李迎春

地铁车辆全自动车钩
大修工艺浅析

李迎春

密接式车钩是地铁车辆关键部件之一，其状态的可靠性直接影响地铁运营的安全。介绍车钩的技术参数、结构及相关原理，分析了全自动车钩大修内容及工艺流程。通过对车钩大修整体性把控，对车钩大修难点进行了重点分析。

地铁车辆；车钩；大修；工艺浅析

0 前言

南京地铁1号线车辆由法国ALSTOM公司设计，南车南京浦镇车辆厂制造，共20列车，车型为A型车，每列车6辆编组，构造速度90 k m/h。南京地铁1号线列车均使用Scharfenberg密接式气液缓冲器车钩，且每辆车之间由全自动车钩、半自动车钩和半永久性牵引杆这3种基本类型车钩组成。列车头尾安装全自动车钩，单元间用半自动车钩连接，单元内车辆间安装半永久车钩。所有产品均使用气液缓冲器（压缩过程中起作用）和橡胶轴承，拉伸方向无缓冲，仅有橡胶轴承可以承担很小的缓冲作用。其中全自动车钩和半永久车钩带有剪切销。不同类型的车钩使用位置可表示为：

其中：A表示带司机室的头车，B为带受电弓的动车，C为中间动车；“-”表示全自动车钩；“+”表示半永久性牵引杆；“=”表示半自动车钩。

密接式车钩广泛应用于高速铁路、地铁列车上。全自动车钩可以实现机械、气路、电路的自动连接。半自动车钩的机械、气路连接结构与作用原理与全自动车钩相同，但是电路需要人工手动连接。半永久车钩的机械、气路、电路连接都需要人工手动操作，一般在车间维修时才进行分解。其中连挂系统是整套设备的关键[1]。

设置于地铁列车端部的全自动车钩在两列车连挂、正线救援以及车辆段调车作业时发挥着重要作用。此外，全自动车钩结构最为复杂，基本能代表整列车车钩大修的内容。本文主要对全自动车钩进行大修分析。

1 全自动车钩

1.1 主要技术参数

全自动车钩主要技术参数如表1所示。

1.2 全自动车钩结构

全自动车钩为模块化设计，可分为机械钩头、钩身和钩尾座。钩头与钩身通过卡环连接，而钩身与钩尾座通过销轴及支撑框架连接。全自动车钩结构见图1。

表1 全自动车钩主要技术参数

图1 南京1号线车辆全自动车钩结构图

机械钩头主要由钩头壳体、钩锁组件、解钩风缸、风管组件、电动头及其操作装置气动组件和附件等组成。机械钩头主要起列车之间的机械、气路和电路的连接。南京地铁1号线车辆车钩均采用35型钩头。当两列车连挂时，机械钩头首先进行连挂，然后位于车钩头上部的电钩气缸带动操纵机构开始动作，推动电连接器向前运动与另一列车端车钩电连接器进行对接，从而实现列车之间的牵引线路、控制线路和各种信号线路的连接。列车解钩时，首先解钩风缸动作推动解钩杆实现机械解钩，然后钩头中心销转动使五位二通阀复位，电钩头收回待挂位置。

钩身即缓冲器部分，南京地铁1号线列车车钩缓冲器为气液缓冲器，主要起能量缓冲作用。钩尾的主要作用是把车钩连接到车体上，用螺栓连接到车体上。钩尾下部设置有橡胶堆，主要起到车钩高度调整和减振作用。钩尾座提升支架受力较大，承载来自整个钩头和钩身的悬臂力，受到冲击载荷较大，因此，在大修时需要对其进行探伤作业。

1.3 气液缓冲器结构及作用原理

气液缓冲器是靠高压氮气和液压油的组合来起缓冲作用的。这种缓冲器在受到较小冲击时也会起到一定的缓冲吸能作用，所以，这种吸能装置在车钩中一般与环弹簧和橡胶关节一起使用。该缓冲器在拉伸方向没有缓冲作用。在压缩方向，当车辆正常运行和连挂时，气液缓冲器可以吸收一定的冲击能量。当发生较高速度的冲击时，气液缓冲器发生较大变形，吸收冲击能量，保护车底架不受破坏。气液缓冲器在受到冲击发挥吸能作用后，可以自动恢复至初始状态，经检查确认没有损坏后可以继续使用，反复发挥吸能作用[2]。

2 车钩大修工艺流程及维修内容

从车钩大修的整体作业过程来看，可分为5部分“分解—清洗、脱漆—检修—组装—试验”。车钩的分解作业，即将车钩分解成单个零部件，其中，车钩体可分解为缓冲器、缓冲器壳体和橡胶轴承。车钩分解成单个零部件之后，对其进行彻底清洗，其中，对需要进行探伤作业的零部件要进行脱漆作业。车钩的检修过程包括重要部件的探伤、零部件尺寸检测、外观检查以及必换件的更换。车钩的组装是指对检修完成的部件按照先后顺序进行组装的过程。车钩性能试验是车钩大修流程的最后工序，主要有车钩连挂试验、气密性试验以及各项功能性试验等。

车钩大修必换件主要为橡胶件和磨耗件。橡胶件如橡胶管、密封圈、气液缓冲器密封件等，而磨耗件主要为摩擦衬套。从车钩整体结构看，由机械零部件组装而成，而存在运动的各部件之间通过运动副连接，运动副主要为转动副和移动副。转动副如钩身与钩尾座的销轴连接、钩舌中心销与钩头孔的连接。移动副如电钩头沿着固定杆的前后移动，而这些运动副都为滑动摩擦，其构件孔都为摩擦衬套。而这些摩擦衬套经过10年的反复运动，部分磨损严重。为了防止构件基材的磨损，需要在大修中将其更换。

车钩部件的探伤是车钩大修中的一项重要内容，车钩重要机械部件关系到列车行车安全，需要脱漆探伤。而探伤部件的确定非常关键，一般为受力最大、应力易集中以及易产生疲劳损伤的部件，如钩舌、钩锁连接杆、钩头中心销、卡环、钩头及缓冲器颈部、钩尾框支架等。为了防止车钩疲劳断裂，提高车钩零件的使用寿命及可靠性，除改进生产工艺和减少原始裂纹外，最有效的方法就是对车钩零件实施磁粉探伤检测，及时发现并清除车钩零件的表面裂纹及可能形成裂纹源的其他有害缺陷[3]。

对于有尺寸要求的部件需要进行尺寸测量，如与钩头间隙相关联零部件。车钩钩头间隙很重要，频繁的连挂及润滑不良会导致钩头连挂部件异常磨耗，最终导致连挂间隙过大影响车钩连挂性能。南京地铁1号线列车钩头间隙要求不大于1.4 mm，如测量数据偏大，则需要分解相关部件对其进行测量，将尺寸不合格部件进行更换。

图2为南京地铁1号线列车车钩大修的工艺流程。

图2 南京地铁1号线车辆车钩大修工艺流程

3 车钩大修难点分析

3.1 车钩体的分解与组装

缓冲器通过安全销和螺母连接安装在钩身壳体中，缓冲器与壳体组装后，其本身存在预压缩力。分解钩身时，需要对钩身进行纵向压缩，压缩力一般大于缓冲器静压缩力，使缓冲器压缩一定行程并将大螺母拆下，最后退去压缩力，拆下安全销并将缓冲器拆下。分解车钩体需要液压专用工装，以便能够安全、有效地对其分解和组装。车钩体如图3所示。

图3 车钩体

3.2 缓冲器的大修

气液缓冲器的大修是整个车钩大修的重点。其性能的好坏直接影响车辆的正线运营安全。地铁车辆在相互冲击进行车体连挂时，纵向冲击力由零增加到最大值，再逐渐衰减到零，这时缓冲器相应地从初始状态压缩到某一行程，再恢复到初始状态，完成一个循环过程。车体连挂的速度越大，对车钩缓冲器的作用力和所做的功也就越大，对缓冲器的各项性能指标要求就会越高[4]。

目前，国内各车钩生产厂家缺乏气液缓冲器的相关制造和维修经验，一般直接送往原缓冲器生产厂家进行维修。首先对缓冲器进行拆解，然后对液压油、密封圈、氮气等进行更换。对易磨损机械部件进行尺寸测量，如尺寸超差进行更换。最后进行缓冲器的组装和性能检测。缓冲器测试中力-位移曲线如图4所示。

图4 气液缓冲器测试力-位移曲线图

3.3 部件探伤合格性判断

3.3.1 磁痕显示的分类

车钩应力易集中、易疲劳关键部件部位均需要探伤作业。我们规定由缺陷产生的漏磁场形成的磁痕显示称为相关显示，由工件截面突变和材料磁导率差异产生的漏磁场形成的磁痕显示称为非相关显示，不是由漏磁场形成的磁痕显示称为伪显示。对被检工件而言，只有相关显示影响工件的使用性能，而非相关显示和伪显示都不影响工件的使用性能[5]。

3.3.2 磁痕显示的判断及处理

在磁粉探伤作业中，如发现磁痕显示，为了进一步分辨其缺陷类型，采用打磨后复探的方法，对于有尺寸配合间隙要求的部件部位一般打磨量不超过0.1 m m。对于探伤部件显示磁痕继续复探后磁痕仍然存在，且磁痕显示有扩大的趋势，则判断该磁痕为裂纹磁痕。对于有裂纹磁痕的部件需要立即更换新备件。对于钩头颈部的磁痕显示，受力部位磁痕长度为1～4 mm，且多个磁痕聚集，复探后磁痕不消失，渗透探伤无渗透显示，该处为铸造时的缺陷，此类缺陷为制造时产生，在生产质量等级要求范围内，不影响车钩本身性能，且裂纹无扩张趋势可继续使用。一些锻件的磁痕显示较长，渗透探伤有较浅的渗透显示，打磨后复探，部分磁痕消失，渗透探伤无渗透显示，则判断此磁痕为伪磁痕，表面为非疲劳裂纹，打磨磁痕消失后的部件可继续使用[6]。

在部件磁粉探伤中对磁痕的分辨非常重要，要充分考虑各种客观因素，也要积累各类磁痕显示的判别方法和经验。仔细把握探伤作业中的各个环节，才能更好地把控车钩维修质量。

4 结语

以上是根据南京地铁1号线列车车钩大修实际维修情况，对其大修内容、工艺流程以及难点进行说明和分析。缓冲器大修是整个车钩大修的难点，应不断掌握其维修方法。操作人员掌握各类磁痕的判别方法及不断积累探伤经验，对保证整个车钩质量非常关键。

[1] 张俊，邵文盛，黄皖初，等. 新型城轨用密接式车钩国产化研究[J]. 铁道机车车辆，2003，23 (6)：34-39.

[2] 周珑，李维忠. Scharfenberg密接车钩系统[J]. 城市轨道交通研究，2008 (6)：58-62.

[3] 贾敏. 车钩磁粉探伤方法研究[J].机械工程与自动化，2008 (1)：103-104，107.

[4] 张友南，黄友剑，陈忠海. 弹性胶泥车钩缓冲器的研究和应用进展[J]. 特种橡胶制品，2001，22 (4)：57-59.

[5] 龙晓华. 磁粉探伤中磁痕显示的分类、判定及处理[J]. 中国新技术新产品，2011 (10)：148.

[6] 胡红云，罗志勇，李笑一，等.地铁车辆车钩磁粉探伤磁痕显示问题的研究[J]. 城市建设理论研究（电子版），2014 (2)：1-7.

责任编辑 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：南京地铁运营有限责任公司，助理工程师，江苏南京 210012