制动梁支柱裂纹故障分析及检修措施

王颜明

（吉林铁道职业技术学院 吉林 吉林 132002）

1 故障介绍

近年来随着列车的提速、重载。货车弓型制动梁支柱裂纹开焊等现象也时有发生。因使用材质、结构、路况的局限和运行状况的变化及检修质量的欠缺致使该类故障正日益增多。尤其是制动梁支柱双片根部与弓型杆相接方向，基本在便下片裂纹及焊修后复裂现象频繁发生。也相应的反映出目前我国现用制动梁材质、结构、工艺及定检焊修后质量仍存在较多问题。

2 故障分析

从故障发生部位来看，裂纹大多都在制动梁支柱根部下片部位。这表明该处的强度较弱或结构不合理。弓型制动梁由于支柱与弓型杆顶部进行了，比较牢固的焊接，且弓型杆与闸瓦托端部又用补强焊固，导致整个结构刚性受力作用较大，抗冲击的性能较差。制动时整个系统的合力传递冲击至支柱双片部位，而这个部位的强度又最弱，尤其是下片部位，由于制动杠杆斜置侧压（现场表现为杠杆与支柱下片磨痕较重），在制动时受冲击力过大，闸瓦托磨耗的原因导致制动力不均匀时，使一侧受力较大或梁体及闸瓦托扭曲均会加大正压力和侧扭力作用支柱双片上，从而导致其上部开裂。表现为支柱顶部与弓型杆焊接处开焊。

从统计数据及现场调查情况来看。制动梁支柱双片根部焊修质量存在许多缺陷和不足。综合列检、站修、段修的调查结果后看出，焊修后50%的制动梁运行状况良好（包括部分制动梁支柱下片完全断裂焊修后，检查其运行情况依然良好），其余50%的制动梁支柱仍然强度要求不合格。经过分析确认主要存在以下几种情况：

1）制动梁支柱在焊修前，该部位未进行预热处理就开始焊接，导致焊接部位残余应力相对较大，使材料的塑性变形能力差；

2）焊修施焊方式及工人操作不当，在未开坡口或消除裂纹就开始焊修。还有就是在焊接时错误的操作从裂纹的头部向尾部焊接；

3）焊接时焊缝质量不高，存在焊波表面不均匀及连接性差，并有夹渣、气孔、咬边及未焊牢，表面无增强焊波，存在随意点焊现象；

4）焊接时电流和焊条搭配不当，导致焊接处焊缝不牢固。

从材料和结构方面来看。制动梁支柱材料为ZG230—450型钢。由于铸造性能不够理想，缩孔较大，容易形成分散缩孔，并且流动性差，偏析严重。在铸态时常出现特有的魏氏组织，其特点为铁素体，沿晶界分布并呈针状插入珠光体内，使铸钢塑性、韧性大为降低。此外，由于铸钢冷却迅速，内应力较大，所以这些铸造缺陷必须通过热处理来消除。如果铸造缺陷较突出或热处理（退火或正火）过程中不理想，可导致制造初始材料就存在缺陷。

另外，现场观察制动梁支柱杠杆移动孔多数孔基本呈长方形，孔的边缘相接处呈直角过渡，过渡处表面粗糙，不圆滑甚至有些还存在缺陷。又由于直角边缘壁厚断面呈斜切状由厚到薄过渡，从而导致制动梁支柱孔处极易产生应力集中及形成抵抗冲击薄弱区域，成为裂纹经常出现的突破口。

车辆定检时，对制动系统的检修不当也是促成该类故障频繁发生的原因。具体表现为：未严格执行工艺要求。制动梁体与闸瓦托扭曲、变形及杠杆、销孔闸瓦托磨耗超限等故障，未按照要求进行检修及进行装配，各部位给油润滑的情况执行的欠缺，导致制动梁制动时扭曲憋劲，使支柱片根部受力过大而产生裂纹。

此外，因修程原因该类故障在辅修及临修时，可能出现有现车焊修的现象，由于该部位位置偏下，作业空间狭小不易焊修，导致焊修操作不规范，焊接后产生的缺陷较多，质量不高，运用时必然出现焊修处复裂的现象。

3 故障诊断及检修措施

制动梁支柱是铸钢支柱。支柱圆销孔边缘及杠杆弯曲处容易产生裂纹。现场列检在检查制动梁支柱时，应由车轴上方探身检查；对制动梁支柱下端检查时，应探身车轴下方仰视检查。在检查中，如发现裂纹几痕迹（例如红锈粉）时，一时判断不清，可将痕迹轻轻摸去，用检查锤敲振，如痕迹再次出现，则为支柱裂纹无疑，应马上通知值班员扣车实施修理。

根据以上的故障分析的情况，提出以下改进建议。

1）制动梁制造源头上做起的改进建议：

①认真执行铸造工艺，尽量消除铸造缺陷，并严格执行制造后对梁体进行热处理的操作规定。

②适当加大制动梁支柱双片的壁厚，从而保证其强度的要求。

③在铸钢的铸造性能不佳情况下，必须加强结构设计，铸造结构上改变支柱杠杆移动孔的粗糙程度，孔型最好接近“O”型；孔边直角过渡应改为圆角过渡，过渡的半径选R8mm－R10mm之间的数值；该处壁厚应消除（铸造或加工）斜切的直角断面形式，防止应力集中及抗冲击性能较弱的情况。

2）从焊修工艺上做的改进建议：

①定检焊修时应严格执行焊补工艺流程，做到焊前预热，并且预热温度要达到要求（保持在50摄氏度以上）。

②焊接操作时，先对裂纹部位开坡口的切除操作。开焊部位应将原焊波清除，然后从裂纹末端起逆向施焊。焊接时应注意电流的大小以及起电落弧，保证焊接时要焊透，焊层均匀牢固并要有增强焊波。同时要避免和尽量消除夹渣、气孔、咬边、未焊透等缺陷出现。一但出现以上几种情况应当切除重焊。以避免运行时故障的发生。

③焊后对孔边缘要进行圆角过渡处理，焊波也打磨圆滑。

④具体的焊修标准：铸钢的制动梁支柱裂纹或磨耗大于3mm时焊修，焊波须高于基准面2mm；支柱孔磨耗大于2mm时应扩孔镶套，原衬套磨耗超限、松动或有裂纹时应更换新的衬套；支柱裂纹大于30mm或支柱孔裂至边缘时应更换支柱；支柱新焊接时，须距槽钢翼板顶部向下5～8mm处起焊修。支柱与槽钢进行焊接时，因槽钢腹板顶部处的焊接工况较差，焊接时易在槽钢腹板顶部处产生咬肉等焊接缺陷，从而造成使用中该处产生应力集中现象，容易诱发裂纹的产生，影响制动梁的运行情况。因此支柱与槽钢焊接时，距槽钢腹板顶部5－8mm处不进行焊接。

3）禁止在未分解制动梁的情况下现车焊修。

由于在《铁路货车站修规程》中对支柱裂纹施焊未做出明确的规定，故建议在规定中补充如下内容：“在辅修或临修时发现制动梁支柱裂纹时应更换制动梁，卸下的故障制动梁应异地修理。并严格按工艺要求集中焊修。”

4）严格执行制动配件的检修及装配工艺。落实制动梁滑槽与各部销孔的给油要求，以保证列车在运行中制动时各部件的正常作用。减轻各部间的因磨擦而代来的磨耗程度。防止产生制动部件卡滞、扭转的造成的对制动梁支柱片根部的非正常磨耗和超负核作用。

［1］严隽耄.车辆工程[M].中国铁道出版社，1992.

［2］张中央.车辆制动装置[M].中国铁道出版社，2000.

［3］铁道车辆制动工程[M].中国铁道出版社，2006.

［4］铁路机车车辆[M].中国铁道出版社，2008.