试析万吨级重车调车机车钩装置的设计

1 重车调车机概述

重车调车机作为翻车机系统的一个重要组成部分，其主要功能就是代替铁路机车，对火车车皮进行牵引、推送、定位，实现翻车机系统对散装物料的翻卸、排空，实现翻车机系统翻卸的全自动化。重车调车机一般主要由钢结构车体、大臂系统、车钩装置、行走轮、导向轮、驱动装置、液压系统、电控系统等组成。如下图1所示：

伴随着我国现代化建设的发展步伐，社会各个方面、各个层次对铁路的运载能力的要求越来越高。根据铁道部跨越式发展的战略思想，体现重载、快捷安全的宗旨，普通铁路敞车车皮的额定载重量也从早期的60吨逐渐向70吨、80吨、100吨发展。铁路机车牵引整列重车的吨位也逐渐从早期的4000吨、5000吨向6000吨、10000吨的方向发展，这也使得重车调车机的设计牵引吨位从4000吨变成了10000吨。由于牵引吨位的陡增，首当其冲需要解决的就是重车调车机牵引过程中车钩装置的设计和优化。

2 现有车钩装置的设计

在现有重车调车机车钩装置的设计中，车钩装置的设计牵引最大吨位为6000吨。根据分析和总结已经投产、运行的翻车机系统中的车钩装置的情况，我们发现绝大多数的车钩装置都被设计成图2的结构形式。它的工作原理是：车钩装置中的车钩首先与铁路车皮的车钩挂接，对整列重车进行牵引，牵引过程中车钩通过连杆、销轴、螺母、挡板2压缩缓冲橡胶，进行牵引过程中的缓冲；当车钩装置停止牵引时，车钩通过连杆、销轴、挡板1压缩缓冲橡胶，起到吸收惯性冲击的能量。这样，车钩装置在牵引和停止牵引整列重车时，都有缓冲橡胶来进行缓冲，减少整列重车运动过程中对重车调车机的冲击，使重车调车机运行更平稳、车钩装置使用寿命更高。

通过对车钩装置的工作原理分析，可以很容易地看出车钩装置在牵引和停止两个工况下的受力情况。当车钩装置的设计吨位增加到万吨级时，如果还是沿用上述的车钩装置结构，在下述六点上就需要进行加强或是优化设计：（1）车钩与连杆之间是用焊缝连接的，当牵引万吨重列时，焊缝可能容易开裂；（2）车钩装置中的车钩采用的是ZG230-450的13型车钩，自身强度有待提高；（3）

车钩装置在牵引过程中，车钩牵引力最终依靠螺栓来克服，那么螺栓的强度需要提高；（4）连杆的受力强度需要校核，特别是螺纹部分与光轴部分的过渡区容易应力集中；（5）连杆上的尾端，是依靠螺母来固定挡板2的，在车钩牵引过程中螺母可能会被拉脱；（6）缓冲橡胶在万吨重列的冲击下，其缓冲容量不够，会使缓冲橡胶发生永久变形甚至

破碎。

如果不解决以上六点问题，当车钩装置牵引万吨重列时，上面六点都是设备的故障点和安全隐患，会使重车调车机的运行安全性和稳定性大幅下降，严重影响翻车机系统的运行效率。

3 万吨级别车钩装置的设计

通过从上面六个故障点来分析和总结，为了使车钩装置满足牵引万吨重列的需要，就要对车钩装置中的车钩强度、橡胶缓冲容量、车钩连接结构等方面去提高和优化。

通过观察铁路机车车辆的车钩连接方式，并查阅与机车车辆车钩、钩尾框、缓冲器等相关的资料，将万吨级车钩装置设计成整体式车钩形式，如图3的结构。

该车钩装置的工作原理是：车钩装置中的车钩首先与铁路车皮的车钩挂接，对整列重车进行牵引，车钩通过扁销、钩尾框、撞板2将牵引力作用到2号缓冲器上进行缓冲，2号缓冲器通过撞板1、挡板1固定在车钩装置中（挡板1与车钩装置内部焊接）；当整列重车停下时，在惯性作用下，车钩通过扁销、钩尾框、撞板1将冲击力作用到2号缓冲器上进行缓冲，2号缓冲器通过撞板2、挡板2固定在车钩装置中（挡板2与车钩装置内部焊接）。

也就是说，车钩装置的牵引力和惯性冲击力通过挡板来克服。而且，车钩装置在牵引和停止时，均能通过2号缓冲器进行缓冲。从而避免常规车钩装置故障中的第（3）、（4）、（5）项。同时，在这个新的设计中，为提高车钩强度，将材质为ZG230-450的13型车钩更换为材质为合金钢的17型车钩；为了避免

车钩和连杆之间的焊缝产生缺陷，对车钩不截断、不焊接，将车钩采用整体式结构；为了提高车钩装置的缓冲容量，将橡胶缓冲更换为钩尾框加2号缓冲器的结构。这样，也就可以很好地克服常规车钩装置中第（1）、（2）、（6）项故障点。

相对原有的车钩装置，整体式车钩装置没有明显的薄弱点，各部件的受力结构更合理、可靠，而且在实际生产制造过程中，工厂加工工作量少、装配简单，能够很好地满足万吨重列牵引的需要。

4 结语

随着铁路运力的加大，万吨级的重车牵引线路将越来越多，对于车钩装置进行改进性设计就尤为迫切。通过采用整体式车钩结构形式，将可以很好地满足万吨重列的牵引需要，而且还能对牵引过程中的冲击惯性进行有效的缓冲，从而提高车钩装置的整体安全系数和使用寿命，减少重车调车机车钩装置在使用过程中的故障。

参考文献

[1] 中华人民共和国铁道部.机车车辆用车钩、钩尾框（TB/T456-2008）[S]. [2] 徐灏.疲劳强度[M].北京：高等教育出版社，1988.