13号车钩组成及作用原理

吉林铁道职业技术学院

毕业设计（论文）题目：13号车钩的组成与作用原理

姓名：王立斌专业：铁道车辆

毕业学校：吉林铁道职业技术学院

职务：学生

学号： 100050213

电话: 151 **** **** 设计（论文）指导教师：邢湘利

发题日期： 2013年2月20日

完成日期： 2013年4月20日

毕业设计（论文）评议意见书

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：13号车钩的组成与作用原理

一、毕业设计（论文）内容

本论文首先简略的介绍13号车钩的历史和意义，重点介绍了(1) 钩体裂纹故障、钩舌部分故障、钩尾框故障、车钩不落锁故障、车钩自动分离故障等方面分析，介绍了13号车钩在各种情况下的可能发生的故障及产生的原因，为现场维修运用提供参考(2)货物列车重载、提速以来，运行中的货车车钩故障较为突出。故障表现形式主要是自动开钩、钩舌折断导致列车分离。最后一些对段修的意见。

二、基本要求

1、选题符合教学要求，使学生能够综合运用所学知识。

2、理论与实践相结合，切实解决工作中实际存在的问题。

三、重点研究问题

(1) 钩体裂纹故障、钩舌部分故障、钩尾框故障、车钩不落锁故障、车钩自动分离故障等方面分析，介绍了13号车钩在各种情况下的可能发生的故障及产生的原因，为现场维修运用提供参考。

(2)货物列车重载、提速以来，运行中的货车车钩故障较为突出。故障表现形式主要是自动开钩、钩舌折断导致列车分离。

四、主要技术指标

1、《铁路货车段修规程》

2、《铁路货车运用维修规程》

五．其他需要说明的问题

车钩缓冲装置检修工艺的完善，焊修质量的提高，使得钩舌、钩体、钩尾框、缓冲器检修质量得到很大程度的提高，从而满足机车运行的要求。因此，只有从源头抓起、从车钩的各个配件检修质量抓起，才能避免运行中车钩分离、断裂、缓冲器失效等行车事故的发生。

下达任务日期：2013年2月20日

要求完成日期：2013年4月20日

指导教师：邢湘利

开题报告

铁路是我国主要的运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。铁路的客货运量占我国总运量的50％，是国民经济发展的先导。由于铁路运输安全、快速、运量大、方便、节能，相对公路运输而言污染小，不受自然气候条件的制约，所以它在世界整个运输业中具有重要的不可替代的地位。铁路运输尤其是高速铁路运输引起了世界各国的高速重视。近年来我国铁路得到了飞跃的发展，今后20年是我国铁路发展的高峰期，国家计划修建干线高速铁路，许多大中城市开始或计划修建城市轻轨铁路和地铁。所以铁路运输尤其是高速铁路运输，将要在我国经济建设和人民生活中起到重要的作用。

但是在铁路运输业中，有许多关键技术问题还有待进一步解决。车钩缓冲装置是铁道车辆的重要部件，它在机车与车辆、车辆与车辆之间起着连挂作用，并在列车运行中传递牵引力和缓解冲击力，在车辆运输中起着非常重要的作用。随着我国铁路运输提速、重载的发展，作为当前货车主流品种的13号上作用式车钩，在货物列车运行中时有故障发生，严重影响铁路的正常运输，造成了较大的经济损失。如车辆在运行中车钩自动分离、由于钩体裂纹和钩尾框后弯角裂纹引起的断裂造成的分离和钩舌折断造成的分离等。随着我国列车速度的提高和轴重的加大，车钩出现故障的频率越来越高。这不仅使铁路运输成本迅速增加，而且直接影响列车的安全。已经严重影响了我国铁路客货运输秩序，在一定的程度上制约了铁道车辆的进一步提速，影响铁路运力的进一步提高。

因此，改进车钩的结构，对于提高车辆连接的稳定性、防止分离、保证铁路客货运输秩序、节约成本、提高铁路运力具有重要的现实意义。

中文摘要

我图货车车钩的演变经历了13号车钩定型、研制低合金高强度13号车钩、研制生产16/17号联锁式转动和固定车钩、停止生产普碳钢13号车钩、试行E级钢13A型(小间隙)车钩和16/17号车钩几个阶段。13号车钩至今仍是我国货车用主型车钩，除大秦线C63型运煤专用敝车装用16/17号车钩外，几乎所有货车都采用13号车钩。13号车钩(包括2003年部批投产的13A型车钩)代表了我国货车车钩的现状。目前虽已停止生产，但还在运用中的大壁普碳钢13号车钩，约占现有车钩总量的70％左右。铁道部舰定自2002年3月1日起停止生产普碳钢13号车钩，这是一个及时、有远见的决定。即便如此，将其逐步淘汰乃至停止使用还需相当长的一段时间。为保证在相当长的时期内货物列车运行的安全性，还必须花大力气修好并且用好普碳钢13号车钩。应合理检修，恢复原型，避免因车钩检修、使用不良造成车钩自动分离，更需对其进行简单改造以减缓自动分离现象。

目录

绪论 (1)

第一章13号车钩的组成与作用原理 (3)

§1．1车钩缓冲装置的组成及功能 (3)

§1.2 车钩的组成 (4)

§1.3 13号车钩的三态作用 (5)

第二章13号车钩的常见故障的分

析 (9)

§2.1 钩体裂纹故障 (9)

§2.2 钩舌部分故障 (10)

§2.3 钩尾框故障 (11)

§2.4 车钩不落锁故障 (11)

§2.5 车钩自动分离故障 (12)

第三章 17型车钩及其零部件故障简析 (15)

§3.1故障发生部位简介参考文献 (15)

§3.2原因分析 (16)

§3.3一些建议 (21)

结束语 (23)

参考文件 (24)

绪论

1．意义

铁路是我国主要的运输方式，在国民经济中起着非常重要的作用。铁路的客货运量占我国总运量的50％，是国民经济发展的先导。由于铁路运输安全、快速、运量大、方便、节能，相对公路运输而言污染小，不受自然气候条件的制约，所以它在世界整个运输业中具有重要的不可替代的地位。铁路运输尤其是高速铁路运输引起了世界各国的高速重视。近年来我国铁路得到了飞跃的发展，今后20年是我国铁路发展的高峰期，国家计划修建干线高速铁路，许多大中城市开始或计划修建城市轻轨铁路和地铁。所以铁路运输尤其是高速铁路运输，将要在我国经济建设和人民生活中起到重要的作用。

但是在铁路运输业中，有许多关键技术问题还有待进一步解决。车钩缓冲装置是铁道车辆的重要部件，它在机车与车辆、车辆与车辆之间起着连挂作用，并在列车运行中传递牵引力和缓解冲击力，在车辆运输中起着非常重要的作用。随着我国铁路运输提速、重载的发展，作为当前货车主流品种的13号上作用式车钩，在货物列车运行中时有故障发生，严重影响铁路的正常运输，造成了较大的经济损失。如车辆在运行中车钩自动分

离、由于钩体裂纹和钩尾框后弯角裂纹引起的断裂造成的分离和钩舌折断造成的分离等。随着我国列车速度的提高和轴重的加大，车钩出现故障的频率越来越高。这不仅使铁路运输成本迅速增加，而且直接影响列车的安全。已经严重影响了我国铁路客货运输秩序，在一定的程度上制约了铁道车辆的进一步提速，影响铁路运力的进一步提高。

因此，改进车钩的结构，对于提高车辆连接的稳定性、防止分离、保证铁路客货运输秩序、节约成本、提高铁路运力具有重要的现实意义。

2．我国货车车钩的发展

我图货车车钩的演变经历了13号车钩定型、研制低合金高强度13号车钩、研制生产16/17号联锁式转动和固定车钩、停止生产普碳钢13号车钩、试行E级钢13A型(小间隙)车钩和16/17号车钩几个阶段。13号车钩至今仍是我国货车用主型车钩，除大秦线C63型运煤专用敝车装用16/17号车钩外，几乎所有货车都采用13号车钩。13号车钩(包括2003年部批投产的13A型车钩)代表了我国货车车钩的现状。目前虽已停止生产，但还在运用中的大壁普碳钢13号车钩，约占现有车钩总量的70％左右。铁道部舰定自2002年3月1日起停止生产普碳钢13号车钩，这是一个及时、有远见的决定。即便如此，将其逐步淘汰乃至停止使用还需相当长的一段时间。为保证在相当长的时期内货物列车运行的安全性，还必须花大力气修好并且用好普碳钢13号车钩。应合理检修，恢复原型，避免因车钩检修、使用不良造成车钩自动分离，更需对其进行简单改造以减缓自动分离现象。

3．主要研究内容

(1) 钩体裂纹故障、钩舌部分故障、钩尾框故障、车钩不落锁故障、车钩自动分离故障等方面分析，介绍了13号车钩在各种情况下的可能发生的故障及产生的原因，为现场维修运用提供参考。

(2)货物列车重载、提速以来，运行中的货车车钩故障较为突出。故障表现形式主要是自动开钩、钩舌折断导致列车分离。

第一章13号车钩的组成与作用原理

1．1车钩缓冲装置的组成及功能

车钩缓冲装置是车辆最重要的部件之一，通过它使机车和车辆或车辆和车辆之间实现连挂，并且传递和缓和列车在运行或在调车作业时所产生的牵引力和冲击力。

车钩缓冲装置由车钩、缓冲器、钩尾框、从板等零部件组成。图1．1为车钩缓冲装置的一般结构形式。在钩尾框内依次装有前从板、缓冲器和后从板(有时不需后从板)，借助钩尾销把车钩和钩尾框连成一个整体，从而使车辆具有连挂、牵引和缓冲三种功能。

图1.1 13号车钩缓冲器结构简图

在车钩缓冲装置中，车钩的作用是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂和传递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定的距离。缓冲器是用来缓和列车运行及调车作业时车辆之问的冲撞，吸收冲击动能，减小车辆相互冲击时所产生的动力作用。从板和钩尾框则起着传递纵向力(牵引力或冲击力)的作用。

1．2车钩的组成

车钩及其零件大都由铸钢制成。车钩可分为钩头、钩身、钩尾三个部分。钩头与钩舌通过钩舌销相连接，钩舌可绕钩舌销转动，钩头内部装有钩锁铁、钩舌推铁、钩提销(下作用式车钩为钩推销)等零件。当这些零件处于不同位置时，可使车钩具有闭锁、开锁、全开三种作用，俗称三态作用。钩身部分为空腹的厚壁断面，钩尾部分开有钩尾销孔，可借助于钩尾销与钩尾框相连。

图1.2 13 号车钩上作用式车钩零件

图1.2所示我国货车上使用的13号车钩．其中包括1一钩体、2钩舌、3钩舌推铁、4上锁销、5一上锁销杆、6钩锁铁和7钩舌销。

13号车钩的设计较合理地安排了钩头与钩舌及钩舌与钩舌销之间的间隙。在闭锁位置时，可使钩舌销不受或较少地分担作用力，从而更充分地发挥了车钩各部材料的承载能力，故车钩的强度较大。由普通碳钢制造的13号车钩的抗拉破坏强度约2.5kN左右，当采用低合金高强度铸钢时，其抗拉破坏强度可达3kN以上。而普通铸钢的2号车钩抗拉破坏强度仅为

1.6～l.8kN。

图1.3 13号车钩钩头、钓舌及钓舌销各部间隙13号车钩钩头、钩舌及钩舌销之间的间隙配置如图1.3所示。钩头与

钩舌上下两个牵引突缘之间的间隙δ

1最小．两个护销突缘之间的间隙δ

2

稍大，钩耳孔与钩舌销之间的间隙δ

3虽大，即δ

1

<δ

2

<δ

3

。车钩受牵拉

时，两个牵引突缘最先受力，当牵引突缘受磨耗间隙增大后，它与护销突缘起传递牵引力。当各突缘间经磨耗后间隙均增大时，则牵引突缘、护销突缘与钩舌销三者共同承受牵引力。此外，将钩耳孔做成长圆形，既可保证纵向的合理间隙，又避免了横向的间隙过大。

1.3 l3号车钩的三态作用

13号车钩具有闭锁、开锁、全开三种作用位置，即三态作用。在结构上，钩头零件中的钩舌推铁不是竖立地放置在钩头腔内，它带有突出的转

轴成水下位置插在钩头腔内相应的孔中。在装配位置方面，钩锁铁是坐在钩舌推铁的一端。

（1）闭锁位嚣(图1.4)

图1.4 13号上作用式车钩闭锁位

钩锁铁的中部台阶α坐落在钩舌推铁的一端b上，此时钩锁铁处于最低位置，钩舌尾部c受钩锁铁d处阻挡，钩锁铁的另一侧钩腔内壁阻挡，钩舌锁住不得转动，呈闭锁位置。为了防止列乍在运行中由于振动而引起钩锁铁跳动，造成自动脱钩的危险，设有防跳装置。对于上作用式车钩，上锁销的下部销钉沿着上锁销杆的弯孔滑下，致使上锁销下部弯钩及上锁销杆顶部e处倒入钩头内腔相应位置的挡棱f下方。这样，钩锁铁虽受振动，但因上锁销杆顶部被钩头内的挡棱所顶挡，起到了一定的防跳作用。（2）开锁位置（图1.5）

图1.5 13号上作用式车钩开锁位置

扳动钩提杆，提起上锁销，此时上锁销的下部圆销沿上部的弯孔上滑，使上锁销杆绕询锁铁的小提梁转动，从而摆脱了挡棱f的阻挡，继而提起钩锁铁，使钩锁铁中部前面的下端与钩舍尾部几乎处于同一平面。钩锁铁的g处高于钩舌尾部，这时放下钩提杆，则钩锁铁因头重前仰使下部的缺口h处坐在钩舌推铁的一端b上，此时钩舌受牵引力即自由转动，呈开锁位置。

（3）全开位置（图1.6）

图1.6 13号上作用式车钩全开位置

如果继续扳动钩提杆至极限位置，使钩锁铁上升至其前端上部的i处

与钩头内腔的j处接触，并以此点为支点，钩锁铁下面的k部踢拨钩舌推铁的相应端，则钩舌推铁绕其转轴水平转动，其另一端踢拨钩舌尾部，使钩舌转开至全开状态。此即为全开位置。

在车辆连挂之前，必须有一个车钩处于全开位置，才能实现自动连挂。

本章小结

本章对13号车钩的组成、结构和三态作用进行详细介绍，为后面的故障分析等做准备。

第二章 13号车钩装置常见

故障的分析

2.1钩体裂纹故障

钩体裂纹是车钩常见的故障之一，裂纹多发生在钩腔内的牵引台根部、钩耳孔附近、下锁销孔筋部及钩头与钩身的交界处等部位。产生裂纹的主要原因是：

(1)下锁销孔筋部及钩头与钩身的交界处是钩头向钩身过渡的部位，截面有较大的变化，容易产生应力集中。

(2)由于制造工艺上的误差或在运用中更换钩舌时选配不当，为了达到强行安装钩舌的目的，有时竟将牵引台截面减小，从而减弱了牵引台的强度，这是该部位产生裂纹的主原因。若上、下牵引台中的某一个单一受力时，也容易产生裂纹。

(3)钩耳在原设计时是不受力的，只有当牵引台磨耗到一定程度后，它才与牵引台共同承受牵引力。但是，由于加修钩耳孔不当或配装钩舌时使钩耳孔中心至牵引台间的距离偏小等原因，易使钩耳孔附近产生裂纹。另外，上、下钩耳由于铣孔、镶套造成的同心度超差，也会使其受力不均，以致造成钩耳孔附近产生裂纹。

(4)在修复焊接过程中焊接工艺不合理造成焊缝及焊接热影响区出现贝氏体、马氏体等淬硬组织，导致焊缝的韧性降低，焊缝收缩受到周围冷金属的牵制作用在焊缝内必然存在过大的残余焊接应力。只要有明显的应力集中现象，就很容易产生钩体裂纹。

2.2钩舌部分故障

2.2.1钩舌裂纹

钩舌裂纹多发生在钩舌内侧面的上、下弯角处。产生裂纹的主要原因是该部位的截面有较大的变化，容易产生应力集中。运用中在较大冲击力的作用下，加重了钩舌内侧弯角处的受力，严重时将产生裂纹。

2.2.2钩舌销断裂

钩舌销是车钩组成的一个重要零件，具有连接钩体和钩舌及作为钩舌回转轴的作用。目前我国13号车钩，根据其设计特点，钩舌销应不受力或少受力。但在实际运用中，部分钩舌销承受了较大的作用力。以至于出现了弯曲和断裂的现象。钩舌销断裂会造成车钩三态作用失效、车钩分离等故障。随着我国铁路货车提速、重载的进一步发展，钩舌销断裂的故障也呈增多的趋势，杭州北车辆段金华运用车间在2008年度就发现了32起钩舌销断裂丢失的故障。统计分析表明，钩舌销折断的部位有65％左右发生在钩舌销中部，断口具有典型的疲劳特征，且有1个或多个疲劳裂纹源。究其原因主要有以下几点：

(1)铁路货车载重的增加和速度的提高，列车的纵向作用力也呈非线性增长，车钩各牵引台和凸缘的磨耗加速，增加了钩舌销受力的机会，缩短了钩舌销的疲劳寿命。

(2)车钩组装时钩体、钩舌的钩耳孔位置度超差(轴向倾斜)，导致车钩组装后钩舌销受力并且在运用中单独承受冲击或牵引力。在运用中发现有钩舌销随钩舌一起转动的现象，证明组装后的钩舌销处于受力状态。

(3)车钩牵引间隙超差导致钩舌销过早受力，车钩的各牵引台和凸缘的磨耗又加剧了钩舌销的受力情况，最终导致钩舌销疲劳断裂。

(4)钩舌销加工后表面粗糙度不符合要求，加工刀痕成为钩舌销断口的疲

劳裂纹源，也可导致钩舌销过早发生疲劳断裂。此外．钩舌销的内部缺陷也可成为疲劳裂纹源。

2.3钩尾框故障

铸钢钩尾框的裂纹多发生在钩尾框立柱弯角处及其后部的上、下弯角处。磨耗大部分发生在钩尾框扁销孔和钩尾框与托板的接触处。钩尾框是承受纵向冲击力最大的配件，因此其弯角处存在有较大的应力集中。虽然设计上该部位采取了较大半径的圆弧，但由于制造工艺上的误差，会使圆弧半径小于规定的尺寸。这样，在过大的冲击力作用下，就有可能使其产生裂纹或折损。另外，钩尾框材质粗糙及有气孔、砂眼等缺陷时，也可能使钩尾框产生裂损。

2.4车钩不落锁故障

车钩不落锁故障产生的主要原因大致是由于钩腔内部配件表面油垢、车钩各部件的变形、钩提杆横移量和钩提杆链松余量、连挂作业方法、连挂车互钩差等因素的影响造成。

2.4.1钩腔内部配件表面油垢的影响

由于车钩使用环境恶劣，车钩内腔容易积储灰尘，特别是北方和煤矿区段。尤其是钩锁铁与钩腔内落锁座接触面间的油垢，日久得不到清理，影响钩锁铁与钩腔落锁座的接触?车钩连接后，钩锁铁的自重不足以克服钩锁铁与钩腔落锁座间产生的摩擦力，使钩锁不能依靠自身的重力自动落锁。

2.4.2车钩各部件的变形的影响

通过调查，钩舌、钩舌销、钩锁推铁磨耗过限、钩锁推铁变形的车钩发生以上故障的几率较高。车钩零部件的变形必然导致各部件的间隙尺寸不合格，在钩锁销依靠自重落下时势必会被卡住。

2.4.3钩提杆横移量和钩提杆链松余量的影响

根据《铁路货车段修规程》和《铁路货车运用维修规程》，货车钩提杆链松余量该限度是在车钩缓冲器装置各部件状态良好的静态测量值。但在车辆时间运行中．车钩随车辆一起发生震动，钩提杆出现横向移动和纵向摆动，加之部分区域铁路弯道较多、车钩缓冲装置各部件磨耗．车钩纵向移动等客观情况，钩提杆链松移量会被动的减少，甚至没有松余量，使上锁销连接后受到向上的牵引力而不能自动落锁。

2.4.4连挂作业方法的影响

由于部分列车在连挂作业时所在区段弯道相对较多，相当一部分连挂作业是在弯道上完成的，曲线半径小的路段，由于机车、车辆钩头复原装置的作用，机车车钩与车辆车仍然停留在各自中间位置，相互间不再一条直线上，加之近年来调车T种新学员较多，有时存在未严格执行连接前一度停车，及时调整钩头位置的情况，连接时势必出现连挂失败或撞响钩，长久加剧了车钩各部件的变形和缓冲器的行程、容量衰减。

2.4.5连挂车钩互差的影响

《铁路货车运用维修规程》规定两连挂车钩互钩差不得超过75mm，而钩舌的高度为300mm。也就是说，两连挂车钩的相互作用公共高度最小应为225mm。在调查中发现了有部分车钩互钩差超限的情况。分析得出：当互钩差超限时，两钩舌作用面减小，钩舌受到一个剪切力，有可能使钩舌相对于上下钩身发生偏转。这时连接后钩舌推铁面不能完全恢复到钩锁铁的内侧。即钩舌推铁面卡住了钩锁推铁使其不能下落，发生了钩锁销不能落锁的情况。