SS8型机车走行部探伤部件裂损问题的分析与对策

李运中

(中国铁路郑州局集团有限公司 郑州机务段，河南 郑州 450000)

1 车钩牵引缓冲装置与牵引装置

SS8型机车车钩牵引缓冲装置采用TB 1595-85内燃、电力机车13号车钩，钩尾框，MT-3型楔块摩擦式钢圆簧组合缓冲器及单侧下作用式开锁提杆，车钩由钩体、钩舌、钩舌销、钩锁、钩舌推铁和下锁销等组成。牵引装置采用中间推挽式结构，其特点是结构简单、重量轻、无磨耗、拆装方便和免维护保养。

牵引座通过8根M36高强度螺栓固定在车体牵引梁下部，牵引杆Ⅱ的一端通过球轴承和销轴与构架牵引梁下部的牵引座相连，另一端用托板支承在电机支座上。爪形梯形槽和装在车体上的牵引座下端梯形槽之间用牵引杆Ⅰ联结，形成牵引力传递系统。

当转向架产生牵引力和制动力时，力的传递方向分别为：

牵引力时：构架枕梁牵引座→销轴→关节轴承→牵引杆Ⅱ→销轴→橡胶关节轴承→牵引杆Ⅰ→橡胶关节轴承→销轴→(车体)牵引座→车体底架(拉杆座)→牵引梁→前从板座→前从板→缓冲器→车钩尾框→钩尾销→车钩。

制动力时：构架枕梁牵引座→销轴→关节轴承→牵引杆Ⅱ→销轴→橡胶关节轴承→牵引杆Ⅰ→橡胶关节轴承→销轴→牵引座→车体底架(拉杆座)→牵引梁→后从板座→缓冲器→前从板→车钩。

牵引缓冲装置的构造、性能及状态在很大程度上影响着列车运行的纵向平稳性，重大的缺陷或状态不良还会引起列车严重事故。因此，车钩缓冲装置及牵引装置应具有足够的强度和疲劳寿命。

2 裂损问题

2014年下半年以来，郑州机务段SS8型机车在小辅修、中修中发现了走行部(车钩牵引缓冲装置和牵引装置)探伤部件大量裂损问题，统计如下表1、表2。

表1 小辅修探伤车钩部件裂损统计

表2 中修探伤钩尾框、牵引座部件裂损统计

续表

3 问题分析

表1、表2中，探伤共发现裂损29件，其中钩舌裂纹占10.3%，钩舌销裂纹占37.9%，钩尾框裂纹占17.2%，牵引座裂纹占34.4%。根据上级对机车质量控制风险措施的要求，对SS8型机车走行部探伤部件发现的裂损问题逐项进行分析，提出整改措施和解决方案。严格按照风险管理的要求，加强对SS8型机车的质量控制，力争达到探伤部件“零缺陷”。

3.1 钩舌销裂纹

钩舌销是车钩的一个重要零件，具有连接钩体和钩舌及作为钩舌回转轴的作用。根据13号车钩设计指导思想，钩舌销及钩耳孔应不受力或较少地分担作用力，车钩牵引、冲击时所受的力最好全部由钩体、钩舌上的牵引、冲击凸缘来承受和传递。因此，作为转动副的钩舌销原设计采用的材料强度并不高(一般采用A3或Q275，屈服强度为275 MPa)。

列车在运行中的纵向冲击和垂直振动，使互相连接的两车钩经常发生相对运动。特别是在路基较软、曲线较多的行车线路上，车钩经常处于相互摩擦状态，这就必然导致磨耗。

(1)一方面,车钩各牵引台和凸缘的磨耗加速,增加了钩舌销受力的概率；另一方面,钩舌销受力后所承受的载荷值和频率也不断提高，加上钩舌销材料强度并不高，这就缩短了钩舌销的疲劳寿命。这是钩舌销裂损故障增多的主要原因。

(2)车钩组装时钩体钩耳孔与钩舌销、钩舌销孔间隙超差、超限，导致车钩组装后钩舌销直接受力，运用中车钩的各牵引台和凸缘的磨耗又加剧了钩舌销的受力，最终导致钩舌销疲劳裂损。

(3)钩舌销加工后表面粗糙度不符合要求,加工精度低，加工刀痕成为钩舌销裂断面的疲劳裂纹源,导致钩舌销过早发生疲劳裂断；此外,钩舌销的内部缺陷也可成为疲劳裂纹源。

3.2 钩舌裂纹

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，传递牵引力和冲击力，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，致使钩舌时常产生表面裂纹、磨耗等故障，直接影响车辆的运行安全。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应力的作用，导致钩舌的故障率越来越高。

(1)钩舌裂纹既有典型的表面裂纹又有内部微观裂纹，主要是因为钩舌铸造过程中形成的组织缺陷，导致钩舌在使用过程中受到拉伸、压缩冲击、摩擦、磨损等作用时，这些组织缺陷部分产生了应力集中，使钩舌产生疲劳裂纹。

(2)钩舌内侧面(S面)是两车钩连接受力的接触面。因轮径差异过大,当两车钩中心不在同一水平线时,造成S面上的上下两端接触受力。如果上下端接触,应力集中在钩舌孔高度端面与钩舌立面弯角处，这是钩舌产生裂纹的另一个原因。

(3)此外，日常油润保养的缺失，导致运用中钩舌与其配合件无润滑的摩擦、磨损，接触应力增加，是产生疲劳裂损的外在原因。

3.3 车钩钩尾框裂纹

车钩钩尾框用牵引销(钩尾扁销)与车钩钩尾连接，钩尾框内装有缓冲器和从板，是传递牵引力和制动力的重要配件。

(1)受力状况不良造成的钩尾框后弯角部位应力集中和磨损是产生裂纹的根本原因。

(2)材质性能缺陷及铸造缺陷造成自身极限强度下降是钩尾框产生裂纹的内在原因。

(3)提速重载、机车连挂、操纵不当、紧急制动时后部车辆的惯性冲击等因素对钩尾框的影响较大。

(4)车钩缓冲器组装性能不良使钩缓装置配合间隙(如钩尾与从板间隙)过大，致使钩尾框受力恶化。

如SS8型机车钩缓装置上使用的MT-3型缓冲器，出厂以及组装于钩尾框中时，均处于预压缩状态，组装上车后需要靠与其他机车连挂时的撞击力切断预压缩销，使缓冲器弹簧伸张，从而使缓冲器前压块及箱体底部分别顶紧前从板和后从板座。但实际情况并非全部如此，机车到段后例行零公里检查经常发现，在缓冲器与前、后从板座间存在1 mm以上的贯通间隙，说明预压缩销未完全切断，缓冲器并未完全伸张释放，仍处于预压缩状态,一旦未及时处理(去除预压缩销)而投入运用，势必使钩尾框受缓冲器非正常应力冲击的频率增加，受力情况恶化，疲劳周期缩短。

3.4 牵引座裂纹

牵引座是机车车体与转向架之间传递纵向力的关键部件，牵引座的强度对机车的安全运行有着重要影响，目前牵引座使用的材料是低碳铸钢(ZG230-450)。低碳钢强度余量小，在正常情况下能够满足运用要求，但由于车钩缓冲装置间隙不当导致的缓冲性能降低，造成机车、车辆间的冲击加剧，致使车钩力增加。有关资料对车钩的静强度、冲击强度试验及计算结果表明：当机车在连挂不当或其他原因引起的冲击在车钩力接近500 kN时，车钩钩体就会有明显的永久变形产生，同时也会导致钩缓装置下方的牵引座承受到30 m/s2以上冲击时，其上端角部过渡区域产生材料屈服现象；在长期接近永久变形的高载荷情况下，车钩缓冲装置部件及牵引座就会出现疲劳裂纹。

(1)牵引座本身材料的强度余量不足是牵引座近期频繁出现裂纹的内在原因。

(2)车钩缓冲装置性能降低或失效，是导致近期牵引座产生裂纹的外在原因。

4 问题的改进及建议

4.1 钩舌销

(1)在厂修、段修时，加强对钩舌销探伤质量的控制,杜绝有裂纹的钩舌销继续使用，同时加强对钩舌销、钩耳套配合间隙的测量检查，避免和防止销、套间隙超限引起的不良后果。

(2)进一步加强对新造车钩的质量控制，避免新造车钩的钩耳孔位置尺寸公差超差，从源头上消除钩舌销单独承力的现象，以提高钩舌销的使用寿命。提高钩舌销的制造质量,保证表面加工精度，减少钩舌销内部缺陷，减少应力集中,防止出现疲劳裂纹源。

(3)鉴于钩体牵引台磨耗后不易修复，建议使用合金钢材料钩舌销(如40Cr、40Mn2、40MrB等合金钢销，其屈服强度可达到620 MPa以上)，以进一步保证钩舌销的材料强度，提高其抗疲劳能力，避免钩舌销断裂事故的发生。

4.2 钩舌

(1)设计上应减少钩舌与钩腔上、下牵引冲击台间隙，使牵引冲击台与钩舌销共同承担纵向牵引力和冲击力，这样可以减少钩舌S弯处应力裂纹的发生。

(2)钩舌生产厂家要严格执行铸造工艺，尽量减少和控制P、S等有害元素的影响，可以从源头减少钩舌表面砂孔裂纹的出现。

(3)提高职工质量意识和安全意识，改善检修工作环境，确保检修质量。

(4)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。

(5)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。

(6)加强钩舌检查、探伤力度，严格按照工艺要求检修、测量，发现钩舌磨损严重的应及时更换；对钩舌的牵引台根部、钩舌S面内侧上下弯角处进行重点探伤检查。建议在检修时对服役5年以上的钩舌进行重点检查、探伤，把钩舌裂纹故障消灭在库内。

(7)加强车钩的日常油润保养，减少车钩应力磨耗，保障机车牵引的运行安全。

4.3 钩尾框

(1)建议相关设计及制造厂家进一步提高车钩缓冲装置的设计质量，进一步减少和消除应力集中问题，优化组装工艺，尤其要提高钩尾框制造质量。

(2)维修部门切实加强车钩检修工作，努力提高检修质量。

(3)运用部门要提高机车牵引操纵水平。机车运用中若发生紧急制动情况，司乘人员在机车返段后应报告，以便专业检修人员及时对钩缓装置进行检查鉴定和确认，并及时消除问题隐患。

(4)建议摸索并制定合理可行的裂纹故障限度和周期，提高探伤密集度，把部件裂损消灭在萌芽时期。

4.4 牵引座

(1)建议主机厂将牵引座材料由ZG230-450改为C级铸钢，使牵引座材料的屈服强度由230 MPa提高到415 MPa，抗拉强度由450 MPa提高到620 MPa，这样可以大大提高牵引座的疲劳强度，有效降低牵引座裂纹的产生。

(2)机车中修及大修时加强牵引座探伤检查和报废更新力度。

(3)适当将SS8型机车中修及大修走行里程缩减至下限50万和100万公里，在机车第3次小修范围要求牵引杆下车探伤时，同时增加牵引座下车探伤检查，逐步摸索出牵引座疲劳裂损周期和规律。

4.5 具体改进措施

郑州机务段自2015年下半年以来按照上述改进方案和建议，积极向主机厂、钩缓装置供应单位反馈质量信息，加强了厂、段合作，并制定了一系列改进措施：

(1)逐步在SS8型机车小辅时更换了合金钢材质钩舌销和E级铸钢材质的钩舌。

(2)在中修以上修程更换了C、E级铸钢材质的牵引座及钩尾框，严格按照车钩缓冲装置检修工艺进行检修、测量、组装和日常运用(油润)保养。

4.6 改进效果

通过上述改进措施，从源头上避免了钩缓装置和牵引装置故障隐患，至今未发生钩缓装置部件和牵引座大面积裂纹问题，有效地保证了机车行车安全。

5 结语

车钩缓冲装置及牵引座裂纹故障直接带来行车安全隐患，其产生的原因众多，进一步提高车钩缓冲装置及牵引座的检修质量，加强关键部件维修检查，是确保机车运行安全的需要。这就需要我们在实际工作中进一步求严务实，认真总结和分析故障发生的原因，从中找出规律，摸索出解决问题的方法，制定出进一步强化的措施，从而达到探伤部件上车零缺陷，不断提高机车检修质量，最终保证机车行车安全零风险。

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