列車車門制動器瞬時失效故障分析及改進(jìn)

盧文富 趙 洋

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部 廣東 廣州 510310)

列車車門制動器瞬時失效故障分析及改進(jìn)

盧文富 趙 洋

(廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營事業(yè)總部 廣東 廣州 510310)

廣州地鐵四、五號線列車在架、大修過程中常常發(fā)現(xiàn)車門手動關(guān)閉時會彈開一定的距離，初步判定是由制動器瞬時失效造成的，更換新件后功能正常。通過拆解檢測故障制動器，并對制動器的原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找到了相關(guān)的故障預(yù)防措施。

瞬時失效；制動器；正轉(zhuǎn)；反轉(zhuǎn)

1 概述

制動器是廣州地鐵四、五號線車輛車門系統(tǒng)中特有的一個部件，在車輛架、大修及正線運(yùn)營中，常常發(fā)現(xiàn)車門手動關(guān)閉時會彈開10mm左右的距離，更換新件后功能正常，初步判定為35C型制動器瞬時失效造成。為了更好地找出失效原因，對35C型制動器的故障件進(jìn)行了拆解檢測，并通過應(yīng)力分析查明了故障點(diǎn)，為后續(xù)的改進(jìn)方案打下基礎(chǔ)。

2 35C型制動器分析

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

制動器的制動副由套、絲桿連接軸和圓柱滾子組成，如圖1所示。

圖1 制動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

35C型制動器的單向制動功能是靠圓柱滾子、絲桿連接軸凸輪面和套來實(shí)現(xiàn)的，其配合位置如圖2所示(套結(jié)構(gòu)套在整個機(jī)構(gòu)的外面，被隱藏)。絲桿連接軸凸輪曲面的均分精度、套的尺寸精度和圓度要求均會影響制動器單向制動的效果，通常情況下，制動器在出廠時，會對絲桿連接軸在圓周方向上多個位置的單向制動效果進(jìn)行檢測。

圖2 制動副配合結(jié)構(gòu)

2.2 原因分析

手動關(guān)門時車門發(fā)生反彈現(xiàn)象原因多為制動器的制動功能失效。由于圓柱滾子、絲桿連接軸凸輪面和套三者之間的配合不能達(dá)到單向制動位置，無法實(shí)現(xiàn)單向制動功能，車門關(guān)閉或遇到障礙物時的瞬間反作用力導(dǎo)致絲桿帶動電機(jī)反轉(zhuǎn)，車門反彈。當(dāng)車門打開一定距離后，圓柱滾子、絲桿連接軸和套三者之間的配合又達(dá)到了單向制動位置，制動器的單向制動功能恢復(fù)，此時車門被鎖閉。

由35C型制動器制動副結(jié)構(gòu)可知，絲桿連接軸未轉(zhuǎn)動到與套相配合的預(yù)定制動位置或套的圓度誤差、絲桿連接軸凸輪面的制造誤差、圓柱滾子的圓柱度誤差以及使用過程中各接觸面之間的磨損量都會造成制動器在某個位置或某幾個位置單向制動功能失效，而每個35C型制動器具體何時會達(dá)到這樣的位置，甚至是否具有這樣無法滿足單向制動功能的位置無從得知，但可以確定的是，每個35C型制動器上無法滿足單向制動功能的位置是極少的，只要機(jī)構(gòu)稍稍動作一下，便可到達(dá)制動位置，使單向制動功能恢復(fù)，并不會造成鎖閉完全失效(除非套的尺寸超差嚴(yán)重)，所以稱之為瞬時失效。

圓柱滾子和絲桿連接軸凸輪的磨損會造成摩擦角增大，當(dāng)摩擦角增大到一定值時，制動器的單向制動功能完全失效。由應(yīng)力分析圖(見圖3)可以看出，制動器在發(fā)揮制動功能時，就制動副而言，絲桿連接軸與圓柱滾子相接觸的凸輪面受力最大，磨損最嚴(yán)重(見圖4)。雖然圓柱滾子也受到一定程度的磨損，但由于圓柱滾子在運(yùn)動過程中是繞著套的中心公轉(zhuǎn)并同時自轉(zhuǎn)的，因此其圓周上的磨損是均勻的，在磨損較小且均勻分布在圓周上的情況下，其磨損量很難測出，這就是圓柱滾子沒有產(chǎn)生明顯磨損的原因。經(jīng)過計算分析，絲桿連接軸凸輪面磨損如超過1mm會產(chǎn)生較大概率的鎖閉失效現(xiàn)象。

圖3 制動副應(yīng)力分析圖

圖4 磨耗位置

綜上所述，車門出現(xiàn)反彈是由制動器在關(guān)門位置瞬時單向制動失效造成的，其原因有2個：(1)該次關(guān)門阻力較大或夾到障礙物，絲桿連接軸未轉(zhuǎn)動到與套相配合的預(yù)定制動位置；(2)絲桿連接軸、套及圓柱滾子構(gòu)成的制動副在圓周上存在不制動位置，即絲桿連接軸不是轉(zhuǎn)動到任意角度都可以實(shí)現(xiàn)可靠的單向制動，這是由制動副機(jī)構(gòu)配合精度不高造成的。

3 改造方案

3.1 35D型制動器介紹

根據(jù)目前35C型制動器存在的缺點(diǎn)，需要對其進(jìn)行升級改造，即換用35D型制動器。

35D型制動器的功能與目前五號線車輛采用的35C型制動器裝置功能完全一樣，即在任意位置電機(jī)連接軸均可以帶動絲桿連接軸套正、反轉(zhuǎn)動，而絲桿連接軸套僅可以沿關(guān)門方向帶動電機(jī)連接軸轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)了門系統(tǒng)在關(guān)門的任意時刻、任意位置，門頁僅能朝關(guān)門方向運(yùn)動而不能朝開門方向運(yùn)動的單向制動功能。同時35D型制動器具有結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、鎖閉可靠性高、使用壽命長等特點(diǎn)。35D型全程鎖閉裝置的特點(diǎn)是：接口基本相同；解鎖容易、鎖閉可靠性高。

35D型制動器結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示，電機(jī)連接軸通過聯(lián)軸器與電機(jī)相連，絲桿連接軸套與絲桿相連。電機(jī)連接軸可以正、反轉(zhuǎn)帶動絲桿連接軸套和絲桿以實(shí)現(xiàn)開、關(guān)門；絲桿連接軸套僅可以單向轉(zhuǎn)動(正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn))帶動電機(jī)連接軸轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)關(guān)門，而不能逆向轉(zhuǎn)動試圖開門。

圖5 35D型制動器結(jié)構(gòu)圖

圖6 35D型制動器制動副結(jié)構(gòu)

3.2 35D型制動器與35C型制動器接口差異

(1)安裝接口。全程鎖閉裝置的安裝接口與35C型制動器安裝接口完全一樣，均采用4顆M8螺釘安裝固定，其安裝孔間距為74mm×82mm。

(2)連接接口。全程鎖閉裝置與電機(jī)、絲桿的連接接口都是?15mm軸，帶有5mm×20mm標(biāo)準(zhǔn)普通平鍵鍵槽。全程鎖閉裝置與35C型制動器的連接接口完全相同。盡管35D型制動器與35C型制動器連接接口相同，但原35C型制動器與絲桿的配合長度較長，而35D型制動器與絲桿的配合長度較短，因此原35C型制動器門系統(tǒng)采用的絲桿可以改造后繼續(xù)使用。

3.3 選配原則

由于端齒軸套、撥盤采用的是三元共滲處理技術(shù)，在三元共滲之后端齒軸套、撥盤表面不僅會增加0.01～0.025mm的疏松層，而且其尺寸會變化，為避免疏松層的快速磨損對35D型制動器產(chǎn)生影響，保證35D型制動器的功能穩(wěn)定性和性能一致性，須在裝配前將2個零件表面的疏松層用特殊工具去除，然后將端齒軸套、撥盤和扭簧按照圖7所示選配原則進(jìn)行裝配。

圖7 35D型制動器內(nèi)部尺寸控制圖

3.4 跑合試驗(yàn)

為更好地掌握35D型制動器的性能要求，檢驗(yàn)其運(yùn)行情況，隨機(jī)抽取已運(yùn)營了一年的4件35D型制動器全程鎖閉裝置進(jìn)行檢測，分別于臺架試驗(yàn)臺跑合5h，測量其磨損情況，結(jié)果如表1所示。

表1 跑合試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出：經(jīng)過檢測，關(guān)鍵零件端齒軸套、撥盤和矩形扭簧未見磨損，滿足使用要求。同時可以看出35D型制動器具有耐磨損性能，可在一定程度上提高使用壽命。

4 結(jié)束語

通過試用觀察，改造后的35D型制動器使用效果良好，故障率低，不僅解決了正線運(yùn)營時常會發(fā)現(xiàn)的車門手動關(guān)閉時彈開10mm左右距離的問題，同時也延長了制動器的使用壽命，目前35D型制動器已在廣州地鐵四、五號線車輛上推廣使用，提高了列車的運(yùn)營效率。□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)01-0025-03

2015-04-09

盧文富(1982-)，男，本科學(xué)歷，工程師，從事地鐵車輛維修工作。

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