铁道机车车辆专业毕业设计.docx

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铁道机车车辆专业毕业设计

铁道机车车辆专业毕业设计

　　课

　　题铁路货车车钩分离原因分析及对策

　　摘要：

　　铁路货车车钩分离事故发生的频率虽然不大，但却严重影响着铁路运输的正常秩序，针对货车车钩分离的问题，从车钩缓冲装置各配件的损伤及磨耗方面对车钩发生分离的原因进行了详细调查研究，并据此提出防止货车车钩分离的措施。

　　关键词：

货车车钩分离自动分离防止措施

　　前言：

　　长期以来，货物列车车钩分离事故一直干扰着铁路运输的正常秩序，特别是近年来货物列车提速重载战略实施后，这一问题变得尤为突出，已成为影响铁路运输正常秩序的重要因素之一。

要从根本上解决货车车钩的分离问题，必须首先找出事故的真正原因，然后对症找出相关的解决措施。

　　一

　　什么是车钩及车钩的作用

　　在车钩缓冲装置中，车钩的作用是用来实现机车和车辆或车辆之间的连挂和传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离。

从板和钩尾框则起着传递纵向力（牵引力或冲击力）的作用。

　　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。

　　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、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。

　　二车钩的结构和工作原理

　　13号车钩

（1）13号车钩的简介：

　　我国货车上用的车钩主要是13号车钩。

　　钩舌高：

　　300

　　钩颈（宽、高）：

　　203、166

　　钩尾刀钩舌：

　　845

　　钩尾至钩头台肩距：

　　540

　　钩身壁厚：

　　垂直面22、水平面19~22

　　钩耳孔形状：

　　长圆孔42~44

　　钩舌销直径：

　　41直径

　　钩尾（宽、高）：

　　平面135、166

　　尾销孔：

　　长圆孔100、44

　　钩尾销：

　　长圆100、40

　　材料：

　　ZG230—450/GZ25mncrNimo

　　抗拉强度：

　　2400—2600/3000以上

　　质量：

　　203kG

　　开启方式：

　　上作用式/下作用式

　　使用车辆：

　　新造货车

（2）类型（上作用式和下作用式）：

　　①上作用式：

　　②下作用式：

（2）13号车钩的结构特点以及作用：

　　①组成：

13号车钩由钩体、钩舌及钩头配件等组成，其中钩体分为钩头、钩身、钩尾3部分，13号车钩由铸铁制成。

如图所示：

　　现用的13号上作用式车钩钩舌的开合主要受钩腔内锁铁约束。

当钩舌处于全开位置时，钩锁铁脱离钩锁铁承台，位于钩舌尾部上面，钩舌推铁将钩舌推开；当钩锁铁处于开锁位、钩舌没有张开时，钩锁铁锁腿的下承台落于钩舌推铁的锁座上，钩锁铁失去对钩舌转动的约束，此时钩舌受到拉力作用时就可以自由张开；当钩舌处于闭锁位时，钩锁铁落入钩舌锁座内。

　　217号车钩

（1）17号车钩组成

　　7号车钩是我国从1988年起开始研制的重载货车车钩，与16型车钩及配套的钩尾框一起应用在大秦线需翻车机卸货的重载单元列车上，提高卸货率25％以上。

鉴于17型车钩具有连挂间隙小、结构强度高、连锁性能好及垂向防脱性能高等优点，以及多年运用表现出的优点性能，从XX年起我国新造70t及以上货车全部采用了17型车钩及17型铸造或锻造钩尾框。

（2）结构特点

　　①车钩的连挂间隙小。

　　②车钩具有联锁和防脱功能。

　　③钩舌销不受力。

　　④耐磨性能好。

　　⑤良好的防跳性能。

　　⑥结构强度高。

　　⑦自动对中功能。

　　⑧连挂性能好。

　　7型车钩可与我国现有铁路机车车辆使用的13号车钩、13A型车钩及15号车钩等正常连挂使用

　　（3）工作原理

　　我们都了解车钩作用是实现连挂和传递牵引力及冲击力，使车辆保持一定距离。

17号车钩牵拉时作用力传递：

车钩→钩尾销→钩尾框→后从板→缓冲器→前从板→前从板座→牵引梁；其冲击时作用力传递：

车钩→前从板→缓冲器→后从板→后从板座→牵引梁。

17号车钩的三态作用表现是：

　　闭锁位置：

车辆连挂后，车钩必须处于闭锁位置才能传递牵引力。

当钩舌转动到闭锁位时，锁铁坐于钩舌尾部的座锁台上，钩舌不能绕钩舌销转动打开。

此为闭锁位置。

　　开锁位置：

两连挂着的车辆欲分开时，必须有一个车钩处于开锁位置。

提起车钩提杆手柄，带动锁铁上升到一定的高度，此时放下钩提杆，锁铁停留在钩舌推铁的座锁面上，此时钩舌不能自动打开，如果钩舌受到牵引力就能绕钩舌销转动，此为开锁位置。

　　全开位置：

在车辆彼此连挂之前，必须有一个车钩处于全开位置，才能达到自动连挂的目的。

继续扳动钩提杆至极限位置，钩舌绕钩舌销转动打开。

此为全开位置。

　　三因车钩问题所引起的事故记录

　　XX年4月18日至12月31日，太原铁路局太原北车辆段管辖范围内发生的6起钩尾框断裂事故具体情况如表所示。

由表1可以看出钩尾框断裂具体有以下特点：

（1）

　　断裂的钩尾框主要为ZG230—450材质制造的，占总量的83.3%。

（2）

　　钩尾框断裂全部发生在列车牵引较大上坡道处。

　　（3）

　　发生断裂的钩尾框均存在铸造缺陷或旧痕裂损。

　　（4）

　　断裂的钩尾框主要集中在钩尾框的弯角处。

　　四造成车钩分离的原因分析及建议措施

（1）配件材质铸造存在的缺陷

　　6起钩尾框断裂事故中，因铸造有缺陷，夹渣导致钩尾框整体强度下降造成断裂的有2起，占33.3%，断面金相组织表面现象较为粗糙。

6起钩尾框断裂事故中有5起钩尾框为ZG230—450普碳钢材质，分析认为，普碳钢材质的钩尾框已不能满足提速牵引吨较大的列车。

（2）列车牵引吨数较大

　　发生的6起钩尾框断钩事故中有3起为牵引近5500t，1起牵引近5000t，1起牵引近4500t，1起牵引近3500t。

6起钩尾框断裂事故中有5起式列车牵引超过4000t，列车牵引吨数大已成为钩尾框断裂不可忽视的客观原因。

　　（3）车辆检修质量低

　　6起钩尾框断裂事故中有5起因钩尾框存在旧裂痕，使其整体强度下降，造成运行中列车分离占83.3%。

探取原因，车钩检修时，因钩尾框探伤中没有严格执行工艺标准或者探伤不到位，造成漏检、漏探、漏修。

使存在隐患的钩尾框装上车使用，导致事故的发生。

　　（4）司机操作不当

　　列车运行在坡度较大的路线上，机车处于全力牵引状态，在列车运行接近或刚过接触网分相位置时，司机操纵机车进行调速，由于操纵不当，起速过快，列车部车辆瞬间变速，在缓冲器处于全部舒张状态时对机车给予的纵向牵引力没有缓冲的空间，完全依靠钩尾框自身强度，使钩尾框牵引力瞬间增大，这种情况下钩尾框极容易发生瞬间断裂。

　　（5）气候原因

　　6起断钩事故分别发生在北方的春、秋、冬3个季节。

季节气候的变化对金属材料有较大的影响。

特别是季节交变期间，北方气温变化较大，车辆由较为炎热或较为寒冷的地区运行到与当地气温反差较大的地区时，没有完全适应当地气候，在车辆受同样力的作用下，也易产生断裂。

　　（6）线路坡度大

　　太原铁路局地理位置复杂，线路弯道多，曲线半径小，多坡道，6起钩尾框断裂事故全部发生在9.5%~13%的上坡道上，此时钩尾框承受的纵向牵引力远远大于平直线路上所承受的牵引力，特别是钩尾框本身存在铸造缺陷，或者陈旧性裂纹，极易产生应力集中发生断裂。

　　2事故预防及改进措施

（1）加速淘汰使用时间达15a以上的zG230—450材质的13号车钩钩尾框。

ZG230---450普

　　碳钢使用15a以上时，其疲劳强度已满足不了长大列车的运行要求．应加大用新材质高强度钩尾框替换普通碳钢钩尾框的速度．用高强度的新型材料为钩尾框提供强度保证。

（2）适当增加钩尾框探伤检查区域。

钩尾框断裂除