李迎春

地鐵車輛全自動車鉤
大修工藝淺析

李迎春

密接式車鉤是地鐵車輛關(guān)鍵部件之一，其狀態(tài)的可靠性直接影響地鐵運營的安全。介紹車鉤的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)及相關(guān)原理，分析了全自動車鉤大修內(nèi)容及工藝流程。通過對車鉤大修整體性把控，對車鉤大修難點進行了重點分析。

地鐵車輛；車鉤；大修；工藝淺析

0 前言

南京地鐵1號線車輛由法國ALSTOM公司設(shè)計，南車南京浦鎮(zhèn)車輛廠制造，共20列車，車型為A型車，每列車6輛編組，構(gòu)造速度90 k m/h。南京地鐵1號線列車均使用Scharfenberg密接式氣液緩沖器車鉤，且每輛車之間由全自動車鉤、半自動車鉤和半永久性牽引桿這3種基本類型車鉤組成。列車頭尾安裝全自動車鉤，單元間用半自動車鉤連接，單元內(nèi)車輛間安裝半永久車鉤。所有產(chǎn)品均使用氣液緩沖器（壓縮過程中起作用）和橡膠軸承，拉伸方向無緩沖，僅有橡膠軸承可以承擔(dān)很小的緩沖作用。其中全自動車鉤和半永久車鉤帶有剪切銷。不同類型的車鉤使用位置可表示為：

其中：A表示帶司機室的頭車，B為帶受電弓的動車，C為中間動車；“-”表示全自動車鉤；“+”表示半永久性牽引桿；“=”表示半自動車鉤。

密接式車鉤廣泛應(yīng)用于高速鐵路、地鐵列車上。全自動車鉤可以實現(xiàn)機械、氣路、電路的自動連接。半自動車鉤的機械、氣路連接結(jié)構(gòu)與作用原理與全自動車鉤相同，但是電路需要人工手動連接。半永久車鉤的機械、氣路、電路連接都需要人工手動操作，一般在車間維修時才進行分解。其中連掛系統(tǒng)是整套設(shè)備的關(guān)鍵[1]。

設(shè)置于地鐵列車端部的全自動車鉤在兩列車連掛、正線救援以及車輛段調(diào)車作業(yè)時發(fā)揮著重要作用。此外，全自動車鉤結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，基本能代表整列車車鉤大修的內(nèi)容。本文主要對全自動車鉤進行大修分析。

1 全自動車鉤

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

全自動車鉤主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 全自動車鉤結(jié)構(gòu)

全自動車鉤為模塊化設(shè)計，可分為機械鉤頭、鉤身和鉤尾座。鉤頭與鉤身通過卡環(huán)連接，而鉤身與鉤尾座通過銷軸及支撐框架連接。全自動車鉤結(jié)構(gòu)見圖1。

表1 全自動車鉤主要技術(shù)參數(shù)

圖1 南京1號線車輛全自動車鉤結(jié)構(gòu)圖

機械鉤頭主要由鉤頭殼體、鉤鎖組件、解鉤風(fēng)缸、風(fēng)管組件、電動頭及其操作裝置氣動組件和附件等組成。機械鉤頭主要起列車之間的機械、氣路和電路的連接。南京地鐵1號線車輛車鉤均采用35型鉤頭。當(dāng)兩列車連掛時，機械鉤頭首先進行連掛，然后位于車鉤頭上部的電鉤氣缸帶動操縱機構(gòu)開始動作，推動電連接器向前運動與另一列車端車鉤電連接器進行對接，從而實現(xiàn)列車之間的牽引線路、控制線路和各種信號線路的連接。列車解鉤時，首先解鉤風(fēng)缸動作推動解鉤桿實現(xiàn)機械解鉤，然后鉤頭中心銷轉(zhuǎn)動使五位二通閥復(fù)位，電鉤頭收回待掛位置。

鉤身即緩沖器部分，南京地鐵1號線列車車鉤緩沖器為氣液緩沖器，主要起能量緩沖作用。鉤尾的主要作用是把車鉤連接到車體上，用螺栓連接到車體上。鉤尾下部設(shè)置有橡膠堆，主要起到車鉤高度調(diào)整和減振作用。鉤尾座提升支架受力較大，承載來自整個鉤頭和鉤身的懸臂力，受到?jīng)_擊載荷較大，因此，在大修時需要對其進行探傷作業(yè)。

1.3 氣液緩沖器結(jié)構(gòu)及作用原理

氣液緩沖器是靠高壓氮氣和液壓油的組合來起緩沖作用的。這種緩沖器在受到較小沖擊時也會起到一定的緩沖吸能作用，所以，這種吸能裝置在車鉤中一般與環(huán)彈簧和橡膠關(guān)節(jié)一起使用。該緩沖器在拉伸方向沒有緩沖作用。在壓縮方向，當(dāng)車輛正常運行和連掛時，氣液緩沖器可以吸收一定的沖擊能量。當(dāng)發(fā)生較高速度的沖擊時，氣液緩沖器發(fā)生較大變形，吸收沖擊能量，保護車底架不受破壞。氣液緩沖器在受到?jīng)_擊發(fā)揮吸能作用后，可以自動恢復(fù)至初始狀態(tài)，經(jīng)檢查確認沒有損壞后可以繼續(xù)使用，反復(fù)發(fā)揮吸能作用[2]。

2 車鉤大修工藝流程及維修內(nèi)容

從車鉤大修的整體作業(yè)過程來看，可分為5部分“分解—清洗、脫漆—檢修—組裝—試驗”。車鉤的分解作業(yè)，即將車鉤分解成單個零部件，其中，車鉤體可分解為緩沖器、緩沖器殼體和橡膠軸承。車鉤分解成單個零部件之后，對其進行徹底清洗，其中，對需要進行探傷作業(yè)的零部件要進行脫漆作業(yè)。車鉤的檢修過程包括重要部件的探傷、零部件尺寸檢測、外觀檢查以及必換件的更換。車鉤的組裝是指對檢修完成的部件按照先后順序進行組裝的過程。車鉤性能試驗是車鉤大修流程的最后工序，主要有車鉤連掛試驗、氣密性試驗以及各項功能性試驗等。

車鉤大修必換件主要為橡膠件和磨耗件。橡膠件如橡膠管、密封圈、氣液緩沖器密封件等，而磨耗件主要為摩擦襯套。從車鉤整體結(jié)構(gòu)看，由機械零部件組裝而成，而存在運動的各部件之間通過運動副連接，運動副主要為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副如鉤身與鉤尾座的銷軸連接、鉤舌中心銷與鉤頭孔的連接。移動副如電鉤頭沿著固定桿的前后移動，而這些運動副都為滑動摩擦，其構(gòu)件孔都為摩擦襯套。而這些摩擦襯套經(jīng)過10年的反復(fù)運動，部分磨損嚴重。為了防止構(gòu)件基材的磨損，需要在大修中將其更換。

車鉤部件的探傷是車鉤大修中的一項重要內(nèi)容，車鉤重要機械部件關(guān)系到列車行車安全，需要脫漆探傷。而探傷部件的確定非常關(guān)鍵，一般為受力最大、應(yīng)力易集中以及易產(chǎn)生疲勞損傷的部件，如鉤舌、鉤鎖連接桿、鉤頭中心銷、卡環(huán)、鉤頭及緩沖器頸部、鉤尾框支架等。為了防止車鉤疲勞斷裂，提高車鉤零件的使用壽命及可靠性，除改進生產(chǎn)工藝和減少原始裂紋外，最有效的方法就是對車鉤零件實施磁粉探傷檢測，及時發(fā)現(xiàn)并清除車鉤零件的表面裂紋及可能形成裂紋源的其他有害缺陷[3]。

對于有尺寸要求的部件需要進行尺寸測量，如與鉤頭間隙相關(guān)聯(lián)零部件。車鉤鉤頭間隙很重要，頻繁的連掛及潤滑不良會導(dǎo)致鉤頭連掛部件異常磨耗，最終導(dǎo)致連掛間隙過大影響車鉤連掛性能。南京地鐵1號線列車鉤頭間隙要求不大于1.4 mm，如測量數(shù)據(jù)偏大，則需要分解相關(guān)部件對其進行測量，將尺寸不合格部件進行更換。

圖2為南京地鐵1號線列車車鉤大修的工藝流程。

圖2 南京地鐵1號線車輛車鉤大修工藝流程

3 車鉤大修難點分析

3.1 車鉤體的分解與組裝

緩沖器通過安全銷和螺母連接安裝在鉤身殼體中，緩沖器與殼體組裝后，其本身存在預(yù)壓縮力。分解鉤身時，需要對鉤身進行縱向壓縮，壓縮力一般大于緩沖器靜壓縮力，使緩沖器壓縮一定行程并將大螺母拆下，最后退去壓縮力，拆下安全銷并將緩沖器拆下。分解車鉤體需要液壓專用工裝，以便能夠安全、有效地對其分解和組裝。車鉤體如圖3所示。

圖3 車鉤體

3.2 緩沖器的大修

氣液緩沖器的大修是整個車鉤大修的重點。其性能的好壞直接影響車輛的正線運營安全。地鐵車輛在相互沖擊進行車體連掛時，縱向沖擊力由零增加到最大值，再逐漸衰減到零，這時緩沖器相應(yīng)地從初始狀態(tài)壓縮到某一行程，再恢復(fù)到初始狀態(tài)，完成一個循環(huán)過程。車體連掛的速度越大，對車鉤緩沖器的作用力和所做的功也就越大，對緩沖器的各項性能指標(biāo)要求就會越高[4]。

目前，國內(nèi)各車鉤生產(chǎn)廠家缺乏氣液緩沖器的相關(guān)制造和維修經(jīng)驗，一般直接送往原緩沖器生產(chǎn)廠家進行維修。首先對緩沖器進行拆解，然后對液壓油、密封圈、氮氣等進行更換。對易磨損機械部件進行尺寸測量，如尺寸超差進行更換。最后進行緩沖器的組裝和性能檢測。緩沖器測試中力-位移曲線如圖4所示。

圖4 氣液緩沖器測試力-位移曲線圖

3.3 部件探傷合格性判斷

3.3.1 磁痕顯示的分類

車鉤應(yīng)力易集中、易疲勞關(guān)鍵部件部位均需要探傷作業(yè)。我們規(guī)定由缺陷產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為相關(guān)顯示，由工件截面突變和材料磁導(dǎo)率差異產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為非相關(guān)顯示，不是由漏磁場形成的磁痕顯示稱為偽顯示。對被檢工件而言，只有相關(guān)顯示影響工件的使用性能，而非相關(guān)顯示和偽顯示都不影響工件的使用性能[5]。

3.3.2 磁痕顯示的判斷及處理

在磁粉探傷作業(yè)中，如發(fā)現(xiàn)磁痕顯示，為了進一步分辨其缺陷類型，采用打磨后復(fù)探的方法，對于有尺寸配合間隙要求的部件部位一般打磨量不超過0.1 m m。對于探傷部件顯示磁痕繼續(xù)復(fù)探后磁痕仍然存在，且磁痕顯示有擴大的趨勢，則判斷該磁痕為裂紋磁痕。對于有裂紋磁痕的部件需要立即更換新備件。對于鉤頭頸部的磁痕顯示，受力部位磁痕長度為1～4 mm，且多個磁痕聚集，復(fù)探后磁痕不消失，滲透探傷無滲透顯示，該處為鑄造時的缺陷，此類缺陷為制造時產(chǎn)生，在生產(chǎn)質(zhì)量等級要求范圍內(nèi)，不影響車鉤本身性能，且裂紋無擴張趨勢可繼續(xù)使用。一些鍛件的磁痕顯示較長，滲透探傷有較淺的滲透顯示，打磨后復(fù)探，部分磁痕消失，滲透探傷無滲透顯示，則判斷此磁痕為偽磁痕，表面為非疲勞裂紋，打磨磁痕消失后的部件可繼續(xù)使用[6]。

在部件磁粉探傷中對磁痕的分辨非常重要，要充分考慮各種客觀因素，也要積累各類磁痕顯示的判別方法和經(jīng)驗。仔細把握探傷作業(yè)中的各個環(huán)節(jié)，才能更好地把控車鉤維修質(zhì)量。

4 結(jié)語

以上是根據(jù)南京地鐵1號線列車車鉤大修實際維修情況，對其大修內(nèi)容、工藝流程以及難點進行說明和分析。緩沖器大修是整個車鉤大修的難點，應(yīng)不斷掌握其維修方法。操作人員掌握各類磁痕的判別方法及不斷積累探傷經(jīng)驗，對保證整個車鉤質(zhì)量非常關(guān)鍵。

[1] 張俊，邵文盛，黃皖初，等. 新型城軌用密接式車鉤國產(chǎn)化研究[J]. 鐵道機車車輛，2003，23 (6)：34-39.

[2] 周瓏，李維忠. Scharfenberg密接車鉤系統(tǒng)[J]. 城市軌道交通研究，2008 (6)：58-62.

[3] 賈敏. 車鉤磁粉探傷方法研究[J].機械工程與自動化，2008 (1)：103-104，107.

[4] 張友南，黃友劍，陳忠海. 彈性膠泥車鉤緩沖器的研究和應(yīng)用進展[J]. 特種橡膠制品，2001，22 (4)：57-59.

[5] 龍曉華. 磁粉探傷中磁痕顯示的分類、判定及處理[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011 (10)：148.

[6] 胡紅云，羅志勇，李笑一，等.地鐵車輛車鉤磁粉探傷磁痕顯示問題的研究[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2014 (2)：1-7.

責(zé)任編輯 冒一平

Analysis of Overhaul Technology for Tight-Lock Coupler on Metro Vehicle

Li Yingchun

Tight-lock coupler is one of the key parts in metro vehicle, and the reliability of its status directly affects safety of metro operation. The paper introduces the technical specifi cations, structure and principle of coupler, and analyzes the overhaul content and overhaul technological process for the tight-lock coupler. Based on the overall control of the coupler overhaul, diffi culties in overhaul of the coupler are analyzed.

metro vehicle, coupler, overhaul, technological and process analysis

U260.34

2015-03-06

李迎春：南京地鐵運營有限責(zé)任公司，助理工程師，江蘇南京 210012