HXD1D型機(jī)車制動(dòng)盤擦傷故障原因分析及解決措施

謝小軍

(徐州機(jī)務(wù)段技術(shù)科 江蘇 徐州 221007)

HXD1D型機(jī)車制動(dòng)盤擦傷故障原因分析及解決措施

謝小軍

(徐州機(jī)務(wù)段技術(shù)科 江蘇 徐州 221007)

對(duì)HXD1D型機(jī)車制動(dòng)盤擦傷慣性故障的原因進(jìn)行了分析，并提出了解決措施。

HXD1D型機(jī)車；制動(dòng)盤；擦傷；限位環(huán)；閘片

HXD1D型機(jī)車是在HXD1B、HXD1C型機(jī)車的基礎(chǔ)上，按照模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的設(shè)計(jì)要求，我國(guó)自主研制的干線鐵路時(shí)速160 km、7 200 kW交流傳動(dòng)大功率客運(yùn)電力機(jī)車，目前已大量配屬上海、蘭州、西安、鄭州和武漢等鐵路局，是目前承擔(dān)客運(yùn)牽引任務(wù)的主力機(jī)型之一。HXD1D型機(jī)車自投入使用以來(lái)，頻繁發(fā)生走行部制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片接磨擦傷故障，是一直困擾運(yùn)輸單位的慣性問(wèn)題，不但干擾鐵路運(yùn)輸秩序，而且給機(jī)車運(yùn)行安全帶來(lái)較大隱患。針對(duì)該問(wèn)題，雖然各機(jī)務(wù)段及廠方開(kāi)展了大量質(zhì)量控制工作，但均未徹底解決，問(wèn)題依然發(fā)生。找出故障原因，消除源頭隱患尤為迫切。

1 故障情況統(tǒng)計(jì)

2015年3月，徐州機(jī)務(wù)段配屬了10臺(tái)HXD1D型機(jī)車，上線運(yùn)用后不久，便發(fā)現(xiàn)機(jī)車制動(dòng)盤表面均有不同程度的圓周形擦傷，在后續(xù)的機(jī)車運(yùn)用中，此類故障頻繁發(fā)生。期間雖然采取了非常規(guī)手段強(qiáng)化控制，對(duì)入庫(kù)機(jī)車趟趟拆檢閘片、測(cè)量閘片間隙，但問(wèn)題依然發(fā)生。至2015年底，發(fā)生制動(dòng)盤擦傷故障近百余件，其中因制動(dòng)盤與閘片摩擦冒火星而非正常停車5件，構(gòu)成機(jī)破事故2件，給機(jī)車運(yùn)用安全及運(yùn)輸秩序帶來(lái)嚴(yán)重影響。

2015年3月19日、6月26日，HXD1D288號(hào)、HXD1D282號(hào)機(jī)車運(yùn)行途中左5輪外側(cè)制動(dòng)盤冒火星，發(fā)生制動(dòng)盤擦傷故障(見(jiàn)圖1)，構(gòu)成機(jī)破。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，HXD1D288號(hào)機(jī)車左5外側(cè)制動(dòng)盤擦傷拉傷深度約0.4 mm，寬度約2 mm，HXD1D282號(hào)機(jī)車左5外側(cè)制動(dòng)盤擦傷拉傷深度約1.27 mm，寬度約27 mm。拆檢閘片，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤與閘片間均鑲嵌金屬物(見(jiàn)圖2)，測(cè)量2臺(tái)機(jī)車的閘片與制動(dòng)盤間隙，雙側(cè)間隙均為2 mm，單側(cè)間隙為1 mm，閘片有不同程度的擦傷、剝離現(xiàn)象。

圖1 制動(dòng)盤擦傷圖2 金屬鑲嵌物

2 HXD1D型機(jī)車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)及原理

(1)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

目前，鐵路機(jī)車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要有盤形制動(dòng)和踏面制動(dòng)2種。由于盤形摩擦因數(shù)穩(wěn)定，制動(dòng)功率大，熱負(fù)荷和熱損傷小[1]，大大提高了機(jī)車運(yùn)行品質(zhì)和安全性，因此成為目前大功率電力機(jī)車摩擦制動(dòng)的主導(dǎo)方式。HXD1D型機(jī)車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用輪裝盤形制動(dòng)方式，每條輪對(duì)采用獨(dú)立制動(dòng)夾鉗，每個(gè)轉(zhuǎn)向架共6個(gè)制動(dòng)夾鉗，如圖3所示。

圖3 制動(dòng)夾鉗位置分布圖

HXD1D型機(jī)車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置由制動(dòng)盤(見(jiàn)圖4)、制動(dòng)缸、制動(dòng)夾鉗和閘片等組成，制動(dòng)盤通過(guò)一組周向分布的高強(qiáng)度螺栓和鍵，按一定的扭矩要求緊固在車輪上。閘片由17塊空心摩擦塊、閘片安裝托板及固定螺栓、彈簧卡子組成。

當(dāng)機(jī)車采取空氣制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)單元得到壓縮空氣，通過(guò)制動(dòng)缸活塞推動(dòng)制動(dòng)夾鉗，經(jīng)中間杠桿，使閘片將壓力作用到安裝在車輪輻板的制動(dòng)盤上，閘片與制動(dòng)盤間產(chǎn)生摩擦，消耗功率，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能散發(fā)掉，從而使機(jī)車達(dá)到減速或停車的目的。

圖4 制動(dòng)盤結(jié)構(gòu)圖

(2)制動(dòng)盤與閘片設(shè)計(jì)參數(shù)

HXD1D型機(jī)車制動(dòng)盤為鑄鋼盤，閘片采用的摩擦材料是以銅基合金為基體材質(zhì)，添加摩擦組元和潤(rùn)滑組元，用粉末冶金技術(shù)制成。新造出廠的HXD1D型機(jī)車閘片與制動(dòng)盤單側(cè)間隙為1～2 mm，雙側(cè)間隙為2～4 mm。從實(shí)際運(yùn)用情況看，設(shè)計(jì)間隙偏小，導(dǎo)致制動(dòng)盤擦傷問(wèn)題多發(fā)。

3 制動(dòng)盤擦傷故障原因分析

(1)機(jī)車乘務(wù)員操縱情況排查。《鐵路機(jī)車操作規(guī)程》規(guī)定：牽引旅客列車運(yùn)行途中實(shí)施常用制動(dòng)時(shí)，采取自動(dòng)制動(dòng)閥減壓，單獨(dú)制動(dòng)閥緩解，列車制動(dòng)，機(jī)車呈緩解狀態(tài)。對(duì)發(fā)生制動(dòng)盤擦傷故障的機(jī)車LKJ數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，列車運(yùn)行途中，不存在機(jī)車制動(dòng)缸帶壓力運(yùn)行的情況，也就是說(shuō)，排除機(jī)車乘務(wù)員操縱不當(dāng)造成閘片接磨制動(dòng)盤的問(wèn)題。

(2)制動(dòng)夾鉗設(shè)計(jì)缺陷。經(jīng)與中車株洲電力機(jī)車有限公司、克諾爾公司共同對(duì)故障機(jī)車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查測(cè)量，HXD1D型機(jī)車制動(dòng)閘片與制動(dòng)盤雙側(cè)間隙為2～4 mm，單側(cè)間隙為1～2 mm，測(cè)量其他HXD1D型機(jī)車，間隙相同。該間隙本身設(shè)計(jì)偏小，而轉(zhuǎn)向架與車體有3.3°的回轉(zhuǎn)角，加之輪對(duì)本身也有一定的橫動(dòng)量，在機(jī)車通過(guò)軌道曲線時(shí)，輪對(duì)與構(gòu)架間會(huì)產(chǎn)生一定角度的回轉(zhuǎn)角和橫向位移。由于制動(dòng)夾鉗安裝在構(gòu)架上，制動(dòng)盤安裝在輪對(duì)上，此時(shí)閘片相對(duì)制動(dòng)盤也產(chǎn)生了相應(yīng)的位移和偏轉(zhuǎn)，制動(dòng)盤與閘片間隙進(jìn)一步減小甚至接觸，且構(gòu)成一定的夾角(非平行面)，造成閘片局部與制動(dòng)盤摩擦。這種非正常的局部接觸(甚至是點(diǎn)接觸)，摩擦產(chǎn)生的熱量不易快速擴(kuò)散和對(duì)流，導(dǎo)致制動(dòng)盤和閘片接觸部位溫度急劇升高，在制動(dòng)盤和閘片內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，繼而產(chǎn)生裂紋，在摩擦力作用下閘片和制動(dòng)盤材質(zhì)發(fā)生熱熔剝離。剝離后金屬材質(zhì)夾在閘片和制動(dòng)盤之間，進(jìn)一步加劇制動(dòng)盤擦傷，甚至使機(jī)車抱閘。因HXD1D型機(jī)車是按準(zhǔn)高速(160 km/h)設(shè)計(jì)的，日常主要擔(dān)當(dāng)直達(dá)特快客運(yùn)列車牽引任務(wù)，運(yùn)行速度高，過(guò)曲線時(shí)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，更易造成閘片與制動(dòng)盤摩擦損傷。

(3)閘片間隙不均，與制動(dòng)盤接磨。通過(guò)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)夾鉗吊座偏離中心4 mm(見(jiàn)圖5)。在機(jī)車制動(dòng)緩解動(dòng)作中，夾鉗制動(dòng)吊桿易向輪軸側(cè)發(fā)生滑動(dòng)偏移，導(dǎo)致吊桿在夾鉗緩解狀態(tài)下處于非垂直狀態(tài)，在吊桿與閘片托之間產(chǎn)生抗勁扭力，造成閘片、制動(dòng)盤間存在夾角(非平行面)，閘片上部與制動(dòng)盤始終處于接磨狀態(tài)，機(jī)車長(zhǎng)期運(yùn)行后發(fā)生摩擦損傷制動(dòng)盤。另外，HXD1D型機(jī)車制動(dòng)夾鉗在緩解的自由狀態(tài)下，閘片上部與制動(dòng)盤間的上、下間隙不均，特別是閘片上部與制動(dòng)盤接磨問(wèn)題比較普遍。

圖5 吊掛座偏離中心

(4)HXD1D型機(jī)車制動(dòng)夾鉗閘片由17塊六棱形小閘片組合而成，每塊小閘片中間為空心，機(jī)車運(yùn)行中制動(dòng)盤或閘片一旦發(fā)生材質(zhì)剝離，易造成金屬堆積，導(dǎo)致機(jī)車制動(dòng)盤片接磨。

(5)制動(dòng)夾鉗銷軸油潤(rùn)保養(yǎng)不良因素的影響。HXD1D型機(jī)車制動(dòng)夾鉗通過(guò)吊桿的上銷軸、下銷軸、制動(dòng)杠桿的長(zhǎng)銷軸、中間軸及銷套等部件傳遞制動(dòng)力，為基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的關(guān)鍵活動(dòng)關(guān)節(jié)，若以上部位油潤(rùn)保養(yǎng)不良會(huì)造成卡滯，導(dǎo)致緩解不靈活，在機(jī)車實(shí)施緩解時(shí)，夾鉗復(fù)位不到位，閘片貼輪，造成制動(dòng)盤擦傷。

4 解決措施

(1)更換使用大間隙制動(dòng)夾鉗。2015年5月，會(huì)同廠方人員對(duì)徐州機(jī)務(wù)段的HXD1D281號(hào)、HXD1D288號(hào)機(jī)車試裝了大間隙制動(dòng)夾鉗，新制動(dòng)夾鉗閘片與制動(dòng)盤雙側(cè)間隙由原設(shè)計(jì)的2～4 mm調(diào)整到2～6 mm，組裝后測(cè)量閘片與制動(dòng)盤實(shí)際間隙，HXD1D281號(hào)機(jī)車雙側(cè)間隙為5.0～5.5 mm,HXD1D288號(hào)機(jī)車閘片雙側(cè)間隙為4.0～4.65 mm，符合新設(shè)計(jì)間隙范圍要求。為驗(yàn)證改造效果，機(jī)車每次入庫(kù)均對(duì)閘片間隙進(jìn)行測(cè)量，對(duì)閘片拆解檢查，通過(guò)一個(gè)月的跟蹤檢查，運(yùn)行狀態(tài)良好，未再出現(xiàn)制動(dòng)盤擦傷故障。同年7月底，徐州機(jī)務(wù)段配屬的其他HXD1D型機(jī)車大間隙夾鉗改造工作全部完成，實(shí)施改造后，機(jī)車未再發(fā)生制動(dòng)盤擦傷故障，從源頭解決了制動(dòng)盤擦傷的主要隱患。

(2)增加限位環(huán)，保證夾鉗吊桿處于中心位置。因?yàn)榈踝x中心4 mm，為保證夾鉗吊桿處于中心位置，在HXD1D281號(hào)、HXD1D288號(hào)機(jī)車夾鉗吊桿上銷軸加裝了2個(gè)不對(duì)稱限位卡環(huán)(見(jiàn)圖6)，寬度分別為13 mm(輪軸側(cè))和5 mm(制動(dòng)夾鉗單元側(cè))，采取此種方法，一方面對(duì)吊座偏離中心問(wèn)題進(jìn)行糾正，另一方面，有效減小夾鉗吊桿的竄動(dòng)量，可保證下面吊耳偏離中心位置小于3.5 mm。另外，為增加吊桿的動(dòng)作靈活性，更換使用小直徑吊桿上銷軸(由?22b9改為?22a11)。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的跟蹤檢查，運(yùn)行狀態(tài)良好，隨后對(duì)其他機(jī)車逐臺(tái)進(jìn)行了改造。

圖6 加裝改造限位卡環(huán)和銷軸后的吊桿裝置

(3)更換使用實(shí)心制動(dòng)閘片。將空心制動(dòng)閘片更換為整體實(shí)心閘片，有利于排出閘片與制動(dòng)盤摩擦產(chǎn)生的金屬碎屑，降低故障隱患。

(4)油潤(rùn)保養(yǎng)。為確保HXD1D型機(jī)車制動(dòng)夾鉗銷軸、銷套的靈活性，每次修程及出入庫(kù)，對(duì)制動(dòng)夾鉗各銷軸、銷套進(jìn)行細(xì)密給油，防止銷軸干磨卡滯。給油位置：夾鉗吊桿的上軸、下軸，制動(dòng)杠桿的長(zhǎng)銷軸上、下端的銷套，制動(dòng)杠桿的中間軸上、下端共6個(gè)位置。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)加裝改造和一系列措施， HXD1D型機(jī)車制動(dòng)盤擦傷慣性故障得到有效治理，從源頭消除了故障隱患。但后續(xù)新出廠的HXD1D型機(jī)車由于廠方仍采用了原設(shè)計(jì)制動(dòng)夾鉗構(gòu)造，上線后制動(dòng)盤擦傷問(wèn)題依然發(fā)生，為此，應(yīng)采取以下方法加強(qiáng)日常基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的檢查：

(1)在基礎(chǔ)制動(dòng)裝置完全緩解的狀態(tài)下，確認(rèn)制動(dòng)夾鉗單元、左右兩側(cè)均存在閘片間隙，晃動(dòng)制動(dòng)杠桿，制動(dòng)夾鉗應(yīng)活動(dòng)靈活；拉動(dòng)制動(dòng)杠桿，使另一側(cè)閘片緊貼制動(dòng)盤，采用通規(guī)對(duì)閘片與制動(dòng)盤間隙進(jìn)行檢測(cè)，通規(guī)厚度 2 mm，止規(guī)厚度4 mm(改造后的機(jī)車使用6 mm止規(guī))，手推塞尺向上劃過(guò)制動(dòng)盤與閘片之間的間隙，通規(guī)通過(guò)，止規(guī)不能通過(guò)，閘片間隙則符合技術(shù)要求；

(2)若用力拉動(dòng)制動(dòng)杠桿，另一側(cè)閘片不能緊貼制動(dòng)盤時(shí)，應(yīng)查找制動(dòng)銷桿固死的原因并處理；

(3)更新或調(diào)大間隙的閘片，應(yīng)進(jìn)行至少3次制動(dòng)與緩解，確保制動(dòng)夾鉗單元間隙不再調(diào)整后，按第1步要求測(cè)量間隙，應(yīng)符合技術(shù)要求；

(4)途中發(fā)生閘片與制動(dòng)盤接磨時(shí)，必須立即停車，機(jī)車乘務(wù)員在確認(rèn)機(jī)車緩解(制動(dòng)缸無(wú)風(fēng)壓)后，晃動(dòng)制動(dòng)夾鉗，確認(rèn)是否活動(dòng)靈活，并使用1.5 mm通規(guī)檢測(cè)(配在隨車工具箱內(nèi))，若通規(guī)通過(guò)，可維持運(yùn)用。若鑲嵌異物，使用扳手將閘片間隙調(diào)整螺母順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)2/3圈，使閘片與制動(dòng)盤間隙變大，清理異物后(因HXD1D型機(jī)車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置具有閘片間隙自動(dòng)調(diào)整功能，間隙調(diào)整螺母松開(kāi)后，不需要人為進(jìn)行恢復(fù))，進(jìn)行制動(dòng)緩解試驗(yàn)，正常后維持運(yùn)行。

[1] 錢坤才，郭立賓，黃 彪.大功率機(jī)車制動(dòng)盤和閘片的研究[J].現(xiàn)代鑄鐵，2012(5)：69-73.□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)05-0043-03

2016-03-07

謝小軍(1976-)，男，本科學(xué)歷， 工程師， 從事機(jī)車檢修技術(shù)管理工作。

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