铁路货车钩舌失效的深度分析及改进建议

刘建新

【摘 要】对铁路货车钩舌检修过程中发现的失效件进行统计分析，发现钩舌S面过限、牵引台根部裂纹、内侧面上下弯角处裂纹、钩舌销孔两端裂纹而引起的失效钩舌较多，深度分析其产生的原因，并提出了相应的改进建议。

【关键词】钩舌；裂纹；失效；磨耗过限；原因分析；改进建议

中图分类号： U270.34 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）35-0248-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.108

1 问题的提出

随着铁路货车高速重载的发展，对车钩缓冲装置要求更高，钩舌作为主要的传递单元，在铁路货车运行中将不断承受车辆纵向载荷等复杂的交变力作用，导致钩舌S面过限、牵引台根部裂纹、内侧面上下弯角处裂纹、钩舌销孔两端裂纹等故障越来越频繁，致使钩舌出现了失效；如果钩舌失效，有可能使铁路货车出现车钩分离、紧急制动等现象，更甚者出现车辆脱轨颠覆。因此，对钩舌进行检修时，严格按照作业标准落实，加强对故障频发的部位的检查，采取合理的控制工序，以提高钩舌的段修质量，确保铁路货车的行车安全。

2 对产生的原因深度分析

（1）统计分析：对库尔勒车辆段2018年1月1日至7月1日期间，对检修车间钩舌检修岗位发现的275个失效钩舌进行统计分析，详细情况见表1和图2。在钩舌检修的过程中，当其丧失应有的功能时被称之为钩舌失效。对表1和图2数据详细分析，可得知以下六点结论：一是由于S面裂纹和牵引台根部裂纹而失效的钩舌所占比例最大，须引起高度重视。二是从表1中可以看出钩舌牵引台根部裂纹占裂纹总数的37%，与S面裂纹比例仅差不到5%，调查还发现牵引台根部裂纹均为下牵引台，且裂纹下牵引台的磨耗情况较上牵引台严重，说明在铁路货车正常的起动、运行和制动的过程中，使钩舌下牵引台全部处于受力状态，而上牵引台处于局部受力的状态，这样使钩舌上、下牵引台受力不均衡同时加重了下牵引台应力集中，且裂纹长度在50mm以上的占到牵引台根部裂纹数量的50%，运用中裂纹进一步发展，就对铁路货车运输安全埋下潜在的安全隐患。三是裂纹与牵引重量成正比，在具体的统计过程中发现16型比13型钩舌产生下牵引台裂纹多。四是S面厚度磨耗过限排在第三位，具体为19.19%，调查发现S面厚度过限主要集中在13号钩舌。五是上销孔过限和钩舌外胀所占钩舌失效比例也较大，分别为12.91%和6.27%。因此在检修钩舌时，对上销孔和钩舌外胀也是重点检查部位。六是从图2中可以看出，下牵引台裂纹集中发生在钩舌装车使用5～8和8～11年这两区间；S面裂纹集中发生在钩舌装车使用8～11年这一区间；钩舌S面厚度磨耗集中发生在钩舌装车使用11～14年这一区间。因此，钩舌检修岗位的作業人员对装车使用5年以上的钩舌进行重点检查。

（2）客观原因分析：

2.1 钩舌裂纹形成的原因分析：

一是铸造过程中自身的组织缺陷，破坏了材料的连续性，降低了塑形与强度，还导致应力的大量集中，当应力超过材料本身的强度极限时，就产生裂纹并继续扩展。二是受制于固有的工作实际和特有的形状。通过对铁路货车运输过程中，对钩舌进行受力分析发现主要有牵引力与压缩力。具体分析，会出现两种情况：a.钩舌护销突缘和牵引台共同受力。这种状况的发生主要由于钩舌受到牵引力时，通过牵引台传递牵引力，致使由于牵引台之间相互磨耗使间隙变大。b.钩舌牵引台、护销突缘、钩舌销三者共同受力。这种状况发生主要由于在牵引过程中，随着磨耗进一步的加剧，出现钩舌各突缘之间的间隙变大，还有就是当钩舌受到压缩力时，通过冲击台传递压缩力，致使冲击台和钩内腔壁相互磨耗使间隙变大。

2.2 钩舌各主要部位磨耗与裂纹的原因分析：

（1）钩舌S面磨耗与裂纹的原因分析：

铁路货车在正常的行驶过程中，主要靠钩舌S面之间的咬合来实现连挂，这样使S面不断受到牵引力和压缩力频繁交替作用，造成S面产生严重的磨耗或者裂纹，如果钩舌检测岗位的作业人员没有发现该类故障，随着牵引和压缩次数累积到质变导致发生钩舌疲劳断裂。通过对钩舌状态详细统计发现钩舌S面下部磨耗量占比远大于S面上部，造成这种情况的原因是钩头的下垂，由于车钩钩头自身重量比较大，同时由于各种原因造成的钩托梁弯曲变形以及磨耗板的正常磨耗或非正常磨损，导致车钩钩头下垂。

（2）钩舌下牵引台磨耗与裂纹的原因分析：

从运用中受力情况分析，钩舌在车辆运行过程中受力较为复杂，主要有牵引时的纵向载荷、钩腔配件相互作用的附加载荷等。在纵向牵引载荷在牵引状态下，钩舌牵引台主要受到钩体牵引台传递的反作用力，该载荷与车辆运行方向相反。该载荷不是固定的，随着牵引重量增加而增大，随着车辆运行中制动后缓解、提速，交替作用于钩舌牵引台根部，是牵引台根部裂纹的主要因素之一。在横向载荷在车辆牵引启动过程，钩舌受到纵向牵引力的同时，钩舌围绕钩舌销旋转，旋转过程中钩舌锁面与锁铁相接触，此时有一横向载荷传递：钩舌锁面→锁铁→钩腔内腔侧壁。按照“力的作用是相互的作用原理”，车钩内腔侧壁通过锁铁向钩舌传递一反作用载荷：钩腔内腔侧壁→锁铁→钩舌锁面。该载荷的存在加剧了牵引台根部裂纹的发展。

（3）钩舌内侧面弯角处裂纹的原因分析：

在钩舌检修的过程中发现钩舌内侧面的上、下弯角处产生的裂纹比较多，通过分析发现导致此故障的主要原因在于该部位变截面大，便于产生应力集中。在铁路货车正常的运行中，钩舌内侧面上下弯角处经过多次交替频繁的拉伸和压缩，容易产生疲劳裂纹。随着列车向高速、重载的方向发展，钩舌内侧面弯角处产生疲劳裂纹的频率会越来越高。当两车钩处于连挂状态时，在同一水平线上时，两钩舌处于全面接触的状态，此时为整体受力；如果不在同一平线上时，钩舌会呈现出八字形或倒八字形的接触受力状态，应力将大部分集中在钩舌的上下弯角处。

（4）钩舌销孔磨耗与裂纹的原因分析：

在正常状态下钩舌销处于不受力的状态，但是在车钩长年累月的使用过程中，随着速度的不断提高和载重的不断增加，促进了钩舌牵引台和冲击台磨耗的加快，但是由于受到整体结构限制，无法及时对钩舌牵引台和冲击台进行加修处理，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，导致钩舌销和钩耳处于受力状态，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的部位。

3 改进建议

（1）提高职工质量意识和安全意识，对钩舌作用及工作原理进行全面透彻的讲解，使其深知钩舌的重要性，增加敬畏感；同时改善职工工作环境，提供有利翻转检查的条件，确保检修质量。

（2）认真执行三检一验制度，各司其职，共把钩舌检修质量的大关。

（3）严格落实新进钩舌的相关质量验收检查制度，严禁将有铸造缺陷的钩舌流入作业现场并装车使用。

（4）钩舌探伤岗位人员需对钩舌的牵引台根部、钩舌S面内侧上下弯角处部位进行重点探伤检查。

（5）建议钩舌检修岗位的作业人员对装车使用5年以上的钩舌进行重点检查。

（6）对发现有铸造缺陷的钩舌重点检查，尤其在牵引台根部的钩舌，由于变截面的存在，在铸造时该部位也容易产生气孔等缺陷，在检修中曾多次发现牵引台根部气孔等铸造缺陷，现场对缺陷处打磨后发现缺陷进一步扩大。

（7）增加钩舌探伤检查旋转机具，保证钩舌探伤检查无盲区，避免因人不方便翻转钩舌而造成的漏检。

（8）钩舌检修时，严格按照作业标准落实，加强对故障频发的部位的检查，并采取合理的控制工序，提高钩舌的段修质量。

【参考文献】

[1]TG/CL 111-2012《铁路货车段修规程》.

[2]张伟东.提高我国铁路货车检修质量的策略.《环球市场信息导报》2016（38）.

[3]中国铁路总公司.《铁路货车检修技术》.2010.