17号车钩及其零部件故障简析(1)

17号车钩及其零部件故障简析学生姓名：丁宇学号：1131206专业班级：铁道机车车辆指导教师：张爱民西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）I摘要随看我国铁路运输提速、重载的发展，作为当前货车主流品种的17号上作用式车钩，在货物列车运行中时有故障发生，严重影响铁路的正常运输，造成了较大的经济损失。如车辆在运行中车钩自动分离、由于钩体裂纹和钩尾框后弯角裂纹引起的断裂造成的分离和钩舌折断造成的分离等。这不仅使铁路运输成本迅速增加，而且直接影响列车的安全。这也严重影响了我国铁路运输秩序，在一定的程度上制约了铁道车辆的进一步提速，影响铁路运力的进一步提高。本论文在对17号车钩运用过程中产生的故障进行全面分析的基础上，用计算机仿真软件建立车钩的装配体模型并对其进行分析、评价和疲劳寿命预测，提出相应的预防和改进措施。基于装配体的17号车钩有限元分析对于车钩各零件的相互作用通过定义接触来传递，可以更好地模拟其在实际运用过程中的受力状态，找出车钩应力较大部位。这对于提高车辆连接的稳定性，防止分离，保证铁路运输秩序、节约成本、提高铁路运力具有重要的现实意义，为今后车钩的设计、改造、检修维护等提供一定的理论依据。关键词：17号车钩；故障；问题；措施西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）II目录摘要................................................................I第一章绪论.....................................................1第二章17号上作用式车钩存在的问题及预防或改进措施..................22.1引起车钩自动分离的主要原因及改进措施........................22.2引起车钩自动分离的其它原因及预防措施.........................6第三章17号车钩提钩装置存在问题...................................133.1问题的提出..................................................133.2原因分析....................................................143.3建议及改进措施..............................................16第四章17号车钩产生故障的原因及建议...............................164.1调查情况....................................................164.2原因分析....................................................174.3建议........................................................18参考文献...........................................................19西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）1第一章绪论铁路是我国主要的运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。铁路的客货运量占我国总运量的50%，是国民经济发展的先导。由于铁路运输安全、快速、运量大、方便、节能，相对公路运输而言污染小，不受自然气候条件的制约，所以它在世界整个运输业中具有重要的不可替代的地位。铁路运输尤其是高速铁路运输引起了世界各国的高速重视。近年来我国铁路得到了飞跃的发展，今后20年是我国铁路发展的高峰期，国家计划修建干线高速铁路，许多大中城市开始或计划修建城市轻轨铁路和地铁。所以铁路运输尤其是高速铁路运输，将要在我国经济建设和人民生活中起到重要的作用。但是在铁路运输业中，有许多关键技术问题还有待进一步解决。车钩缓冲装置是铁道车辆的重要部件，它在机车与车辆、车辆与车辆之间起着连挂作用，并在列车运行中传递牵引力和缓解冲击力，在车辆运输中起着非常重要的作用。随着我国铁路运输提速、重载的发展，作为当前货车主流品种的17号上作用式车钩，在货物列车运行中时有故障发生，严重影响铁路的正常运输，造成了较大的经济损失。如车辆在运行中车钩自动分离、由于钩体裂纹和钩尾框后弯角裂纹引起的断裂造成的分离和钩舌折断造成的分离等。随着我国列车速度的提高和轴重的加大，17号车钩出现故障的频率越来越高。这不仅使铁路运输成本迅速增加，而且直接影响列车的安全。已经严重影响了我国铁路客货运输秩序，在一定的程度上制约了铁道车辆的进一步提速，影响铁路运力的进一步提高。因此，改进17号车钩的结构，对于提高车辆连接的稳定性、防止分离、保证铁路客货运输秩序、节约成本、提高铁路运力具有重要的现实意义。由于采用低合金铸钢制造车钩，加上重载、提速的工况，使新造、检修车钩的裂纹发生率增加。为消除裂纹，采用了专用磁粉探伤设备，并规定对铸件做大面积全数检查，这给生产、检修部门都带来了较大的工作量，且质量难以保证。对由于材料、铸造、热处理等因素造成的原始裂纹、焊补造成的裂纹和由于结构、缺陷等产生应力集中而造成的应用裂纹等产生的原因、避免的可能性、裂纹的扩西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）2展速率、疲劳裂纹及寿命都有进行专题研究的必要。对各种裂纹及寿命进行研究，对各种裂纹的成因、避免措施(尤其是避免产生原始裂纹)、有效控制方法进行研究，对在正常工况下运用的车钩提出在其寿命期内可放心使用、免裂纹检查的科学根据，并指导实际应用，这些都是体现技术进步且有现实意义的课题。第二章17号上作用式车钩存在的问题及预防或改进措施17号车钩属于关节式非刚性自动车钩，它的设计较合理地安排了钩头与钩舌、钩舌与钩舌销之间的间隙，在闭锁位置时，可使钩舌销不受或较少地承受作用力，更充分地发挥了车钩各部材料的承载能力。由于其强度大，因而在我国货车上大量地应用。然而，随着铁路提速和重载列车的开行，17号上作用式车钩在应用过程中出现的故障越来越多，而且故障发生的频次越来越高，严重影响了铁路运输秩序。车钩故障主要有自动分离和破损引起的分离两类。引起车钩自动分离的原因有防跳装置失效、车钩闭锁作用不良、钩提杆的横纵向位移大、钩提链松余量小、钩头的下垂或上翘等，其中防跳装置失效是引起车钩自动分离的主要原因。引起破损分离的原因有疲劳裂纹和铸造缺陷等。2.1引起车钩自动分离的主要原因及改进措施2.1.1防跳装置失效原因分析1.17号上作用式车钩防跳装置存在的主要问题是防跳约束力太小。如图1所示，上锁销自重1.38kg，现用上锁销杆以锁舌下平面支撑于钩头上平面上，重心位于中心孔G内，处于支撑面之内，产生防跳作用的偏心力主要是A—A断面左侧的重力，只占上锁销总重量的1/5～1/4，约0.2kg～0.4kg。在相互连接的一对车钩中，上锁销杆的防跳作用力，一个与列车运行方向一致，另一个与列车运行方向相反。与列车运行方向一致的车钩在列车制动时，由于惯性作用，钩腔内上锁销脱离防跳台，钩锁铁防跳失效。钩锁铁、上锁销杆和上锁销会在受到垂向振动时一起跳起，使得钩头内的防跳台起不到防跳作用。当钩锁铁弹跳到一定高度时，钩锁铁完全脱离钩锁铁承台，钩锁铁就无法限制钩舌的转动，必然造成车钩自然分离。因此，车钩分离多发生在与列车前进方向相同一端的车钩上。西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）3图1上锁销2.为了防止在车辆运行时，钩锁铁因车辆运行时的剧烈振动(由车辆加速、制动和轨道不平顺等原因造成)而自动跳起造成脱钩的事故，17号车钩设有防跳装置。对于上作用式车钩，如图2所示，上锁销的下部销钉沿着上锁销杆的弯孔滑下，致使上锁销下部弯钩及上锁销杆顶部倒入钩腔防跳台下方。这样，钩锁铁虽受到振动，但因上锁销杆顶部被钩头内的防跳台所阻挡而无法弹出，起到了防跳作用。应当看到，该防跳作用的实现依赖于车钩组件间的相互配合。然而，由于车钩组件均为铸造件，不同厂家甚至不同批次制造出来的零件都存在着较大的尺寸偏差，以及长期使用导致了零件的磨损，致使各组件不能很好地配合，防跳失效现象经常发生。同时，车钩在运行过程中由于运行状况发生改变而产生了各部件间的碰撞，使得车钩内的钩锁铁、上锁销和上锁销杆产生剧烈的纵向和垂向振动，当上锁销下部弯钩及上锁销杆顶部因纵向振动而从钩腔防跳台下摆出时，钩锁铁、上锁销杆和上锁销就会在垂向振动时一起跳起，使得钩腔防跳台起不到防跳作用。当钩锁铁完全脱离钩锁承台弹跳到一定高度时，它就无法限制钩舌的转动了，脱钩就成为了必然。西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）43.图217号上作用式车钩原结构2.1.2改善防跳性能的途径及方法图317号上作用式车钩改进结构改善防跳性能有两种途径:一种途径是根据运用要求，设计出结构更合理的新型车钩，另一种途径是保持现用车钩的主体结构，通过局部结构的改进，提高防跳性能。显然，后一种途径会大大缩短设计周期，降低设计成本，但它还可能会继承原有结构的潜在缺陷。考虑到17号车钩的运用状况，本文选择了后一种途径，因为这样不会产生新老类型车钩之间互换困难的问题，增大了使用的范围和灵活性，可以在保证实现设计目标的前提下降低设计周期和改造成本。根据三杆直立不稳定的原理，大连交通大学课题组设计出了三连件防跳装置，它通过有效约束钩锁铁弹跳高度来实现防跳的目的，如图3所示。它由上锁销杆、上锁销和上锁提三个零件连接而成，替换原有的上锁销和上锁销杆，在不改变现有17西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）5号上作用式车钩的钩腔、钩舌、钩锁铁几何形状和尺寸限度的前提下，充分利用钩腔内的空间，依靠构件特殊的几何形状，在其自身重力作用下，自由下落形成反“Z”形结构，与钩锁铁共同作用，实现两级防跳。正常情况下，车钩在受到冲击振动时，上锁提和上锁销共同作用，达到限制上锁销杆纵向运动幅度的目的，使得上锁销杆顶部始终处于钩腔防跳台下方，上锁销杆及钩锁铁垂向运动的幅度就得到了有效的控制，钩锁铁无法完全脱离锁铁承台，从而实现防跳的目的，此为一级防跳，与原防跳装置原理基本相同，但因为结构得到了改进，安全系数己经明显地提高了。二级防跳的实现是应用在非正常情况下，即车钩各零件因磨损或铸造误差而出现较大的尺寸偏差时，由于各零件的配合有了较大的间隙，上锁提和上锁销共同作用，有效地限制上锁销杆的纵向运动幅度，使得上锁销杆顶部从钩头内腔的防跳台下方摆出后，能随时回归到原位。这种情况下，对原防跳装置来说防跳功能己经完全失效，随时会发生脱钩的事故。但对三连件防跳装置来说，由于其独特的结构，防跳功能仍能实现。此时，车钩继续受纵向和垂向冲击振动，上锁提和上锁销的连接部位将会与钩腔顶孔的前沿发生碰撞，使得上锁销因反弹而将上锁销杆回推到钩腔的防跳台下，重新恢复一级防跳的功能。这样就可以完全防止车钩自然分离现象的发生了。2.1.4改进防跳装置(三连件)的主要特点该17号上作用式车钩防跳装置结构简单，在车辆连挂和分解时操作方便，在检修时便于维修。主要特点是:(1)不改变现用的车钩装置的结构和作用原理，防跳性能在现有的防跳锁的基础上有较大的提高;(2)不改变车站调车作业中车钩分解与连挂作业习惯;(3)符合《铁路技术管理规则》、《铁路货车厂、段修规程》要求;(4)不改变现有的车钩钩腔、钩舌、钩锁铁等其他配件的几何形状和尺寸限度;(5)不改变车钩检修的作业习惯;(6)防跳性能对钩腔内各配件磨损和尺寸偏差的敏感性小;(7)改造过程简单，可以在较短的时间内完成改装任务，适合在全路大批量改造，只需在车辆检修时将现用的上锁销和上锁销杆按要求换下即可。西安铁路职业技术学院毕业设计（论文）6根据以上设计方案生产的防跳装置经装车运行试验证明，该防跳装置的防跳作用达到了理论设计预想。17号上作用式车钩安装该防跳装置，可大大提高防止自然分离的能力，充分发挥其分解、连挂、检修简单，牵引力大，实用性强的特点，且投资少，见效快，改造方便。2.2引起车钩自动分离的其它原因及预防措施2.2.1