劉喜林，張代河

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司二鋼車(chē)間，黑龍江 齊齊哈爾 151000）

鐵路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，而鐵路行車(chē)的安全則關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定。中國(guó)鐵路先后經(jīng)過(guò)了六次大提速，鐵路貨車(chē)速度從40km/h～50km/h提高到現(xiàn)在的70km/h～80km/h，載重量從 50t/輛 ～60t/輛提高到現(xiàn)在的70t/輛～80t/輛。中國(guó)鐵路貨車(chē)現(xiàn)在用的聯(lián)掛部分，60t級(jí)以及60t級(jí)以下的貨車(chē)主要用13A型車(chē)鉤，80t級(jí)以及80t級(jí)以上的貨車(chē)主要用16、17型車(chē)鉤，根據(jù)不同車(chē)型、不同的使用條件使用不同的車(chē)鉤。在貨車(chē)的鉤緩部分主要部件為車(chē)鉤部件，而在車(chē)鉤部分主要的部件是鉤舌。根據(jù)設(shè)計(jì)理念，鉤舌為車(chē)鉤的保險(xiǎn)絲，設(shè)計(jì)強(qiáng)度最低。所以在提速重載的情況下，鉤舌卻成為行車(chē)安全的主要隱患。為此車(chē)鉤設(shè)計(jì)人員在確保鉤舌是鉤緩保險(xiǎn)絲的情況下，適當(dāng)提高鉤舌的強(qiáng)度以進(jìn)一步提高行車(chē)的安全性。

一個(gè)鑄件的強(qiáng)度體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是此鑄件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又是由鑄件的設(shè)計(jì)來(lái)決定；另一方面是此鑄件的材質(zhì)強(qiáng)度，比如說(shuō)同等結(jié)構(gòu)、同等尺寸、同等鑄造工藝的鑄件E級(jí)鋼材質(zhì)的強(qiáng)度要比C級(jí)鋼材質(zhì)強(qiáng)度高?，F(xiàn)行的貨車(chē)用的鉤舌已經(jīng)采用E級(jí)鋼材質(zhì)，而E級(jí)鋼材質(zhì)是現(xiàn)行材質(zhì)中強(qiáng)度最高的，所以鉤舌想在材質(zhì)方面提高強(qiáng)度已經(jīng)不大可能，所以鉤舌要提高強(qiáng)度只能從結(jié)構(gòu)方面來(lái)考慮，以適應(yīng)鐵路貨車(chē)的提速重載要求。

1 鉤舌在貨車(chē)上的作用

鉤舌的作用是連接兩輛貨車(chē)，也是貨車(chē)之間連接的唯一部位，如果鉤舌發(fā)生斷裂，貨車(chē)就會(huì)出現(xiàn)脫離事件，嚴(yán)重的話會(huì)出現(xiàn)貨車(chē)運(yùn)行事故。我國(guó)鐵路貨車(chē)車(chē)鉤均采用關(guān)節(jié)式車(chē)鉤，鉤舌雖有多種不同的型號(hào)，但是其結(jié)構(gòu)基本相同。每一種鉤舌都是由鉤舌銷(xiāo)孔、牽引臺(tái)、沖擊臺(tái)、鉤舌S面以及其他輔助結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中鉤舌銷(xiāo)孔與鉤體銷(xiāo)連接；牽引臺(tái)傳導(dǎo)整個(gè)貨車(chē)的牽引力；沖擊臺(tái)負(fù)責(zé)貨車(chē)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊力；鉤舌S面負(fù)責(zé)把牽引臺(tái)傳導(dǎo)的牽引力最終傳導(dǎo)給前一節(jié)貨車(chē)或者機(jī)車(chē)本身。

2 鐵路貨車(chē)裝用鉤舌現(xiàn)狀

鐵路貨車(chē)隨著提速重載的要求，鉤舌在鐵路運(yùn)營(yíng)中也受到前所未有的考驗(yàn)。大秦運(yùn)煤專(zhuān)線是我國(guó)鐵路運(yùn)行環(huán)境最?lèi)毫拥穆肪€之一，2003年9月以前鉤舌承載牽引噸位為5000t，從2003年9月～2006年5月期間鉤舌承載的牽引噸位提高至10000t，從2006年5月以來(lái)鉤舌承載牽引噸位升為20000t。由此可見(jiàn)，鉤舌在4 a之間所承受的牽引噸位提高了4倍。隨著鉤舌牽引噸位的提高，在運(yùn)行中也出現(xiàn)了不少問(wèn)題，其問(wèn)題主要集中在兩個(gè)方面，一是S面上的運(yùn)用裂紋，二是鉤舌從S面處斷裂。大同車(chē)輛段的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，鉤舌S面的裂紋率為90%，鉤舌也時(shí)常斷裂。

3 鉤舌原有鑄造工藝的分析

3.1 工藝方案確定及優(yōu)點(diǎn)

鉤舌結(jié)構(gòu)如圖1a）所示，在設(shè)計(jì)鉤舌鑄造工藝時(shí)，由于S面處于鉤舌的外形部位，采用中間分型的方式，在上型和下型采用正常的拔模斜度。這樣的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)；鑄件表面光潔，外形美觀；少用砂芯，節(jié)約成本；后道工序清理簡(jiǎn)單方便。更重要的是此種工藝方案滿足了鐵路貨車(chē)重載提速、抗沖擊、抗擠壓、頻繁拉伸的使用要求。

圖1 鉤舌與原始工藝簡(jiǎn)圖

3.2 原有工藝方案的缺陷

雖然這種鑄造工藝制造的鉤舌在鐵路上運(yùn)用了幾十年，但隨著鐵路貨車(chē)的提速重載，此工藝暴露了它的不足之處。由于鉤舌S面有拔模斜度的存在，這樣在鉤舌S面的分型部位（圖1b）的C點(diǎn)）形成了一個(gè)最高點(diǎn)。而鉤舌在運(yùn)行中，S面又是承載面，這樣在尖點(diǎn)處易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，鉤舌在運(yùn)行中反復(fù)承受牽引力和沖擊力的交替作用，最終在鉤舌S面處出現(xiàn)了疲勞裂紋。

4 鐵路貨車(chē)用鉤舌新工藝的探討

從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，消除鉤舌S面形成的應(yīng)力集中點(diǎn)，便可以消除鉤舌S面中間部位產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在鑄造工藝方案的選擇上，要取消鉤舌S面的拔模斜度，只能夠在S面處采用下芯工藝。

4.1 鉤舌S面下芯的工藝方案

由于鉤舌S面為一承載面，因此在此面的上下邊緣各有一個(gè)R5的圓角，以減少S面在受力狀態(tài)下邊緣的應(yīng)力集中傾向。根據(jù)鉤舌的這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其下芯工藝可采用三個(gè)方案。如圖2所示。

圖2 鉤舌新的鑄造工藝圖

方案一：砂芯設(shè)計(jì)在鉤舌S面，S面的一部分以及鉤舌的R5圓角由上下模樣帶出。

方案二：砂芯上平面與鉤舌的上下模樣平面設(shè)計(jì)為同一平面，鉤舌的R5圓角由砂芯帶出。

方案三：砂芯的上下平面高出鉤舌的上下平面，整個(gè)砂芯包住了鉤舌的R5圓角。

4.2 工藝方案比較及選擇

4.2.1 方案一

該方案優(yōu)點(diǎn)是工裝制作簡(jiǎn)單，在后期清理過(guò)程中可以通過(guò)觀察砂芯帶出的“S”面與外模帶出的圓角的相接是否錯(cuò)位來(lái)判斷“S”面與鉤舌其余部位的相對(duì)位置是否準(zhǔn)確，從而提高成品的質(zhì)量保證能力。

4.2.2 方案二

若采取由砂芯帶出圓角方式，由于砂芯圓角部位出現(xiàn)薄邊砂尖易于損壞，在生產(chǎn)過(guò)程中易造成成型不良及砂眼等鑄造缺陷；若采取圓角不鑄出的方式，一方面人工打磨精度不高，另一方面增加了清理及檢查過(guò)程中的人力成本。因此，不建議采取該方案。

4.2.3 方案三

該方案的優(yōu)點(diǎn)是鉤舌“S”面與過(guò)渡圓角的連接順暢，有利于減少連接部位的鑄造缺陷及應(yīng)力集中現(xiàn)象。但由于砂芯上圓角的存在，在模具制作、砂芯打制及保存中略為復(fù)雜。

綜上，可依據(jù)模具精度、型芯砂種類(lèi)及下芯精度等具體生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制能力選擇方案一或方案三作為最終方案。

5 鉤舌采用新工藝后的試驗(yàn)結(jié)果

5.1 鉤舌的樣板檢測(cè)

由于取消了“S”面的拔模斜度，鉤舌輪廓樣板通過(guò)更為順暢，并且更好的保證了“S”面上、下兩端的壁厚，解決了以往存在的分型面部位樣板通過(guò)困難、兩端壁厚偏小的問(wèn)題。

5.2 靜載荷試驗(yàn)

送鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督戚墅堰檢驗(yàn)站做拉噸試驗(yàn)，在鉤舌允許最小破壞載荷未發(fā)生破壞，檢驗(yàn)合格。

5.3 鐵路上運(yùn)營(yíng)狀態(tài)

經(jīng)對(duì)新工藝生產(chǎn)的鉤舌在線路上運(yùn)用的跟蹤反饋，相同運(yùn)行條件下，“S”面產(chǎn)生的運(yùn)用裂紋數(shù)量及裂紋長(zhǎng)度均明顯減少。

質(zhì)保期內(nèi)鉤舌發(fā)生斷裂的數(shù)量也相對(duì)減少。

6 結(jié)論

作為一名鑄造工藝人員來(lái)說(shuō)，只能在有限的范圍內(nèi)提高產(chǎn)品的強(qiáng)度，而提速重載則是一無(wú)限的過(guò)程，要徹底解決鉤舌強(qiáng)度不斷滿足鐵路貨車(chē)的實(shí)際需要問(wèn)題，最終只能依靠新產(chǎn)品、新鋼種、新結(jié)構(gòu)來(lái)徹底解決此問(wèn)題

［1］王文.鑄造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:365.

［2］李慶春.鑄件形成理論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989:70-150.