CRH5型動車組制動夾鉗單元運(yùn)用維護(hù)檢修技術(shù)探討*

張海軍，王立超，胡 維，劉 鵬，劉寶安

（中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

CRH5型動車組制動夾鉗單元運(yùn)用維護(hù)檢修技術(shù)探討*

張海軍，王立超，胡 維，劉 鵬，劉寶安

（中國鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

簡述CRH5型動車組制動夾鉗單元的結(jié)構(gòu)原理和維修特性，建立制動夾鉗單元運(yùn)用維護(hù)檢修制度，包括檢修思想、檢修周期和檢修方法等內(nèi)容，論述制動夾鉗單元在運(yùn)用維護(hù)周期內(nèi)的檢修工作內(nèi)容。

CRH5型動車組；制動夾鉗單元；檢修

CRH5型動車組于2007年起逐步在北京、沈陽、哈爾濱、濟(jì)南、西安、鄭州及太原鐵路局等投入運(yùn)營，現(xiàn)如今保障性工作已成為其服務(wù)鐵路運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。由于CRH5型動車組首次從國外引進(jìn)，因而缺乏實(shí)際運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，為保證動車組高質(zhì)量、高可靠性、高效率地運(yùn)營，我國工程技術(shù)人員必須探討合理的動車組維修制度和方法，尤其是動車組的重要組成部件。

制動夾鉗單元是動車組空氣制動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是保證動車組能否正常運(yùn)用的關(guān)鍵部件，所以在動車組運(yùn)營過程中必須保障其可靠有效。在實(shí)際運(yùn)用過程中需要了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和原理，制定合理的檢修制度，明確運(yùn)用周期內(nèi)各階段的具體檢修工作內(nèi)容。

1 制動夾鉗單元簡介

制動夾鉗單元由制動缸、夾鉗機(jī)構(gòu)及一系列連接零件組成。它的作用是把空氣壓力轉(zhuǎn)換為制動缸的軸向推力，然后增大若干倍，平均地傳給閘片，使之壓緊制動盤而產(chǎn)生制動作用。

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成

CRH5型動車組配套的制動夾鉗單元包含兩種型號：II76287/1PW常用制動夾鉗單元，如圖1，II76286/1PW帶停放制動夾鉗單元，如圖2。由外形圖可知制動夾鉗單元主要由兩部分構(gòu)成：制動缸和夾鉗機(jī)構(gòu)，而兩種制動夾鉗單元的主要區(qū)別是制動缸的結(jié)構(gòu)和功能，分為常用制動缸和帶停放制動缸。

（1）夾鉗機(jī)構(gòu)

夾鉗機(jī)構(gòu)分別由閘片托、杠桿、吊架、吊桿及連接緊固件組成。其作用過程是把制動缸的推力增大若干倍后平均地傳給閘片，使閘片壓緊制動盤而對動車組產(chǎn)生制動作用。

（2）制動缸

圖1 常用制動夾鉗單元

圖2 帶停放制動夾鉗單元

①常用制動缸

常用制動缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3，主要由傳力部件1、間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)2和手動復(fù)位機(jī)構(gòu)3組成。傳力部件的作用是將空氣壓力轉(zhuǎn)換為活塞的軸向推力，再通過內(nèi)部機(jī)構(gòu)將力傳遞給夾鉗機(jī)構(gòu)；間隙調(diào)整裝置在制動緩解過程中自動補(bǔ)償閘片與制動盤的磨耗；手動復(fù)位機(jī)構(gòu)通常在更換閘片時(shí)操作，在無需拆解任何部件條件下即可實(shí)現(xiàn)。

常用制動缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是保證閘片與制動盤之間的間隙恒定和有效；制動缸保持較低的空氣消耗；活塞行程保持在有效范圍內(nèi)；制動力保持均衡。

圖3 常用制動缸

圖4 帶停放制動缸

②帶停放制動缸

帶停放制動缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4，主要由帶間隙調(diào)整器的常用制動缸1、彈簧停放制動缸2、輔助緩解機(jī)構(gòu)3組成。所以帶停放制動缸除具有常用制動缸的功能外，還具有停放制動和緩解功能。停放制動力在正常情況下充氣緩解，排氣制動，在特殊情況下，可通過輔助緩解機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)停放制動力的快速緩解。

1.2 產(chǎn)品的維修性

產(chǎn)品設(shè)計(jì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)是能否用最經(jīng)濟(jì)的方案來實(shí)現(xiàn)既定的功能目標(biāo)。此經(jīng)濟(jì)性不僅體現(xiàn)在技術(shù)上先進(jìn)，制造上可行，操作上方便，而且還體現(xiàn)在產(chǎn)品運(yùn)用過程中的維護(hù)成本。

制動夾鉗單元在使用過程中，不可避免會產(chǎn)生不同程度的磨損、腐蝕、變形等損傷，且隨著時(shí)間的推移，技術(shù)狀態(tài)逐漸變差，所以需要采用有效的制度和方法確保產(chǎn)品運(yùn)用過程中的可靠性。制動夾鉗單元產(chǎn)品的設(shè)計(jì)充分考慮了后期運(yùn)用過程中的維護(hù)和檢修，盡可能保證產(chǎn)品的最低運(yùn)用成本，這種設(shè)計(jì)上的可維護(hù)性主要體現(xiàn)為產(chǎn)品的正常損傷形式，包含兩個(gè)方面。

（1）磨損

磨損是制動夾鉗單元運(yùn)用過程中的最主要損傷形式。磨損分為正常磨損與非正常磨損兩個(gè)階段，正常磨損達(dá)到一定限度就發(fā)展成為非正常磨損，在這種情況下必須對超限零件進(jìn)行更換。

制動夾鉗單元產(chǎn)品中相互接觸且具有運(yùn)動關(guān)系的零部件，都存在磨損，主要包含3大類：關(guān)節(jié)連接磨損，活塞與氣缸體的密封磨損，離合器磨損。如圖5所示，制動夾鉗單元關(guān)節(jié)連接處的磨損形式，在設(shè)計(jì)文件中，關(guān)于此種狀況的損傷形式定義了磨損限度（銷軸和襯套各0.5 mm）。為了減輕這種形式損傷，設(shè)計(jì)上軸選用金屬材料，套選用耐磨工程塑料，所以超限零件通常為襯套，而且襯套在后期的更換過程中容易實(shí)現(xiàn)。此例充分體現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)對后期使用成本的考慮。

圖5 銷軸和襯套連接

（2）腐蝕

制動夾鉗單元產(chǎn)品運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，不可避免受到外界環(huán)境的腐蝕和破壞，產(chǎn)品設(shè)計(jì)上對這種損傷形式的防護(hù)通常采用表面處理及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)，如噴漆、電鍍、氧化等。而表面處理防護(hù)層隨著時(shí)間的推移其性能會逐漸喪失，所以在表面防護(hù)層破壞前必須對其進(jìn)行修復(fù)，以保證產(chǎn)品的性能狀態(tài)。

表面防護(hù)層的修復(fù)主要體現(xiàn)在可剝離性。在產(chǎn)品檢修階段，通過特殊的工藝如打磨，噴沙，高壓水等去除防護(hù)層，再對產(chǎn)品進(jìn)行重新防護(hù)，即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的維護(hù)性要求。

2 制動夾鉗單元的檢修制度

制動夾鉗單元產(chǎn)品檢修工作的開展，需要建立明確的檢修制度，其中包括檢修思想、檢修循環(huán)周期和檢修方法。檢修制度的建立是開展檢修工作的前提，是檢修工作開展的指導(dǎo)思想，是檢修工作有效性的保證。

2.1 檢修思想

目前我國高速動車組仍然采用以“計(jì)劃預(yù)防修”為主的檢修思想，即“在計(jì)劃預(yù)防修”前提下，逐步實(shí)施狀態(tài)修、換件修和主要部件的集中修，改革配件的生產(chǎn)和供應(yīng)體制，建立運(yùn)用和維修的現(xiàn)代化管理體系。

“計(jì)劃預(yù)防修”以磨損理論為基礎(chǔ)，在計(jì)劃周期內(nèi)通過對機(jī)械零部件損傷的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，把機(jī)械設(shè)備上不同損傷規(guī)律和損傷速度的零部件科學(xué)的劃分成若干組，并確定出不同零件的損傷極限，進(jìn)而規(guī)定不同修程的修理期限和修理范圍。這樣，使機(jī)械設(shè)備在運(yùn)用中能得到有計(jì)劃的修理，即零部件尚未達(dá)到極限損傷之前就加以修復(fù)或更換。

制動夾鉗單元為純機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，其作用過程就是力的傳遞和施加，產(chǎn)品的主要損傷形式是磨耗損傷，所以采用計(jì)劃預(yù)防為主，狀態(tài)修為輔的維修思想。在具體的實(shí)施過程中，從以下幾個(gè)方面開展。

（1）確定檢修周期；

（2）確定零部件的損傷形式；

（3）確定零部件的損傷極限；

（4）計(jì)劃周期內(nèi)進(jìn)行損傷統(tǒng)計(jì)；

（5）確定在檢修周期內(nèi)的維修范圍。

2.2 檢修周期

制動夾鉗單元的檢修周期劃分必須與CRH5型動車組檢修周期相一致，以動車組檢修周期為基礎(chǔ)，按照計(jì)劃預(yù)防修思想，進(jìn)行產(chǎn)品檢修工作的劃分和檢修范圍的確定。

CRH5型動車組檢修周期循環(huán)圖如圖6，檢修分為5個(gè)等級，一級檢修、二級檢修、三級檢修、四級檢修和五級檢修，各級檢修的節(jié)點(diǎn)如下。

（1）一級檢修：運(yùn)行里程4 000 km或48 h；

（2）二級檢修：6萬km；

（3）三級檢修：120萬km或3年（先到為準(zhǔn)）；

（4）四級檢修：240萬km或6年（先到為準(zhǔn)）；

（5）五級檢修：480萬km或12年（先到為準(zhǔn)）；

圖6 檢修周期循環(huán)圖

2.3 檢修方法

根據(jù)產(chǎn)品特性和實(shí)際的運(yùn)用狀況，制動夾鉗單元的運(yùn)用維護(hù)檢修方法存在3種：故障修、狀態(tài)修和計(jì)劃修，3種方法并存，相互配合使用。

計(jì)劃修和狀態(tài)修均屬于預(yù)防性檢修，可以預(yù)防發(fā)生漸進(jìn)性故障；故障修則是非預(yù)防性的，多用于偶然故障。3種檢修方式各有其適用范圍，它們本身并沒有先進(jìn)落后之分。選擇的關(guān)鍵是通過對制動夾鉗單元運(yùn)用過程中的綜合分析，根據(jù)檢修過程中的具體情況，選擇合理的檢修方法。

（1）故障修

故障修是在產(chǎn)品發(fā)生故障之后才進(jìn)行修理，它沒有控制維修時(shí)間，維修計(jì)劃，發(fā)生規(guī)律等條件，所以采用的維修方式是發(fā)現(xiàn)什么故障，就修理什么部位。由于沒有明確的計(jì)劃，每次修程的作業(yè)范圍和工作量是隨機(jī)的，對產(chǎn)品不做根本性的徹底修理。如輔助緩解裝置不能施加停放制動，閘片與制動盤間間隙異常等。

（2）狀態(tài)修

狀態(tài)修是檢測產(chǎn)品的性能狀態(tài)，當(dāng)產(chǎn)品性能下降不能滿足使用要求時(shí)，需要定位其故障和失效部位，然后實(shí)施維修。

狀態(tài)修故障不是瞬間發(fā)生的，而是有一個(gè)從發(fā)生到發(fā)展，最后形成故障狀態(tài)的過程，因此如果找到跟蹤故障跡象過程的方法，將觀察到的產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，則可以采取措施預(yù)防發(fā)生故障或避免故障后果。如呼吸堵堵塞、外露零部件的腐蝕等。

（3）計(jì)劃修

計(jì)劃修是制動夾鉗單元產(chǎn)品運(yùn)用中的主要檢修方法。以產(chǎn)品檢修周期作為維修期限，只要動車組達(dá)到預(yù)先規(guī)定的里程或時(shí)間，不管其技術(shù)狀態(tài)如何，都要進(jìn)行規(guī)定的維修工作，這是一種強(qiáng)制性的預(yù)防修理。所以計(jì)劃修的關(guān)鍵是確定維修周期，正確的維修時(shí)機(jī)應(yīng)該是偶然故障階段的結(jié)束點(diǎn)，即在故障率進(jìn)入耗損故障期急劇上升之前。如產(chǎn)品磨耗件，襯套、軸銷、氣缸體、活塞等。

3 檢修工作及內(nèi)容

以制動夾鉗單元檢修制度為指導(dǎo)思想，在實(shí)際中開展制動夾鉗單元各級維護(hù)檢修工作。在產(chǎn)品檢修周期內(nèi)，將所有級別的檢修工作劃分為兩類：運(yùn)用檢修和高級檢修。按照檢修級別將一級和二級檢修劃分為運(yùn)用檢修；三級、四級和五級檢修劃分為高級檢修。

表1 制動夾鉗單元的運(yùn)用檢修內(nèi)容

3.1 運(yùn)用檢修

運(yùn)用檢修工作通常在動車段或運(yùn)用檢修所進(jìn)行，檢修工作內(nèi)容存在隨機(jī)性，主要為排除產(chǎn)品故障或性能異常現(xiàn)象，確保產(chǎn)品狀態(tài)良好。

制動夾鉗單元在實(shí)際運(yùn)用中，出現(xiàn)過多種與列車相關(guān)的故障，某些故障通過分析確定了產(chǎn)品原因或人為原因，而有些因?yàn)樯婕耙蛩剌^多很難去判定，故障原因沒有定論。為避免制動夾鉗單元異?，F(xiàn)象造成列車事故，最有效的方法是制定合理的運(yùn)用檢修制度，預(yù)防發(fā)生故障。運(yùn)用檢修包含一級檢修和二級檢修，對于制動夾鉗單元產(chǎn)品，實(shí)際操作工作內(nèi)容相同，包含4個(gè)方面如下，見表1。

（1）緊固連接狀態(tài)；

（2）外露零部件狀態(tài)；

（3）閘片鎖緊機(jī)構(gòu)狀態(tài)；

（4）產(chǎn)品性能狀態(tài)。

3.2 高級檢修

高級檢修在動車檢修基地或大修廠進(jìn)行，檢修工作完全按照計(jì)劃進(jìn)行，檢修計(jì)劃按照預(yù)防性檢修思路制定。

制動夾鉗單元高級檢修包含三級檢修、四級檢修和五級檢修，各級檢修工作內(nèi)容存在差別，但其制定的原則和思路相同，即通過“計(jì)劃預(yù)防修”為主的維修思想對產(chǎn)品磨耗零部件的狀態(tài)進(jìn)行測量，統(tǒng)計(jì)和分析，同時(shí)考慮產(chǎn)品整個(gè)維護(hù)周期內(nèi)的有效性，最終制定合理的檢修范圍和工作內(nèi)容。

如圖7，氣缸體與活塞密封面的磨耗界限，設(shè)計(jì)尺寸φ203H11，磨耗界限設(shè)定為φ203.5。按照制動夾鉗單元的檢修周期，在3個(gè)高級修階段進(jìn)行氣缸體直徑的測量、統(tǒng)計(jì)和分析，最終確定氣缸體檢修方案。三級檢修：滿足磨耗界限要求，不需要進(jìn)行修復(fù)和更換；四級檢修：滿足磨耗界限要求，不需要進(jìn)行修復(fù)和更換；五級檢修：滿足磨耗界限要求，但需要對磨耗面進(jìn)行修復(fù)。

圖7 氣缸體

通過上述相同的方法分別對制動夾鉗單元磨耗零部件進(jìn)行分析，確定磨耗件的高級檢修方案。同時(shí)考慮產(chǎn)品的其他因素，如油脂的有效性、橡膠件的壽命、零件的腐蝕狀態(tài)等，通過產(chǎn)品使用狀態(tài)調(diào)研，再通過產(chǎn)品運(yùn)用周期系統(tǒng)分析，最終制定制動夾鉗單元科學(xué)合理的檢修方案。

（1）三級檢修

在制動夾鉗單元三級檢修階段，檢修工作開展的基本原則是產(chǎn)品“不進(jìn)行分解”，只進(jìn)行產(chǎn)品外觀狀態(tài)的檢查和產(chǎn)品性能的測試。將產(chǎn)品從轉(zhuǎn)向架上整體拆下后在專用的試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行測試。如果在產(chǎn)品檢查和測試過程中出現(xiàn)異常，則必須進(jìn)行進(jìn)一步分析和檢修，依據(jù)狀態(tài)修和故障修方法對產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)。因此三級檢修工作主要目的是排除產(chǎn)品可能存在的問題，保證產(chǎn)品處于良好的工作狀態(tài)。檢修工作具體目標(biāo)包含3方面的內(nèi)容。

①零部件外觀處于良好的工作狀態(tài)；

②產(chǎn)品連接處的緊固狀態(tài)無松動；

③產(chǎn)品性能滿足使用要求。

其中前兩項(xiàng)與運(yùn)用檢修內(nèi)容相同，不同之處是產(chǎn)品需要從轉(zhuǎn)向架拆下后對外觀進(jìn)行充分清洗，然后檢查產(chǎn)品零部件的表面狀態(tài)以及緊固狀態(tài)。產(chǎn)品的性能檢測在專用試驗(yàn)臺上進(jìn)行，測試方法與新造不同，新造只進(jìn)行制動缸的性能測試，三級檢修則需要對制動夾鉗單元進(jìn)行整體測試，測試項(xiàng)目內(nèi)容如下。

①手動間隙調(diào)整試驗(yàn)；

②閘片間隙試驗(yàn)；

③靈敏度試驗(yàn)；

④氣密性試驗(yàn)；

⑤制動力試驗(yàn)；

⑥彈簧停車手動緩解試驗(yàn)；

⑦調(diào)整量試驗(yàn)。

（2）四級檢修

制動夾鉗單元的四級檢修，需要將產(chǎn)品從轉(zhuǎn)向架上整體拆下后解體檢修，檢修過程中需要進(jìn)行零部件的更新替換，如橡膠件，超限的磨耗件，以及意外損傷而不能繼續(xù)使用的零件，產(chǎn)品的性能和組裝技術(shù)條件完全按新造要求進(jìn)行。

四級檢修工作內(nèi)容包括清洗、解體、檢修、性能試驗(yàn)和組裝等環(huán)節(jié)，檢修工作的工藝流程如圖8所示，詳細(xì)內(nèi)容如下。

①清洗

清洗分為產(chǎn)品的外觀清洗和內(nèi)部清洗。外觀指產(chǎn)品運(yùn)行過程中可見的部分，要求不存在可見的污垢，如油脂、灰塵等。如果外部狀態(tài)差異不影響產(chǎn)品進(jìn)一步使用（如漆膜顏色變化），則該差異允許存在。產(chǎn)品內(nèi)部清洗要求制動缸內(nèi)部零件表面和夾鉗關(guān)節(jié)連接處，要求表面無油污、磨損物等可見污垢。

②解體

將制動夾鉗單元先分解為夾鉗機(jī)構(gòu)和制動缸組成兩部分，再將這兩部分逐級解體到零件或最小檢修單元，所謂最小檢修單元是指不需要再分解即可對零件狀態(tài)進(jìn)行檢測的部件。

③檢修

檢修包括修復(fù)和檢查兩種，主要是確定非必?fù)Q零部件狀態(tài)，如銘牌清洗，磨耗零件的異常磨耗，結(jié)構(gòu)件的磕碰、裂紋等機(jī)械損傷，表面腐蝕，化學(xué)損傷等。對存在損傷而不能保證繼續(xù)使用（下一個(gè)四級檢修）的零件進(jìn)行替換。

④組裝

夾鉗機(jī)構(gòu)和制動缸分解檢修完成后，按照新造圖紙要求分別進(jìn)行夾鉗機(jī)構(gòu)和制動缸總成的組裝，組裝過程對必?fù)Q零件和檢查過程中的損傷零件進(jìn)行替換。制動缸總成進(jìn)行性能試驗(yàn)后再進(jìn)行總組裝，制動缸的性能試驗(yàn)按照⑤中內(nèi)容進(jìn)行。

制動夾鉗單元產(chǎn)品的組裝按照新造工藝過程進(jìn)行，組裝過程技術(shù)要求與新造相同，如組裝順序、潤滑脂使用、緊固力矩要求等。

⑤性能試驗(yàn)

制動夾鉗單元新造產(chǎn)品的性能試驗(yàn)包含兩部分，制動缸的性能測試和制動單元的整體測試，兩者相互結(jié)合保證產(chǎn)品的性能要求。測試的內(nèi)容與新造產(chǎn)品完全相同，包含幾何尺寸、強(qiáng)度、泄漏、作用行程、調(diào)整量、作用力、復(fù)位力矩、手動緩解力等。

圖8 制動夾鉗單元四級檢修流程圖

（3）五級檢修

制動夾鉗單元的五級檢修，與四級檢修基本相同，需要對產(chǎn)品進(jìn)行分解檢修，檢修過程中需要進(jìn)行零部件的更新替換，需要對非必?fù)Q零件進(jìn)行檢測，產(chǎn)品的性能和組裝技術(shù)條件完全按新造要求進(jìn)行等，不同點(diǎn)是檢修和替換的零件范圍比四級檢修大。

4 結(jié)束語

現(xiàn)今保障性維護(hù)檢修工作已成為確保CRH5型動車組運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵。而CRH5型動車組是一種復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品，由多種部件組成，在制定維護(hù)檢修工作中需要針對不同部件的特性和運(yùn)營狀況區(qū)別對待，探索有效合理的維護(hù)檢修方法和體系。

制動夾鉗單元產(chǎn)品作為動車組的重要組成部件，通過分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特性和運(yùn)營狀況，規(guī)劃維護(hù)檢修周期，確定檢修思想和檢修方法，制定詳細(xì)的運(yùn)用保障檢修內(nèi)容和工作。現(xiàn)階段制動夾鉗單元的此種維護(hù)檢修方案已在實(shí)際中貫徹執(zhí)行，且達(dá)到了理想的效果。

［1］ 蔡紹先.鐵道車輛檢修工藝及其管理［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

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Maintenance&Overhaul Technology Research for CRH5EMU Brake Caliper Unit Application

ZH ANG Haijun，WANG Lichao，HU Wei，LIU Peng，LIU Baoan
（Locomitive＆Car Research Institute of China Academy of Railway Science，Beijing 100081）

The paper briefly describes the structure principle and maintenance features for brake caliper unit of CRH5EMU，establishes the maintenance overhaul instruction during its application，including the maintenance principle，maintenance period and overhaul method，and analyzes the maintenance overhaul work contents during brake caliper’s application period.

CRH5EMU；brake caliper unit；maintenance and overhaul

U266.2.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.18

1008－7842（2014）01－0085－05

*中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所青年基金項(xiàng)目（1150JL03）。

1—）男，工程師（

2013－08－21）