徐 彥 徐建國(guó)

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450052)

車鉤緩沖裝置安裝在底架兩端的牽引梁內(nèi)，其前、后從板及緩沖器卡裝在前、后從板座之間，前、后從板座鉚接于牽引梁內(nèi)側(cè)面上，用以阻擋從板的移動(dòng)。前從板座(9個(gè)或10個(gè)鉚釘孔)承受并傳遞列車的牽引力，后從板座(12個(gè)鉚釘孔)承受并傳遞列車的沖擊力。從板座在運(yùn)用中產(chǎn)生的主要故障之一是磨耗，磨耗超限后，會(huì)造成車鉤縱向間隙超限，使車輛間的縱向沖擊力增大，呈現(xiàn)強(qiáng)度與剛度不足的問(wèn)題。本文僅就車輛用從板座(A型)磨耗彎曲超限后的強(qiáng)度進(jìn)行分析并提出建議

1 A型從板座與從板接觸面間所產(chǎn)生的應(yīng)力

從板座的磨損，1960年《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定段修磨耗限度為4mm，1972年《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定段修磨耗限度為5mm，1981年、1992年《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定:長(zhǎng)度部位磨耗限度為5mm，其它部位為8mm，彎曲為5mm，逐漸放寬和增添了檢修項(xiàng)目。2003年《鐵路貨車段修規(guī)程》規(guī)定:前、后從板座工作面磨耗深度大于3mm時(shí)焊修，其它部位磨耗深度大于8mm焊修后恢復(fù)原形。從板座的磨損以后從板座磨損更嚴(yán)重些，在運(yùn)用中，從板座的磨耗量是逐漸增大，強(qiáng)度將隨之減弱，下面以圖1車輛用后從板座(A型)為例進(jìn)行驗(yàn)算和分析。由圖1可知此后從板座為(12孔)，長(zhǎng)度L為300mm，寬度H為230mm，高度為 85mm，與從板接觸面厚度為18mm，底板厚度為16mm，接觸面至第一排鉚釘孔中心線距離為50mm，加強(qiáng)筋四條，厚度為10mm，中部?jī)蓷l筋間距為60mm。按懸臂板梁均布載荷，用式(1)可計(jì)算出后從板座原型、段修磨耗到限以及牽引梁一側(cè)擴(kuò)張到限(20mm)的應(yīng)力。

圖1 車輛用后從10板座 A型

式(1)中:

(N.mm);

P—從板座承受的壓縮力，依據(jù)《車輛設(shè)計(jì)參考手冊(cè)》規(guī)定:貨車后從板座固接零件在2000KN縱向力的作用力下，剪切應(yīng)力不得大于所用材料的屈服極限。又因此力已經(jīng)過(guò)緩沖器均分兩座，故減半為100tf或1MN(故列);

a—從板座與從板接觸面的厚度，原形與段修到限分別為18和15(18－3)mm;其四條筋者均為10mm，并取其高度為mm;

l1—從板座寬度，此例者為230(受力長(zhǎng)度原形為229，段修限度為226，但仍以取其結(jié)構(gòu)尺寸較為適當(dāng))mm;其中接觸面長(zhǎng)為190(230－40)mm，四條筋共占40mm;

l—懸臂長(zhǎng)度即從板座受力點(diǎn)，原形時(shí)取從板與牽引梁磨耗板間隙偏向一側(cè)為12(330－318)mm，從板與牽引梁兩內(nèi)側(cè)面間隙之和段修限度為22mm，牽引梁一側(cè)擴(kuò)張到限時(shí)為42(段修磨耗到限22+牽引梁一側(cè)擴(kuò)張20)mm;

b—從板寬度與l1相同;

n—由拉伸或壓縮應(yīng)力換算為剪切應(yīng)力的百分率，取 τ=(0.6 －0.8)δ，此例 n 取0.8。

將上面已知各數(shù)值代入式(1)，算得從板座原形時(shí) M、W、σ 和 τ分別為 31304kg.mm，14427mm3，2.17和 2.71kg/mm2。

2 從板座(A型)磨耗彎曲超限后的強(qiáng)度分析

上面算得從板座與從板接觸面間所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，當(dāng)兩牽引梁與從板間隙之和為原形12mm時(shí)，τ12為27.1MPa，僅為 zG230 －450 屈服強(qiáng)度 230MPa的11.8%，強(qiáng)度足夠;同理將段修限度代入上式可求得為τ22為120MPa，也只達(dá)其屈服強(qiáng)度52%，仍足以阻抗調(diào)車時(shí)稍事超速的沖擊力;但當(dāng)段修到限又同時(shí)一側(cè)牽引梁擴(kuò)張20mm時(shí)，τ42猛增到438MPa，已遠(yuǎn)超過(guò)其屈服強(qiáng)度，雖尚有搭載43(85－42)mm，但強(qiáng)度不足，有裂斷的危險(xiǎn)。

由式(1)可知，影響從板座強(qiáng)度的相關(guān)尺寸限度有:從板座與從板接觸面的厚度、懸臂長(zhǎng)度、從板與從板座的寬度等。式(1)中應(yīng)力與懸臂長(zhǎng)度平方成正比，所以牽引梁橫向間隙的大小，影響從板座強(qiáng)度最大，原型間隙12毫米時(shí)，應(yīng)力為27.1MPa;段修到限22mm時(shí)，應(yīng)力增為120MPa，如果段修到限并加上擴(kuò)張共為42mm時(shí)，應(yīng)力急劇增大到438MPa，發(fā)生裂損的可能性極大。

牽引梁段修擴(kuò)張限度一側(cè)為20mm，兩側(cè)之和為30mm，是1981年《鐵路貨車段修規(guī)程》新增項(xiàng)目，前面歷次檢修規(guī)程均無(wú)規(guī)定，僅在1974年沈陽(yáng)鐵路局編制的《貨車檢修工藝》提出，2003年《鐵路貨車段修規(guī)程》仍保留有此項(xiàng)目。從上面算得應(yīng)力和結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)看，不可單純認(rèn)為搭載量尚有43mm，就能保證安全，應(yīng)該在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，兼顧搭載量。至于有些敞車的牽引梁結(jié)構(gòu)不合理，易在從板座第三排鉚釘開始擴(kuò)張，可在檢修限度表附注欄內(nèi)或?qū)Ｎ闹赋?，不可與通用限度混在一起。

從板座彎曲后與牽引梁貫通之間隙，段修限度為5mm，這也是1981年后《鐵路貨車段修規(guī)程》新增項(xiàng)目。從板座強(qiáng)度之所以按懸臂梁簡(jiǎn)略驗(yàn)算，是因它以12個(gè)鉚釘連固于牽引梁上，除它與從板接觸面至第一排鉚釘孔中心50mm處一段，有可能被超限的沖擊力致使彎曲而產(chǎn)生間隙外，其它部位均不可能出現(xiàn)這種變形。這種變形，使從板座工作面與牽引梁原為90度角減小到84°17，此項(xiàng)斜5°43(tga==0.1)的角，將產(chǎn)生10(200 ×)tf或100KN下滑分力，導(dǎo)致從板座第一排鉚釘孔處斷裂。

3 建議

(1)應(yīng)盡快淘汰A型后從板座，采用一體式的后從板座

雖然A型后從板座的長(zhǎng)由原來(lái)的275mm增大到300mm、高度由75mm增大到85mm、底板厚度由12mm增大到16mm。但由于這種分離式后從板座分別鉚裝在牽引梁兩側(cè)面上，連接剛度不足，在較大的沖擊力作用下，易使從板座處的牽引梁產(chǎn)生變形或外漲，仍適應(yīng)不了目前我國(guó)鐵路運(yùn)輸高速、重載的發(fā)展需要，應(yīng)盡快淘汰，采用一體式的后從板座。

(2)嚴(yán)格控制影響從板座強(qiáng)度的相關(guān)尺寸限度

由上面分析可知，從板座與從板接觸面的厚度、懸臂長(zhǎng)度、從板與從板座的寬度等都直接影響著從板座的強(qiáng)度，各級(jí)檢修人員要重視對(duì)這些尺寸限度的檢測(cè)，避免尺寸超限或同時(shí)到限的情況出現(xiàn)。

例如為了保證車輛連掛安全可靠和車鉤緩沖裝置安裝的互換性，《鐵路貨車廠修規(guī)程》規(guī)定牽引梁前、后從板座之間距離為6250－3mm。當(dāng)從板座工作面磨耗深度大于段修限度3mm時(shí)，前、后從板座距離會(huì)由625mm擴(kuò)大到631mm。其結(jié)果一是將減小緩沖器之預(yù)壓力，使車鉤復(fù)原力衰弱;二是使前、后從板座縱向間隙的增大，使車輛間的縱向沖擊力增大，造成從板座或其它車輛零部件的裂損。

另外根據(jù)從板座與從板接觸面所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)從板座工作面磨耗、牽引梁與從板間隙段修到限又同時(shí)一側(cè)牽引梁擴(kuò)張20mm時(shí)，τ42將猛增到438MPa，各級(jí)檢修人員應(yīng)避免從板座工作面磨耗、牽引梁與從板間隙段修到限和一側(cè)牽引梁擴(kuò)張段修到限的情況同時(shí)出現(xiàn)。

(3)采用優(yōu)質(zhì)鋼材和先進(jìn)的鉚接工藝

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸向高速和重載兩個(gè)技術(shù)方向發(fā)展，其縱向力的要求也相應(yīng)的進(jìn)行了修改。對(duì)于70t級(jí)的新型鐵路貨車，其第一工況的縱向拉伸力為1780KN?？v向壓縮力為1920KN;第二工況的縱向壓縮力2500KN。而應(yīng)用于大秦線重載運(yùn)輸，列車編組超過(guò)10000t的新型鐵路貨車，其第一工況的縱向拉伸力為2250KN，縱向壓縮力為2500KN;第二工況的縱向壓縮力2800KN。因此，車輛用的A型從板座已適應(yīng)不了我國(guó)鐵路運(yùn)輸高速、重載的發(fā)展需要，根據(jù)前面從板座的強(qiáng)度分析可知，解決其強(qiáng)度的根本措施是采用優(yōu)質(zhì)鋼材和先進(jìn)的鉚接工藝。目前我國(guó)的C70(C70H)型通用敞車及P70(P70H)型通用棚車材質(zhì)上采用了 C級(jí)鑄鋼的前、后從板座，其 σs達(dá)420MPa;前、后從板座與牽引梁間采用專用拉鉚釘連接。這些措施極大提高了縱向承載能力，較好的適應(yīng)了我國(guó)鐵路運(yùn)輸高速、重載的運(yùn)輸要求，應(yīng)進(jìn)一步研制、開發(fā)和推廣。