钉无法满足连接要求,容易造成铆钉松动,严重时发生铆钉折断,给行车安全带来较大的危害。如图4所示。

(5)滑块与瓦托过渡圆弧太小

由于L-B型制动梁为滑块与闸瓦托一体铸造,滑块与闸瓦托间过渡圆弧太小时必然造成滑块根部强度降低及应力集中,运用过程中,在制动力的反复作用下产生疲劳性裂纹。

4 改进建议

(1)磨耗套改进建议

磨耗套的主要作用就是在车辆进行制动和缓解过程中,减少制动梁与侧架滑槽磨耗板阻力的作用。磨耗套与滑块间是否有相对位移对制动梁的制动作用无影响。采用铆接方式时,由于需要对制动梁滑块和磨耗套钻孔,对制动梁滑块以及磨耗套强度均产生影响。滑块端部磨耗超过全长限度时,只能依靠通过更换闸瓦托进行调整,工作量较大,成本较高。鉴于上述考虑建议对磨耗套进行改进,将磨耗套的一侧进行封闭。

图4 铆钉与梁体连接示意图

采用这种结构方式,安装时仅需将磨耗套套在制动梁滑块上即可,检修时分解、组装均方便。采用了半封闭结构,磨耗套在弯角处强度大大增加,同时消除了铆钉孔所产生的强度不足问题。制动梁全长超限时,可通过调整磨耗套来调整全长尺寸,便于检修、降低成本。制动梁滑块取消铆钉孔,缩短伸出长度,提高滑块强度,增强了抗弯性。

(2)安全链卡子改进建议

安全链只是在制动梁发生折损、脱落时,起到防脱作用,在正常使用过程中,安全链无使用意义,不承受除自重外的任何载荷,鉴于此建议在安全链卡子与制动梁间增加橡胶垫,并增加螺栓组装扭力要求。增加橡胶垫后,通过限制紧固扭力,使制动梁在弹性变形情况下达到紧固的目的,而且起到防松作用。由于增加了防松性能,减少安全链卡子在运行过程中松动情况的发生,能够减少对梁体的磨耗,提高制动梁运行的可靠性。

(3)闸瓦托改进建议

闸瓦托为安装闸瓦的支承件,是车辆制动过程中受力最大部件,也是受力状况较为复杂的关键配件。建议将闸瓦托铆钉增加为4个,在梁体的上、下两侧各两个,位于闸瓦托中心线的两侧。这种结构将使制动梁梁体与闸瓦托间的抗剪切能力增加一倍,而抗弯曲能力将大大增强。这样将提高L-B型制动梁的安全可靠性,减少铆钉折断故障的发生,有效防止发生闸瓦托脱落故障。

同时增大L-B型制动梁闸瓦托与滑块间的过渡圆弧,减少闸瓦托与滑块连接处的应力集中。