摘要：在车辆运行和检修中，针对制动梁常见故障原因进行分析，总结出货车制动梁故障主要是制动梁支柱裂纹、弓形梁裂纹及闸瓦托滑块根部裂纹。支柱裂纹原因是支柱铸造质量差、强度不足、制动梁别劲等原因，弓形梁裂纹原因是弓形梁端头平直部分过长以及点焊不良等原因，闸瓦托滑块根部裂纹主要原因受铸造质量及运行条件影响。
关键词：制动梁；支柱；弓形梁；闸瓦；裂纹
1制动梁故障的主要原因
1.1支柱裂纹原因
(1)支柱强度不足
在装制动杠杆孔前端铸造圆角处，支柱裂纹比较多，这说明支柱铸造圆角处强度不够。车辆在运行中，制动梁经多次制动、缓解，支柱也在反复地受到压力和拉力的作用，在这种交交变载荷的作用下，就会在应力集中的杠杆楷前端铸造圆角处产生裂纹[1]。
(2)运行条件恶化[2]
支柱制动杠杆开端头在车辆反复的制动、缓解过程中容易碰伤。车辆在运行中，闸瓦、轮缘踏面以及各连接圆销圆销孔等磨耗超限而未能及时检修或更换时，造成制动杠杆移动量加大，车辆在制动过程中，支柱杠杆楷前端转角处易被固定杠杆碰伤，造成该处产生裂纹。
(3)制动梁别劲
现场造成制动梁别劲主要有如下原因:一是固定支点座、支柱的制造组装误差大;二是制动梁检修后支柱到两闸瓦中心偏差过大，造成闸瓦受力不均:三是转向架组装时，对制动梁的制动力调整不一致;四是定检或临修更换闸瓦时不注意同一制动梁两端闸瓦厚度差[3]。由于制动梁别劲后，制动杠杆与支柱杠杆楷形成对角点接触，造成单位面积上受力增大，应力集中，在车辆制动、缓解过程中，接触点处反复摩擦、磨耗，使得转角处逐渐变薄，造成疲劳强度下降，随着时间的推移，转角处便容易产生裂纹并逐步扩展。
(4)支柱杠杆槽下半部磨损[4]
制动杠杆与车体纵垂面成40度夹角，在制动杠杆及上、下拉杆的重量作用下，使制动杠杆与支柱杠杆槽下半部密贴。车辆制动、缓解时，杠杆与杠杆槽下半部反复地摩擦、磨耗，使靠近杠杆槽端头转角处附近下半部还渐变薄，形成一个台阶，疲劳强度下降而导致杠杆槽前端转角处裂纹。
(5)支柱铸造质量差
支柱杠杆槽前端转角处有切伤、缺肉、气孔、夹砂等铸造缺陷，此类缺陷共有39件，占支柱裂纹件数的18.39%；此外，杠杆槽两端转角未按产品图纸要求铸成R5-R7圆弧过渡，多为直角，形成应力集中而产生裂纹。
1.2弓形梁裂纹原因分析
图1-1 受力分析
弓形杆受力状况如图1-1所示，设每块闸瓦压力为P，在P作用下，弓形杆产生拉力，将F分解为垂直分力FY和水平分力FX ,根据力矩平衡原理[5]：
762×P=L×Fy 则Fy=762×P/L
由上式可以看出，闸瓦压力值P越大和弓形杆制造尺寸L值越小，则垂直分力FY就越大。据此结合现场弓形杆裂纹的实际情况分析如下:
(1)弓形杆端头平直部分过长，两侧焊缝超过内挡箍的内侧面，是造成端头弯角处两侧裂纹的主要原因。
由于弓形杆端头平直部分过长，一方面导致垂直分力FY值的增大，另一方面为端头两侧超长的焊缝施焊提供了条件。
当车辆制动时，弓形杆所受拉力的垂直分力有使弯角下部向上弯曲而发生弹性变形的趋势。但是，由于端头两侧与垫铁的焊缝超过了内挡箍的内侧面，这部分焊缝限制了弓形杆弯角下部向上的弹性变形，即垂直分力FY。首先需要克服两侧焊缝对弓形杆的约束，然后才能使勺角处产生向上的弹性变形。然而，弯角处两侧的焊缝与弓形杆的熔接面积有限，并且处于焊缝的终点，在垂直分力FY,的作用下，焊缝终点将首先出现较大的局部应力，特别是当焊缝终点在弓形杆上有咬边缺陷时，这种局部的应力集中就会更加严重，而过大的局部应力的长期反复作用，会加速子形杆端头弯角处两侧局部金属材质疲劳,这是导致弓形杆端头弯角处两侧裂纹和焊缝裂纹的主要原因。
(2)弓形杆端头弯角上部与内挡箍的点焊也是造成弯角处上部裂纹的主要原因。
内挡箍的主要作用之一是压紧弓形杆端头、承担垂直分力FY,限制弯角处向上的弹性变形，以保护端头两侧与垫铁的焊缝不被撕裂。然而，点焊对这种压紧作用并无加强作用。当车辆制动时，弯角上部既被拉伸又被弯曲，受力情况较为复杂。另外，对整体制动梁来说，该处是断面突变部位，受弯曲应力最大，且容易在这里出现应力集中。
施行点焊，一是焊波附近金属因热影响容易产生内应力，另一方面，如果点焊出现咬边块陷，应力集中现象就会更加严重。在我们日常检修工作中所发现的弓形杆端头弯角上部的裂纹，绝大多数都发生在点焊焊波的边缘咬边处。这一事实证明，弓形杆端头弯角上部与内挡箍的点焊对弯角上部产生的裂纹有重大影响。
1.3 闸瓦托滑块根部裂纹原因
(1)在车辆制动过程中，闸瓦与车轮发生剧烈地摩擦磨损，闸瓦相对于车轮路面的角度不能调整，闸瓦发生重的偏磨现象，甚至磨损到闸瓦托。滑块在滑槽内也会产生摩擦磨损现象，还将受到来自制动缸压力传递到制动梁、经滑块作用到滑槽导板垂直分力的反作用力。当转向架上各零件在制造、使用、修复等过程中发生变形或磨损时，制动梁的工作条件将变得极其恶劣，裂纹的产生也就不可避免[6]。
(2)在摩擦压力的作用下，闸瓦托滑块根部的局部应力达到最大，这与滑块的受力状态有直接关系，由于滑块是在闸瓦托侧面直接铸出的，因此，该处最易产生应力集中。在实际运行中，特别是在车辆制动时，闸瓦托在摩擦力的反复作用下，滑块受力环境非常恶劣，这也是造成闸瓦托滑块根部裂纹的根本原因。
(3)车辆在运行中，由于运行方向的改变，使得同一闸瓦托所受的摩擦力的方向发生改变，进而造成滑块在垂直方向受力情况的变化，使滑块受力情况更加恶劣。当车辆经过钢轨接头和道岔时，以及车轮踏面有擦伤、剥离或车轮不圆时，这种影响就更大。
2制动梁故障的对策研究
2.1支柱裂纹的解决对策
(1)适当改进支柱结构尺寸。加大支柱圆柱壁厚，将壁厚由现行的8mm加大到9-10mm增加支柱的有效受力截面积，经计算当壁厚增加为9mm紧急制动时支柱斜孔处前端的应力150MPa,等于许用应力:杠杆槽长度由现行的95mm加长为100mm,避免车辆在运行中由于闸瓦、轮缘踏面、圆销、销孔等零件磨耗造成固定杠杆碰伤杠杆槽两端:同时要严格技照产品图纸要求生产，支柱杠杆槽转角必须铸成R5-R7过渡圆弧[1]。
(2)制动梁在新造或检修时都要有符合标准的制动梁胎模夹具和组合检查样板。对新造或检修的制动梁要用组合样板全数检查。对弯曲变形的制动梁调修，直至符合技术标准和铁路货车厂修规程要求。
(3)在转向架检验时，一定要用手推动移动杠杆，模拟制动作用，检查各闸瓦与车轮踏面的接触是否均衡，制动梁支柱是否别劲。
(4)定检和临修更换闸瓦时，同一制动梁两闸瓦的厚度差不超过10mm。
(5)提高支柱的铸造质量，严格执行TB/PT1464-91的要求，在应力集中的杠杆槽两端转角处不允许有缩孔、气孔、夹砂、切伤等铸造缺陷。
(6)选用优质的支柱材质。现行使用的支柱材质为ZG230-450,其强度低、耐磨性差，已不能满足使用要求，建议用新型优质钢材制造。
2.2弓形梁裂纹的解决对策
(1)弓形梁外侧加焊补强板，加装补焊在弓形梁的顶端以增加其强度，从而克服疲劳裂纹的产生。
(2)弓形杆端头有裂纹时，必须截换处理。
(3)弓形杆平直部分的长度由图纸规定的115mm改为106mm,并使端头两侧与垫铁的焊缝终点落于内挡箍内侧面以内5-6mm处。
(4)取消弯角上部与挡箍的点焊。
(5)杜绝电焊咬边。
2.3闸瓦托滑块根部裂纹的解决对策
(1)从生产闸瓦托制造工艺上考虑。气孔、毛细裂纹、缩孔、夹杂物形态等铸造缺陷是闸瓦托滑块根部裂纹和疲劳实效的主要原因，而它们主要是因为冶炼工艺不合理造成的。所以要提高闸瓦托的疲劳寿命，就必须提高钢水冶炼质量。
(2)闸瓦托与槽钢梁组对后，总体情况是，滚子轴与闸瓦托之间存在较大的间隙，容易造成闸瓦托纵向扭转，从而造成偏磨。所以要式结构更加紧密，安装定位装置，提高定位性能[2]。
(3)通过定修或临修更换闸瓦时，严格执行《铁路货车运用维修规程》中同一制动梁两端闸瓦厚度差不超过20mm的要求。
总结
本文分析了制动梁裂损的原因，并提出了改进措施，从而建议有关部门对制动梁的设计、制造、检修中对工艺及工装全面研究论证改进薄弱点，有效提高其强度，减少裂纹，防止制动梁脱落。
参考文献
[1]狄永革.转8A槽钢制动梁故障分析及改进建议[J].铁道车辆，1998,32（6）：43-45.
[2]董奇志，程迪.转8A型制动梁支柱裂损原因分析及改进建议[J].机车车辆工艺，2006,2：1-2.
[3]刘霞，王长生.转8A型转向架制动梁裂损分析及改进措施[J].铁道机车车辆，2002,6：1-2.
[4]田国太.转8A型转向架滚动式制动梁弓形杆裂纹原因及分析[J].铁道车辆，1991,5：1-3.
[5]杨学模，马祝平.转8A型制动梁故障及改进方法[J].铁道车辆，1996,34（8）：1-4.
[6]刘惠民.铁道车辆构造检修及装备[J].中国铁道出版社，1998,332（6）：43-45.
论文作者:贺雪婷
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/26
标签：闸瓦论文; 裂纹论文; 弓形论文; 杠杆论文; 支柱论文; 弯角论文; 应力论文; 《基层建设》2019年第9期论文;