关于半自动车钩对中装置凸轮盘平行销断裂的研究

关于半自动车钩对中装置凸轮盘平行销断裂的研究

林明、阙月保

东莞市轨道交通有限公司

摘要：对中装置作为城市轨道交通车辆车钩系统的重要组成部分，能够使列车在弯道的工况下回正，保障列车运行的稳定性。本文主要针对车钩对中装置的凸轮盘平行销断裂故障进行分析，并提供下一步处理措施及意见。

关键词：车钩、对中装置、凸轮盘、平行销、断裂

一、背景

东莞 R2 线地铁车辆为 6 辆编组，为四动两拖结构，每三辆车为一个可独立运行的单元。车辆头尾端采用全自动车钩连接，每个单元之间使用半自车钩连接，其余车辆之间使用半永久牵引杆进行连接。车钩兼顾了联挂、高速与低速碰撞时的吸能、车辆对中的功能，东莞R2 线地铁车辆运用的为福伊特330制式密接式车钩。

半自动车钩对中装置凸轮盘平行销安装在车钩钩尾座轴颈上，能够使列车在转弯过程中使车钩回正，实现自动对中。如凸轮盘平行销断裂可能导致半自动车钩失去对中功能，要靠另一端车钩带动。东莞 R2 线地铁车辆在开展自主架修过程中，共发现2例半自动车钩对中装置平行销断裂情况，平行销断裂会对车钩对中功能造成一定影响。

二、半自动车钩对中装置结构

对中装置（图1）位于轴承座上， 外壳（1）紧固地连接至轴承座，而气缸（2）位于车钩两侧，包括盘形弹簧（3）和带辊（5）杆（4），带辊杆位于凸轮盘（6）上；凸轮盘两个平行销（8）安装为嵌入轴颈两个安装孔内部，凸轮盘可在外壳内旋转，同时，还刚性连接至橡胶垫牵引装置的轴颈。它配有两个外围槽（9），这些能与气缸位置精确对合。

半自动车钩对中装置为机械对中，对中装置两边轴端气缸内为盘型弹簧，盘形弹簧将带辊杆压入凸轮盘的凹槽中，带辊杆和槽自行对中，并将车钩固定在中心位置，车钩处的横向负载将获得一定补偿。如横向负载较大，车钩迫使凸轮盘旋转，凸轮盘槽偏离气缸中心位置，之后将带辊杆压入气缸内。如车钩偏离超出返回中心角度，辊不在槽内且无法进行反作用，车钩将发生自由摆动，在对中角度的设计范围内，高预加应力可防止车钩万向旋转并将车钩固定就位。

图1：对中装置简图

三、故障描述

东莞 R2 线地铁车辆自主架修发现的半自动车钩中装置凸轮盘平行销断裂故障分别为：1）2021年12月30日，F车车钩架修作业发现半自动车钩（部件号：30203228）对中装置凸轮盘上一平行销断裂。2）2022年6月8日，G车车钩架修作业发现半自动车钩（部件号：30203047）对中装置凸轮盘上一平行销断裂。

图2 凸轮盘平行销断裂

四、故障分析

1、历史故障查询

查询历史故障报单，在F车、G车报半自动车钩对中装置凸轮盘平行销断裂前，F车、G车未报过任何半自动车钩对中装置故障。且核查检修规程工艺中，仅在架修期间对其分解维修，架修及以下修程未有对中装置的拆解检查要求。

2、对中装置部件检查

分解对中装置两端气缸，检查内部盘型弹簧，盘型弹簧安装无异常、无破损等不良状态。检查带辊杆无异常；带辊杆与凸轮盘凹槽连接处无明显磨损情况；带辊杆辊有轻微划痕，但在正常范围内。

图3 对中装置检查

3、平行销断口检查

观察分析2起凸轮盘平行销断口，发现均为疲劳断裂的现象，断裂面分为疲劳源区、扩展区、瞬断区，瞬断面积约占断面总面积1/4。根据凸轮盘平行销的日常使用工况环境、外部冲击载荷方向、旋转受力方向等综合判断，认为2起平行销断裂故障具有明显的冲击载荷与交变载荷共同作用下的断裂特征，且断裂纹路非常清晰，为应力集中的疲劳断裂现象。

图4 平行销断口

核查2起对中装置凸轮盘平行销立柱边缘均存在轻微撞击印迹，使用专用轮廓仪检查凸轮盘平行销外表，尤其检查平行销腰部环带的交变载荷受力区域。经结果分析，后续可考虑优化平行销腰部外表面强度，进一步缩小金属表面平滑倒角角度，增大销体耐冲击受力强度，可有效延长平行销的抗冲击载荷能力和耐冲击服役寿命。

图5 轮廓仪检查

4、平行销材质分析

凸轮盘平行销为 51CrV4材料，将有断裂的平行销进行光谱分析材质检测，检测结果详见表1。将检测结果与EN10083标准进行对比，对比结果表明凸轮盘平行销材质符合标准要求。

表1：检测结果与标准对比

5、平行销硬度分析

对2枚凸轮盘平行销进行硬度检测，其硬度检测值为HB346、HB350。核查EN10083规定直径16mm-40mm圆棒的抗拉强度要求为1000-1200Mpa，根据 ISO18265硬度进行换算，则硬度范围在HB315-380，因此该平行销硬度符合技术设计要求。

图6 平行销硬度检测

五、同行情况

经了解，广州地铁大部分线路车钩架修过程中关于对中装置平行销断裂存在一定故障率，仅作为偶换件更换处理。部分线路因故障率原因渐渐升级为必换件，如深圳地铁2号线、5号线，广州地铁1号线、2号线、8号线。

六、结语

通过检查对中装置内部各零部件状态，发现除平行销断裂外，其他各部件状态良好，排除其他部件异常导致的平行销断裂；通过对平行销材质、硬度分析，其材料符合技术设计要求，硬度符合技术设计要求，材料性能也符合技术设计要求。

凸轮盘两个平行销安装为嵌入轴颈两个安装孔内部，平行销与车钩水平面垂直，工作过程中受横向冲击载荷影响，处于摆动磨损状态。核查故障平行销的断裂纹路非常清晰，为应力集中的疲劳断裂现象，判断为列车在通过曲线过程中，对中装置凸轮盘上的平行销突然收到较大的横向载荷冲击，导致其断裂。

参考文献：

1、蒲高 ；成都地铁2号线电客车车钩常见重大故障简析；低碳世界[M],2016

2、姜晓东；地铁车辆用密接式车钩及缓冲装置的研制；上海交通大学[D]，2014

3、廖斌；Scharfenberg密接式车钩结构及其维修保养；电力机车与城轨车辆[M ],2009