货物列车车钩故障的原因及控制分解.docx

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货物列车车钩故障的原因及控制分解

论文题目

货物列车车钩故障的

原因及控制

毕业生：

指导教师：

专业：

交通运输

200年月日

摘要

随着铁路运输的高速发展，货物列车重载、提速也逐步增加，车钩裂损、分离等方面的故障也逐步增加，大大增加了铁路货车的临修率，影响了货物列车的正常运用秩序。

加之列车牵引重量的不断增大，速度的提高及作为装在常用货物列车上的13、16、17号车钩，13号车钩因使用时间长，16、17号车钩为新型车钩，所以存在的问题也暴露的日渐明显，以致列车车钩断裂和分离事故已成为多发事故。

列车分离若发生在列车发车或运行途中耽误列车时即构成一般行车事故，若发生在坡道地段，特别是高坡地区一旦列车空气制动机失灵时，还容易造成部分车辆溜走，闯入车站或溜入区间，造成撞车、冲突及脱轨颠覆等性质严重的行车事故。

由于事故发生率高，对运输秩序的干扰和造成的经济损失也较为严重，应该引起重视，积极予以防止。

本文从列车车钩常见故障和分离的特征、原因，防止方法及措施以及应急处理等方面进行了阐述。

关键词：

列车；车钩故障；原因；控制；

ABSTRACT

Withtherapiddevelopmentofrailtransport,heavy-dutyfreighttrains,thespeedgraduallyincreased,loss-coupler,inareassuchastheseparationofthefaultisalsograduallyincreasing,therailwayhasgreatlyincreasedthetemporaryrepairofthegoods,theimpactonfreighttrainstousethenormalorder.Inaddition,theweightofthetrain'stractionincreasing,therateofincreaseininstalledandusedasafreighttrainonthecoupler,13,16,17,13couplerasaresultoftheuseoflonghours,16,17,anewcouplerforthecoupler,sotheproblemsAlsoexposedthegrowingsignificantly,resultinginbrokencouplerandtheseparationoftrainaccidentshavebecomeaccident-prone.Ifthetrainseparationtookplaceintrainorstartrunningtrainsonthewaywhenthedelayconstitutesanormaltrafficaccident,occurredattherampofthelot,especiallyinhigh-slopeareasoncethetrainairbrakefailure,butalsopartofthevehicleeasilyslipintothestationOrslipintotheinterval,resultinginacollision,conflictandthederailmentofaseriousnature,suchassubversiontrafficaccident.Duetothehighincidenceofaccidents,transportandinterferewiththeorderoftheeconomiclossescausedbymoreseriousandshouldpayattentiontoandactivelypreventthem.Thisarticlefromthetraincouplerandtheseparationofthecommoncharacteristicsofthefault,why,aswellasmeasurestopreventanddealwithemergencyinareassuchasdescribed

.

Keyword:

Train;couplerfailure;reason;control;

1．绪论

1．1当前铁路运输对车辆的要求

铁路是我国主要运输方式，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约50％，是国民经济发展的先导。

近年来，在改革开放政策的指导下，我国国民经济发展十分迅速，要求铁路运输能力与国民经济发展相适应。

由于前一段时间忽视了铁路的提前投入，铁路运能的增加不能适应国民经济的发展，在这段时间里铁路运输成为制约国民经济发展的瓶颈。

这个问题引起全国上下的关注，认识到铁路提前发展的重要性。

现在中央决定加大基本设施建设力度，国家已对铁路有较大的投入以改变铁路落后状态。

解决铁路运能的根本措施是增加新线，改造既有线路，铺设复线，增加机车车辆及各种先进的铁路设施，开行高速旅客列车和重载货物列车。

铁路运输是一个系统工程，要提高铁路运能，必须加强铁路运输中每一个环节。

每一个环节健全了，才能全面提高铁路的运输能力。

由于铁路车辆是编组成列运行，车辆与车辆之间装有车钩缓冲装置便于列车编组、分解和调移，另外每辆车上均有各自的制动停车装置，而制动缓解的操纵是在列车端部的机车上。

因此车辆上的制动装置应能使整列车辆互相配合，动作一致。

随着社会的进步，运输对车辆的要求越来越高，车辆上的各种装备也越来越多，因此车辆的自重也越来越大。

在同样列车重量下所运的旅客和货物就越少，从而增加运输成本和制造成本。

因此在车辆设计和制造时应采用新材料、新工艺、新结构来降低车辆自重。

1．2当前车钩缓冲装置的情况

车钩缓冲装置是用于使车辆与车辆，机车或动车相互连挂，传递牵引力，制动力并缓和纵向冲击力的车辆部件。

它由车钩，缓冲器、钩尾框，从板等组成一个整体，安装于车底架构端的牵引梁内。

为了保证车辆连挂安全可靠和车钩缓冲装置安装的互换性，我国铁路机车车辆有关规程规定：

车钩缓冲器装车后，其车钩钩舌的水平中心线距钢轨面在空车状态下的高度，客车为880mm（允许+10mm，-5mm误差），货车为880mm（±10mm）。

两相邻车辆的车钩水平中心线最大高度差不得大于75mm。

首先说说车钩。

车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的车辆部件。

车钩按开启方式分为上作用式及下作用式两种。

通过车钩钩头上部的提升机构开启的叫上作用式（一般货车大都采用此式）；借助钩头下部推顶杠杆的动作实现开启的叫下作用式（客车采用）。

车钩按其结构类型分为螺旋车钩、密接式自动车钩、自动车钩及旋转车钩等。

螺旋车钩使用最早，但因缺点较多已被淘汰，密接式自动车钩多为高速铁路车辆所用。

中国除在大秦铁路重载单元列车上使用旋转车钩外，现一律采用自动车钩。

所谓自动车钩，就是先将一个车钩的提杆提起后，再用机车拉开车辆或与另一车辆车钩碰撞时，能自动完成摘构或挂钩的动作的车钩。

中国铁道部门1956年确定1、2号车钩为标准型车钩。

但随着列车速度的提高和牵引吨位的增加，又于1957、1965年先后设计制造了15号车钩和13号车钩。

客车使用15号车钩，货车则逐步用13号车钩代替2号车钩。

车钩由钩头，钩身、钩尾三个部分组成（见图一）、车钩前端粗大的部分称为钩头，在钩头内装有钩舌、钩舌销，锁提销，钩舌推铁和钩锁铁。

车钩后部称为钩尾，在钩尾上开有垂直扁锁孔，以便与钩尾框联结。

为了实现挂钩或摘钩，使车辆连接或分离，车钩具有以下三种位置，也就是车钩三态：

锁闭位置——车钩的钩舌被钩锁铁挡住不能向外转开的位置。

两个车辆连挂在一起时车钩就处在这种位置。

开锁位置——即钩锁铁被提起，钩舌只要受到拉力就可以向外转开的位置。

摘钩时，只要其中一个车钩处在开锁位置，就可以把两辆

图1

连挂在一起的车分开。

全开位置——即钩舌已经完全向外转开的位置。

当两车需要连挂时，只要其中一个车钩处在全开位置，与另一辆车钩碰撞后就可连挂。

旋转车钩的构造与普通车钩不同，钩尾开有锁孔，钩尾销与钩尾框的转动套连接。

钩尾端面为一球面，顶紧在带有凹球面的前从板上。

当钩头受到扭转力矩作用时，钩身连同尾销以及转动套一起转动。

旋转车钩现在只安装在专为大秦铁路运煤单元组合列车设计的车辆上。

这种车辆的一端装设旋转车钩，另一端装设固定车钩，整列车上每组连接的两个车钩，两两相互搭配。

当满载煤炭的车辆进入卸煤区的翻车机位时，翻车机带动车辆翻转180度，将煤炭倾倒出来。

旋转车钩可以使车辆翻转卸货时不摘钩连续作业，缩短了卸货作业时间。

密接式车钩一般在高速铁路和地下铁道的车辆上使用。

它的体积小、重量轻、两车钩连挂后各方向的相对移动量很小，可实现真正的“密接”；同时，对提高制动软管、电气接头自动对接的可靠性极为有利。

缓冲器用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在起动、制动及调车作业时车辆相互碰撞而引起的纵向冲击和振动。

缓冲器有耗散车辆之间冲击和振动的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏作用。

缓冲器的工作原理是借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。

根据缓冲器的结构特征和工作原理，一般缓冲器可分为：

摩擦式缓冲器、橡胶式缓冲器和液压缓冲器等。

摩擦缓冲器由前、后两部分组成，前部为螺旋弹簧（客车用）或环弹簧（货车用），后部为内、外环弹簧，彼此以锥面相配合，两部分之间有弹簧座板分隔。

螺旋弹簧用来缓和冲击作用力，环弹簧两滑动斜面间的摩擦力用来起到吸收能量的作用。

当缓冲器受力压缩时，使各环相互挤压，这时外环弹簧中就储存了大部分的冲击能量；同时各内外环簧的斜面之间因相互摩擦而将一部分冲击能变成热能。

当外力除去后，各环簧之间又产生摩擦，将所储存能量的一部分再一次转变为摩擦热能而消散，因而起到了缓冲和减振的作用。

橡胶缓冲器的头部为楔块摩擦部分，由三个形状完全相同且带倾斜角的楔块，压头和箱体等部分组成，楔块介于压头与箱体之间，整个缓冲器封闭在箱体内。

橡胶缓冲器是借助橡胶分子内摩擦和弹性变形起到缓和冲击和消耗能量作用的。

为了增大缓冲器容量，在头部装有金属摩擦部分，借助三个带有倾角的楔块，在受压时与箱体及压头间各接触斜面产生相对位移，因摩擦而消耗冲击能量。

1．3研究意义

随着铁路运输的高速重载，车钩裂损、分离等方面的故障也逐步增加，大大增加了铁路货车的临修率，影响了货物列车的正常运用秩序。

加之列车牵引重量的不断增大，速度的提高及作为装在常用货物列车上的存在的问题也暴露的日渐明显，以致列车车钩断裂和分离事故已成为多发事故。

严重的影响着铁路运输和人民生命财产的安全。

为此，分析常见故障，采取各种有效措施，努力减少各类事件的发生，保障铁路运输的正常、安全、高效。

1．4本文研究的主要内容

本文从列车车钩发展、演变以及我国车钩的现状、以后发展的趋势及对发展的要求，和车钩常见故障如车钩分离（包括车钩自动分离、车钩断裂分离以及车钩各部配件故障引起的分离）车钩裂纹和钩颈裂纹等几个方面，从分离和裂纹的特征、原因等方面，进行分析，针对各种情况采取各种防止方法、措施及应急处理办法等。

努力减少因车钩故障对运输秩序的干扰，降低因车钩故障而造成的经济损失。

2．我国货车车钩的发展

2.1我国货车车钩的演变

近半个世纪，我国货车车钩的改进大体经过了下述几个阶段。

1、20世纪50年代车钩简统化、标准化

我国解放前的“万国铁路博览会”造成铁路货车种类繁杂，所装用的车钩缓冲装置更是五花八门，就车缓2、缓3（即后来的2号和3号缓冲器）为各型货车使用的车钩和缓冲器，并定为发展方向。

它引导并影响我国货车钩缓装置技术发展达30年之久。

2、2号车钩简统化

1964年，铁道部下发（64）铁厂设字第2481号文《关于批准2号车钩、钩尾框、扁销等五项通用件》，批准2号车钩为货车通用件，在优化产品设计、制定技术条件一检查样板等方面采取了有效措施，统一了设计图，提高了互换性。

其时，2号车钩虽已成为货车主型车钩，但暴露出结构强度偏低的缺陷，已不适应当时货运的迅速发展。

3、13号车钩的研制

1960年，铁道部以（60）厂二字第1550号文《希迅速安排13号车钩生产》指出，由于1958年大跃进，国民经济飞跃发展，货物列车重量和速度不断提高，使用中的2号车钩断钩事故频发，已限制了运输能力的发

1971年，交通部下发（71）交铁工字1131号文《关于13号车钩试行有关事项的通知》，对13号车钩定型，在新造货车上装用。

13号车钩从1963年开始课题研究，1965年试制并小批量生产，至1971年定型。

通过不断地改进结构和工艺，使普碳钢13号车钩静拉破坏强度从1960KN（200tf）提高到2450KN（250tf），达到了预定的目标。

4、停止生产成套2号车钩

1982年，铁道部（82）铁工字第1154号文《安排50t及以上货车2号车钩改装13号车钩的通知》强调，50t以上货车装用2号车钩已很不适应调车作业和大载重列车的运用要求，车钩分离和裂损事故不断发生，决定将载重50t及以上货车装用的2号车钩，逐步改装为13号车钩，并从1983年起停止生产成套2号车钩。

5、研制低合金高强度13号车钩

为达到TB/T1335-1978《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》中车钩拉伸三十强度不得小于2940KN（300tf）的规定，进行了以下工作：

（1）1983年，铁道部发布（83）铁科技字96号文《关于颁发低合金镐度铸钢（ZG24SiMnVTi）13号车钩技术鉴定证书的通知》。

当时，铁道部内受合金元素供应的限制，只能采用SrMn合金研制低合金高强度13号车钩。

在此之后，选材研制开始注意向AARM-201-1983《铸钢件技术条件》靠拢。

（2）1987年，国家机械工业委员会发展规划司下发机规行（1987）35号文，同意617厂鉴定合金钢车钩，材料为淬火加回火的ZG32MnMoNiCu。

（3）1993年，铁道部发布工技（1993）262号文《关于颁发C级铸钢（ZG25MnCrNiMo）13号车钩技术鉴定证书的通知》。

20世纪90年代初，采用ZG25MnCr-NiM0研制C级钢13号车钩，为适应铁道部内现有条件，采用正火加回火热处理生产13号车钩。

（4）1995年，铁道部车辆局和工业总公司联合电报通知，于1995年7月1日起停止生产ZG24SiMnVTi材质的13号车钩。

该型车钩在20世纪80年代研制高强度13号车钩中起到了开拓作用，但mf材料的塑韧性和可焊性差等缺点，不能满足车钩综合强度的要求。

为促使含Ni、Cr、Mo低合金高强度C级钢的13号车钩尽快生产推广，决定停止生产ZG24SiMnVTi材质的13号车钩。

（5）1995年，铁道部下发辆技（1995）147号文《关于公布13号车钩、钩尾框C级钢技术条件的通知）对止火加回火的ZG25MnCrNiMo和淬火加回火的ZG29MnMONi（即原ZG32MnMoNiCu）生产的13号车钩予以认可。

（6）1990年，铁道部下发科技机（1990）3l号文“关于颁发万吨重载列车车钩科技成果鉴定证书的通知》，为适应大秦线开行万吨专用列车研制的E级钢材质牛产的13号车钩，整钩强度可达3430kN（350）以上。

6、研制生产16／17号联锁式转动和固定车钩

1997年，铁道部下发科技机函（1996）33号文《关于颁发l6／17号联锁式转动和固定车钩等两项科技成果鉴定证书的通知溉16／17号车钩通过鉴定。

用E级钢生产的该转动车钩，从20世纪90年代初开始研制，1992年通过铁道部技术审查，装用于大秦线C63型运煤专用敞车，其结构和强度琊满足了运输需要。

这是我国货车唯一安装在专用车辆上的专用车钩。

7、停止生产普碳钢13号车钩

2002年1月，铁道部运输局运装货车电（2002）104号电报通知，从2002年3月1日起停止牛产普碳钢13号车钩，以适应货物列车不断提速、币载的需要。

这是为进一步提高车钩品质，促使牛产厂家努力采标．向AARM—21l—1992《AAR货车车钩、尾框采购和验收技术条件》和GB／T17425一1998《货车车钩、钩尾框采购和验收技术条件》标准靠拢而做出的重要决定。

8、试行E级钢13A型（小间隙）下钧和16／17号车钩

2004年6月，铁道部运输局运装货车（2004）215号《关于批复13A型和16／17号车钩产品图样及技术条件（试行）的通知》规定，自2005年1月1日起正式使用采用E级钢并按通知批复的图样及技术条件牛产的13A型车钩和16／17号车钩。

2.2我国货车车钩的现状

1、普碳钢车钩仍在影响牵引安全

13号车钩至今仍是我国货车用主型车钩，除大秦线C63，型运煤专用敞车装用16／17号车钩外，几乎所有货车都采用13号车钩。

13号车钩（包括2003年部批投产的13A型车钩）代表了我国货车车钩的现状。

目前虽已停止生产，但还在运，但在运用中的大量普碳钢13号车钩，约占现有车钩总量的70％左右。

其强度具有平均强度偏高和离散性较大的特点。

稳定该批车钩的运用质量、保证强度和防脱性能的关键在于检修。

约占现有车钩总量30％的C级钢13号车钩，其材质主要有采用淬火加回火热处珲的ZG29MnMoNi和采用正火加回火热处理的ZG25MnCrNiMo2种。

尽管对车钩的实体破坏强度和永久变形的要求相同，对材料试样的常温力学性能指标的要求亦相同，但由于热处理不同，因而材料金相组织不同，导致采用淬火加回火热处理的ZG29MnMONi的性能（尤其是低温冲击韧性）远优于正火加回火热处理的ZG25MnCrNiMo。

前者材质的车钩的整钩强度亦比后者更高，趋稳定。

经永久变形测试，无论钧体或钧舌，前者合格率基本达到100％。

2、制造精度低

1995年采用的13号车钩（GB／T7709一1987《车钩基本尺寸和性能》）以及此前被代替的1975年采用的13号车钩（货统图）要求的铸造精度都较低；未注公差为CT1l级；注明的尺寸公差精度也低；形位公差一般未要求。

由此导致车钩本身装配及钩尾框装配间隙过大，造成使用中车钩磨损加剧、正常作用性能被破坏、防脱性能下降纵向间隙迅速增大等不良状态。

目前．铸造技术已明显进步，车钩的制造精度也应得到提赢高。

3、样板检查手段需同步完善

随着车钩制造精度的提高，样板的精度也应相应提高，包括样板检查铸件形状与尺寸的止、通设计精度，样板的制造精度和样板磨耗限度，并应根据实际需要补充样板种类。

此外，应严格执行样板的传递制度，确保各生产厂家样板的正确性。

4、表面质量有待提高

GB／T17425—1998规定的表面铸造缺陷、表面粗糙度和重要部位不允许存在切割或铲凿缺口的要求，在执行中存在困难，尤其是铸件裂纹已多年困扰生产和检修部门。

为避免铸件存在裂纹．已发展到采用专用磁粉探伤设备。

从发现裂纹到清除裂纹捍补熟处理、复探等一系列操作，给生产、检修部门带来较大的，工作量。

5、应认真对待生产试验项目

对技术条件规定的试验项目应全部落实执行。

例如，实物取样的断裂韧性（NDTT等）要认真按规定进行周期生产试验；内部密实度要对照标准图片进行定期检查；对实物硬度测试，由于目前生产厂家对硬度的现场测试采用的设备和方法各异，应进行规范以提高硬度测试的精确性。

6、应严格把关焊补和热处理工序

焊补和热处理是车钩生产和检修中的关键工序。

这对C级、E级铸钢尤为重要。

只有严格执行焊补和热处理工艺规程，才能最好地发挥车钩理想的力学性能。

否则，将出现严重磨耗、焊接裂纹、非正常变形、破断等问题，这在现场屡见不鲜。

2.3我国货车车钩的发展趋势

2．3．1与美国同类型车钩发展的比较

近50年来，我国货车车钩的演变过程与美国货车钩的发展有着相似之处。

1、车钩强度

我国从20世纪六七十年代研制和使用13号车钩以来，基本上是参照美国E型车钩及其采用标准的思路发展的。

从货车车钩的制造与使用情况来看，我国目前的水平与美国20世纪60年代～80年代大致相当。

例如：

美国1960年列车平均总重达2929t，与我国目前的情况相当，其时采用B级钢和C级钢E型车钩：

1962年以后经AAR（北美铁道协会）批准的车钩需采用施行正火、回火或淬火、回火的C级钢，其时列车甲均总重达3432t；1976年采用E级钢车钩，用于万吨以上固定编组列车，其时列车平均总重达3432t：

1980年停止使用B级钢E型车钩，1984年规定生产C级钢车钩应进行淬火、回火热处理。

2、车钩类型

由于我国铁路专用货车品种太少，仅占货车总数的5％左右，绝大多数为通用货车，故对所装用车钩要求的矛盾不突出。

长期以来，除了少量16／17号车钩外，13号车钩（包括13A型车钩）作为主型车钩，几乎装用在所有通用货车上。

随着我国货物运输的不断发展，市场对各种专用货车的需求必将大幅度增加，因此，设计制造出适应小同车辆的多种类型的车钩必将很快地被提到议事日程上来。

3、标准的制定

美国的相应标准不仪包含车钩的设计、制造、伶修，还包含对产品设计的认可、对制造厂的生产认证、对车钩缓冲器和解钩装置的适当配置等，凡涉及车钩的强度、可靠性、经济性及与之相关的牵引附件，在AAR标准中均有规定。

AAR标准B分册《货车车钩及缓冲装置》自成一系统。

另外，AAR标准修订频繁，如AARM-211，该标准从1972年颁布，垒2000年已修订了11次，平均2．5年修订1次，有时1年修订1次。

我国制定或修订标准时，从立项开始，到征求意见稿送审稿、于艮批稿，再到印刷、发布、实施，完成整个程序，耗时多为2年～3年。

1999年4月实施的标准GB／T17425—1998《货车车钩、钩尾框采购和验收技术条件》，至今已5年多未修订，已经明显滞后．起不到规范控制产品质量的作用。

2．3．2我国货车车钩的发展趋势

1、研制专用车钩

研制适用于专用车辆的专用车钩，并将其系列化，对铁路车辆和车钧用钢都有深入的专题研究。

美国强调获取高强度值，前苏联强调材质的韧性和可焊性。

鉴于车钩的运行条件比较恶劣，研究表明，车钩的破坏形式主要是疲劳和脆性破坏，故应对其材质提出较高要求，应是货车车钩发展的趋势之一。

运煤单元重载列车使用16／17号联锁式转动和固定午钩，为满足运输的特殊需要开了一个好头。

但仅有这‘种专用车钩是远远不够的，要开拓思路，设计形式多样化，并适度超前考虑普通货物列车提高载重和提速后安全的需要，满足大宗货物运输重载化、高值货物运输快速化以及车辆大型化和专用化发展的需要。

应参照AAR标准中E型、E／F型和F型各种系列车钩，在保证连挂和尽可能有较高互换性的条件下，研制多科，专用车钩。

2、修好、用好并力促淘汰普碳钢13号车钩

为保证在相当长的时期内货物列车运行的安全性，还必须花大力气修好并且用好普碳钢13号车钩。

应合理检修，恢复原型，避免因车钩检修、使用不良造成车钩自动分离。

更需对其进行简单改造以减缓自动分离现象。

铁道部规定自2002年3月1日起停止生产普碳钢13号车钩，这是一个及时、有远见的决定。

即便如此，将其逐步淘汰乃至停止使用还需相当长的一段时间。

美国是从1962年开始停止生产、至20世纪80年代例停止使用B级钢E型车钩的，约花了20年时间