關(guān)于提高貨車制動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件可靠性方法的探討

陸正濤，徐 毅

（中國北車集團(tuán) 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司 大連研發(fā)中心，遼寧大連116052）

制動(dòng)系統(tǒng)作為鐵路貨車的重要組成部分，是確保列車運(yùn)行安全的必備裝置，是整車技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。隨著列車速度、載重量的提高，貨車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性問題日益突出，對現(xiàn)代鐵路貨車而言，制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性問題不僅僅是安全問題，已經(jīng)成為制約列車速度和牽引質(zhì)量進(jìn)一步提高的重要因素。

多年運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)表明，我國制動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)良，作用可靠，制造和檢修技術(shù)成熟。但與國外先進(jìn)制動(dòng)系統(tǒng)相比，我國貨車制動(dòng)系統(tǒng)還有很大差距，主要體現(xiàn)在檢修周期短，全壽命周期內(nèi)可靠性差兩方面。國外制動(dòng)系統(tǒng)中控制閥、空重車調(diào)整閥、閘調(diào)器等大部件的檢修周期均超過8年，而我國的同類產(chǎn)品檢修期現(xiàn)階段均沒有達(dá)到該水平，基本為2～6年，極大的降低了我國貨車制動(dòng)系統(tǒng)的競爭力，整車的競爭力，制約了整車的整體性能。

主要對我國貨車制動(dòng)系統(tǒng)的控制閥、空重車調(diào)整裝置和閘調(diào)器進(jìn)行分析論述，從提高零部件的耐用性、設(shè)計(jì)的可靠性兩方面，闡述提高制動(dòng)系統(tǒng)可靠性的觀點(diǎn)。

1 控制閥

控制閥是車輛制動(dòng)系統(tǒng)的心臟，其性能、技術(shù)水平直接決定整車制動(dòng)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。經(jīng)過多年的改進(jìn)發(fā)展，現(xiàn)階段，我國貨車制動(dòng)系統(tǒng)的主型控制閥是適用長大編組列車的120、120－1型空氣控制閥。

近20年的運(yùn)用表明，120系列空氣控制閥因橡膠件、油脂及零部件防腐等方面存在問題，導(dǎo)致120系列空氣控制閥檢修周期短，可靠性不高。目前，為保證控制閥性能，120系列空氣控制閥檢修期僅為2年，與國外先進(jìn)控制閥檢修期相差甚遠(yuǎn)，一方面說明我們的控制閥技術(shù)還不夠成熟，另一方面說明，提高120系列控制閥的可靠性，延長其檢修周期潛力巨大。

1.1 提高控制閥零部件的耐用性

（1）改進(jìn)橡膠膜板

橡膠件是120系列空氣控制閥中最重要的零部件，包括橡膠膜板、O型密封圈、夾心閥和閥墊等，其性能與質(zhì)量的好壞直接影響控制閥的性能，進(jìn)而影響列車行車安全，其壽命也影響到整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的壽命及車輛檢修周期。目前，橡膠件是制約120系列控制閥可靠性、檢修周期的決定性因素?，F(xiàn)階段，為保證控制閥性能，在到達(dá)2年檢修期時(shí)，橡膠件全部更換新品。

橡膠件中技術(shù)難度最大、問題最多的是膜板問題，膜板問題已成為120系列控制閥的主要故障之一，是提高控制閥可靠性必須解決的問題。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常有運(yùn)用1年或更短時(shí)間就出現(xiàn)膜板穿孔、破裂等現(xiàn)象。

膜板壽命與膜板形式、結(jié)構(gòu)、橡膠質(zhì)量等因素有很大關(guān)系，120系列控制閥現(xiàn)采用天然橡膠膜板，存在耐油性差，使用壽命短等先天缺陷。從長遠(yuǎn)發(fā)展看，應(yīng)借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)高品質(zhì)的夾布橡膠膜板，夾布橡膠膜板是提高膜板壽命、解決膜板問題的有效手段。

采用夾布橡膠膜板，膜板的外形尺寸以及閥體的型腔尺寸可能需要重新設(shè)計(jì)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到最佳的使用效果。例如現(xiàn)有膜板為“S”型結(jié)構(gòu)（見圖1），外形較復(fù)雜，可能不適合夾布橡膠工藝特點(diǎn)，可借鑒國外控制閥的錐型膜板結(jié)構(gòu)。最終，采用夾布橡膠膜板應(yīng)保證120系列控制閥的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并在現(xiàn)有使用條件下，具備長期的可靠性。

圖1 120型控制閥主膜板外型圖

（2）改進(jìn)油脂

油脂也是制約120系列控制閥可靠性的重要因素。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在檢修時(shí)，120閥內(nèi)部的油脂大部分已經(jīng)失效或揮發(fā)掉，造成金屬件與金屬件之間、金屬件與橡膠件之間直接摩擦接觸，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)阻力增大，零部件損耗加劇，最終造成控制閥的失效。因此，研發(fā)性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)的專用油脂是十分必要的，同時(shí)應(yīng)考慮油脂與橡膠件之間的兼容性。

（3）提高零部件防腐能力

彈簧與橡膠件類似，同樣是保證控制閥性能的重要零件。彈簧的主要問題為銹蝕，現(xiàn)階段，120系列控制閥的彈簧均采用碳素彈簧鋼絲，防腐處理基本為鍍鋅，運(yùn)用一段時(shí)間后，彈簧表面的鍍鋅層會(huì)脫落，失去防腐作用。因此，要提高控制閥的可靠性，必須提高控制閥彈簧的防腐性能力。提高彈簧的防腐能力，可以采用新的防腐處理方法或借鑒國外控制閥彈簧，采用不銹鋼彈簧，從發(fā)展趨勢看，采用不銹鋼彈簧應(yīng)是徹底解決彈簧銹蝕問題最可靠的方法。

從整個(gè)120系列控制閥的材質(zhì)上分析，控制閥大部分零部件采用了具有自防腐能力的材質(zhì)，如銅件、鋁合金件和不銹鋼件等，剩余不具有自防腐能力的零部件主要為主閥體、中間體和緊急閥體。與國外先進(jìn)控制閥對比（見圖2），閥體全部采用鋁合金材質(zhì)是解決閥體防腐能力的最好解決方法，并可大幅度降低控制閥自重，提高閥體內(nèi)部清潔程度。

1.2 提高控制閥設(shè)計(jì)可靠性

（1）提高濾塵性能

濾塵器是保持控制閥內(nèi)部清潔的重要部件。目前，在120系列控制閥的中間體內(nèi)，安裝有60～80目的銅基粉末冶金濾塵器，凈化進(jìn)入控制閥內(nèi)壓力空氣中的水汽、油污及雜質(zhì)，因此，濾塵器性能的優(yōu)劣直接影響閥內(nèi)各部件的使用壽命。60～80目的銅基粉末冶金濾塵器對較大顆粒的浮塵、雜質(zhì)有較好的濾塵效果，但對較小顆粒的浮塵、雜質(zhì)、水汽及油污濾塵效果不明顯，因此，提高濾塵器的性能，對提高控制閥的可靠性十分重要。

提高濾塵器的性能，可以借鑒國外控制閥的濾塵器，采用高性能的濾紙作為過濾介質(zhì)，在保證濾塵器通量的前提下，有效增大過濾面積，提高過濾精度。

（2）提高控制閥振動(dòng)可靠性

曾有研究人員做過對比，在常溫條件下，對3套ABDX控制閥的常用部和3套120－1控制閥的常用部進(jìn)行均方根加速度為4g r ms的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)（見圖3），試驗(yàn)總時(shí)間為48 h。試驗(yàn)結(jié)果為3臺(tái)120－1控制閥常用部在試驗(yàn)過程中均發(fā)生性能故障，故障出現(xiàn)時(shí)總的振動(dòng)時(shí)間分別為2，4，4 h；3臺(tái)ABDX控制閥有一臺(tái)在試驗(yàn)過程中發(fā)生故障，故障出現(xiàn)時(shí)總的振動(dòng)時(shí)間為28 h，另外兩臺(tái)順利完成48 h的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，120系列控制閥在振動(dòng)條件下可靠性不高，與國外先進(jìn)控制閥相比，差距很大。由于車輛在運(yùn)行過程中時(shí)時(shí)刻刻存在振動(dòng)，因此，提高控制閥在振動(dòng)條件下的可靠性十分必要。提高120系列控制閥的振動(dòng)可靠性，應(yīng)從多方面考慮，可借鑒先進(jìn)、成熟的設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，例如圖4所示，為ABDX控制閥提高振動(dòng)可靠性的改進(jìn)措施，在主活塞桿上增加非金屬減振環(huán)，該設(shè)計(jì)可有效減小主活塞桿與滑閥套間有害間隙，減小振動(dòng)幅度，提高振動(dòng)可靠性。

圖3 振動(dòng)對比試驗(yàn)

圖4 ABDX主活塞

2 空重車調(diào)整裝置

隨著列車速度的提高及車輛空重比的進(jìn)一步加大，若要保證車輛在重車情況具有足夠的制動(dòng)力，能在規(guī)定的距離內(nèi)停住車；空車情況下，制動(dòng)力不至于太大，防止車輪踏面擦傷，則空重車調(diào)整裝置已必不可少。同時(shí)，速度的提高伴隨著車輛振動(dòng)的加大，對空重車調(diào)整裝置性能的要求也隨之提高。

2.1 提高空重車調(diào)整裝置零部件的耐用性

我國鐵路貨車普遍裝用KZ W－A型空重車調(diào)整裝置，該空重車調(diào)整裝置通過檢測轉(zhuǎn)向架枕簧撓度變化來無級調(diào)整空重車壓力。多年的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)表明，與國外空重車調(diào)整閥相比，KZW－A型空重車調(diào)整裝置性能可靠，特點(diǎn)鮮明，但同樣存在檢修周期短、對振動(dòng)工況適應(yīng)性不強(qiáng)等問題。

KZ W－A型空重車調(diào)整裝置主要由傳感閥和限壓閥兩部分組成，其零部件類型與120系列控制閥類似，屬于閥類零部件，檢修周期同樣為2年。因此，提高空重車調(diào)整裝置可靠性的方法與提高120系列控制閥可靠性的方法基本一致，主要為橡膠件、彈簧、油脂的改進(jìn)及其他相關(guān)零部件的防腐處理等，此處不在進(jìn)行具體論述。主要介紹一下KZ W－A型空重車調(diào)整裝置在振動(dòng)工況下的適應(yīng)性問題。

2.2 提高空重車調(diào)整裝置振動(dòng)可靠性

車輛在運(yùn)行過程中，由于車輪、鋼軌存在缺陷等問題，時(shí)刻伴隨著振動(dòng)，可以說，整個(gè)車輛的運(yùn)行環(huán)境就是一個(gè)振動(dòng)環(huán)境，因此，要提高零部件的可靠性，必須考慮其在振動(dòng)環(huán)境下的可靠性。目前，KZW－A型空重車調(diào)整裝置傳感閥部分缺少有效的振動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)，不足以確保該裝置在振動(dòng)工況下性能與靜態(tài)工況下性能一致，影響運(yùn)行中車輛制動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)壓精度。參考國外標(biāo)準(zhǔn)對空重車調(diào)整閥的要求，一般均有一個(gè)對振動(dòng)延遲的要求，可以保證空重車裝置在振動(dòng)工況下性能的穩(wěn)定性。例如，俄羅斯鐵路用的空重車調(diào)整閥，其傳感閥設(shè)計(jì)采用彈簧阻尼結(jié)構(gòu)，可有效消除車輛振動(dòng)對空重車調(diào)整閥調(diào)壓精度的影響。所以，增加KZ W－A型空重車調(diào)整裝置適應(yīng)振動(dòng)環(huán)境的設(shè)計(jì)，是提高該裝置性能可靠性的重要手段。

3 閘調(diào)器

為了控制閘瓦與車輪踏面之間的間隙，確保車輛在制動(dòng)過程中制動(dòng)缸活塞行程保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，閘瓦間隙調(diào)整器（以下簡稱閘調(diào)器）已成為車輛基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)中必不可少的重要部件（典型基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)簡圖見圖5），是減少維護(hù)成本，提高行車安全的重要保證。隨著鐵路技術(shù)的快速發(fā)展，自20世紀(jì)90年代以來，我國鐵路貨車普遍裝用了ST2－250型雙向閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器。

ST2－250型閘調(diào)器性能優(yōu)良，作用可靠，制造和檢修技術(shù)成熟。目前，ST2－250型閘調(diào)器的檢修期為6年。為進(jìn)一步提高閘調(diào)器的可靠性，延長閘調(diào)器的使用壽命和檢修周期，我公司對閘調(diào)器的運(yùn)用、檢修情況進(jìn)行了全面的現(xiàn)場調(diào)研，并針對調(diào)研中反映出的少量零部件銹蝕、磨損嚴(yán)重等慣性問題，開展了專項(xiàng)試驗(yàn)研究工作，并制定相應(yīng)的改進(jìn)方案。

圖5 典型基礎(chǔ)制動(dòng)系統(tǒng)簡圖

3.1 提高閘調(diào)器零部件的耐用性

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，ST2－250型閘調(diào)器主要存在磨損、銹蝕、油脂揮發(fā)等問題：磨損主要為前蓋和引導(dǎo)螺母間的傘齒磨損，通過選擇耐磨材質(zhì)，采用鍛造工藝，減少缺陷來解決該問題。銹蝕問題主要為筒體、拉桿、螺桿及引導(dǎo)螺母彈簧盒的表面銹蝕等，可以通過材質(zhì)改進(jìn)或采用新的防腐處理方法解決該問題。關(guān)于油脂，閘調(diào)器原來采用2號低溫潤滑脂，在使用中反映出易揮發(fā)、抗水性差、化學(xué)成分不穩(wěn)定等弱點(diǎn)，在長期使用中，造成引導(dǎo)螺母和螺桿、前蓋和引導(dǎo)螺母等摩擦副之間出現(xiàn)＂干摩擦＂，加劇了摩擦副金屬的磨損，導(dǎo)致閘調(diào)器卡滯。因此，應(yīng)開發(fā)適用閘調(diào)器運(yùn)用工況的專用潤滑脂，提高閘調(diào)器的可靠性。

3.2 提高閘調(diào)器設(shè)計(jì)可靠性

（1）增加密封結(jié)構(gòu)

閘調(diào)器體兩端，后蓋和護(hù)管頭處原采用聚甲醛支撐環(huán)進(jìn)行支撐（見圖6），并具有簡易密封作用，在運(yùn)用過程中，雨水、灰塵可通過支撐環(huán)切口進(jìn)入閘調(diào)器內(nèi)，造成內(nèi)部零件的銹蝕。因此，應(yīng)在設(shè)計(jì)中增加密封結(jié)構(gòu)，改進(jìn)閘調(diào)器的密封性能，以保證閘調(diào)器內(nèi)部零部件具有較好的運(yùn)用環(huán)境。例如，在支撐環(huán)前部增加密封圈（見圖7），該方案在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮合適的溝槽尺寸，在確保密封效果的同時(shí)還應(yīng)避免阻力過大，影響閘調(diào)器性能。

圖6 改進(jìn)前結(jié)構(gòu)圖

圖7 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

（2）改進(jìn)螺桿與拉桿頭結(jié)構(gòu)

在運(yùn)用過程中，發(fā)現(xiàn)有少量控制桿產(chǎn)生彎曲變形，影響閘調(diào)器的調(diào)整精度。為找出控制桿彎曲的真正原因，對控制桿的受力情況進(jìn)行了分析和計(jì)算，并進(jìn)行了相關(guān)閘調(diào)器裝車試驗(yàn)［1］，結(jié)果表明，閘調(diào)器控制桿彎曲是由于護(hù)管頭與后拉桿頭間的距離太小，造成制動(dòng)缸輸出力通過后拉桿頭作用在護(hù)管頭上，再通過筒體傳遞至控制桿擋鐵上，最終導(dǎo)致控制桿彎曲。因此，應(yīng)通過改進(jìn)螺桿與拉桿頭尺寸結(jié)構(gòu)，徹底解決控制桿彎曲問題，但在設(shè)計(jì)過程中，需考慮閘調(diào)器整體尺寸、參數(shù)與改進(jìn)前的一致性。

4 結(jié)束語

從現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)存在的問題出發(fā)，并與國外同類產(chǎn)品進(jìn)行對比，提出提高我國制動(dòng)系統(tǒng)可靠性的觀點(diǎn)。論述得出，提高現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)提高現(xiàn)有零部件的耐用性，并深入分析設(shè)計(jì)的合理性，從本質(zhì)上提高我國制動(dòng)系統(tǒng)的水平。從長遠(yuǎn)發(fā)展看，提高制動(dòng)系統(tǒng)可靠性對提高整車技術(shù)水平，促進(jìn)我國鐵路發(fā)展具有重要意義。

［1］王俊龍，徐 毅，陸正濤.ST2－250型閘調(diào)器控制桿彎曲變形原因分析及改進(jìn)［J］.鐵道車輛，2010，（2）：37－40.