HXD1D型電力機車制動盤拉傷原因分析及控制措施

張建輝

(鄭州鐵路局 鄭州機務(wù)段，河南 鄭州 450053)

HXD1D型電力機車制動盤拉傷原因分析及控制措施

張建輝

(鄭州鐵路局 鄭州機務(wù)段，河南 鄭州 450053)

針對HXD1D型電力機車運用過程中發(fā)生的多起制動盤拉傷擦出火花的故障，經(jīng)過認(rèn)真解體分析，認(rèn)定是由于制動盤與閘片間隙太小和制動閘片的結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷導(dǎo)致。通過改造制動夾鉗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制定定期清掃制動盤的有效措施，防止了此類故障的發(fā)生。

HXD1D型電力機車；制動盤拉傷；原因分析；措施

2016年2月到4月期間，鄭州機務(wù)段的HXD1D型機車因制動盤與閘片接磨后拉傷制動盤故障，造成兩起事故。經(jīng)過對全段該型機車制動盤狀態(tài)進(jìn)行普查，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有8臺機車的制動盤出現(xiàn)不同程度的拉傷。此類故障是典型的走行部基礎(chǔ)制動部分故障，輕則造成設(shè)備故障，影響運輸安全，重則造成輪對抱死、機車脫軌或引發(fā)火災(zāi)。因此，立即查找故障發(fā)生的原因并制定行之有效的技術(shù)措施迫在眉睫。

1 原因分析

HXD1D型電力機車采用的是輪盤制動方式，制動裝置采用輪裝式制動盤加盤形制動單元，是適應(yīng)高速客運機車的基礎(chǔ)制動裝置，其優(yōu)點是制動功率大、制動性能可靠、使用維護性好、產(chǎn)品互換性好、性能先進(jìn)、對踏面無損傷。在拉傷后的制動盤和閘片間取出的金屬物，是鑄鋼制動盤被劃傷后產(chǎn)生的細(xì)小碎片受熱后重新凝結(jié)而成的。具體從以下6個方面進(jìn)行分析。

1.1 制動盤結(jié)構(gòu)分析

每個車輪制動盤由兩個摩擦環(huán)組成，根據(jù)這兩個摩擦環(huán)相對于輪緣的安裝位置不同，分別被稱作內(nèi)摩擦環(huán)和外摩擦環(huán)。摩擦帶厚度以及散熱片的數(shù)量和設(shè)計型式使摩擦環(huán)的溫度保持在允許范圍內(nèi)，并將熱負(fù)荷和機械負(fù)荷降至最小。 為了對車輪上的制動盤進(jìn)行固定、對中以及傳遞制動扭矩，制動盤有 6 個滑塊和18 個螺紋連接件。 滑塊為圓柱形構(gòu)件，帶有字母O形環(huán)，用于安裝時將滑塊保持在正確位置?；瑝K削平的兩端卡入摩擦片背面的定心槽中?；瑝K不僅用于使摩擦環(huán)在車輪上對中以及摩擦片彼此對中，還可避免摩擦片單個轉(zhuǎn)動，使螺紋連接件不必承受彎曲應(yīng)力。螺紋連接件由全螺紋螺栓、伸縮套管和套管螺母組成，主要任務(wù)是將摩擦片固定在車輪上。螺紋連接件必須能抵抗進(jìn)行制動操作時產(chǎn)生的極大的機械負(fù)荷，還必須允許有一定的受熱膨脹。

1.2 閘片結(jié)構(gòu)分析

一組閘片有上、下兩片組成，上片由閘托和8個研磨子組合而成，下片由閘托、9個研磨子和到限臺組成。所有摩擦研磨子呈現(xiàn)無規(guī)則排列，各研磨子之間隙也不同。機車運行過程中，靠組合后的研磨子表面與制動盤表面的摩擦作用實現(xiàn)機車制動緩解。而實際情況是，因為閘托結(jié)構(gòu)和研磨子的材質(zhì)條件，很難保證所有研磨子表面在一個平面上。

1.3 制動盤及閘片磨耗標(biāo)準(zhǔn)分析

HXD1D型電力機車制動盤采用鑄鋼材料加工而成，制動盤可供磨耗的限值為5 mm，制動盤上劃痕允許值見表1。

表1 制動盤劃痕寬度及深度允許值

HXD1D型電力機車閘片采用粉末冶金材料加工而成，如果閘片劃痕寬度大于20 mm且深度超出1 mm時，須更換與其配合使用的閘片。閘片上單個閘片元件(研磨子)缺損及掉塊面積約大于1 cm2，或整個閘片上所有摩擦粒子缺損及掉塊面積約大于20%，須更換此閘片。

1.4 機車牽引制動原理分析

HXD1D型電力機車具有空氣制動和動力制動聯(lián)合作用功能，可通過低壓柜內(nèi)的轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇空電聯(lián)合制動投入/切除。當(dāng)投入時，機車動力制動優(yōu)先使用。制動控制系統(tǒng)能實現(xiàn)自動制動手柄的指令與機車主控制系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，以使機車的動力制動能根據(jù)自動制動手柄的指令來實施。當(dāng)用自動制動手柄實施列車常用操作時，機車動力制動與車輛空氣制動可同時使用，機車動力制動力的大小與自動制動手柄對應(yīng)的列車管減壓量所產(chǎn)生的機車空氣制動力相匹配。機車施行動力制動時，機車自動空氣制動被切除，制動缸無壓力。當(dāng)機車通過自動制動施加動力制動時，可以通過單獨制動手柄施加單獨空氣制動，當(dāng)制動缸壓力達(dá)到90 kPa 時，切除動力制動。

1.5 閘片與制動盤異常接磨分析

制動閘片與制動盤的間隙較小，技術(shù)規(guī)程要求兩側(cè)之和為2～4 mm。當(dāng)制動夾鉗在構(gòu)架安裝完成后，夾鉗在緩解的自由狀態(tài)下很難保證閘片與閘盤的內(nèi)外摩擦環(huán)間的間隙均勻的為1～2 mm，可能一邊間隙大，另一邊間隙小。在制動狀態(tài)，由于制動缸壓力會使閘片內(nèi)外同時抱閘，一旦緩解又會回到自由狀態(tài)。按照設(shè)計技術(shù)要求，測量方法為：在緩解狀態(tài)下使制動鉗單元的一個制動閘片抱在摩擦環(huán)上，用量規(guī)測量其它制動閘片到其它摩擦環(huán)的距離，間距必須為2～4 mm。

1.6 機車運行過曲線分析

機車在過曲線時，輪對總是先于構(gòu)架進(jìn)入曲線，和構(gòu)架產(chǎn)生一個相對角度。由于夾鉗安裝在構(gòu)架上，閘盤在輪對上，此時原本閘片與閘盤摩擦環(huán)間的平行平面變成不平行，就可能造成閘片的局部與閘盤接觸；如果再因安裝產(chǎn)生的內(nèi)外間隙不均勻，間隙小的一邊更容易產(chǎn)生閘片與閘盤直接接觸，對機車閘片或閘盤會形成一定的磨損。制動盤磨損后形成的金屬粉末遇到雨水沖刷冷卻，形成結(jié)晶，卡在閘片與制動盤之間，進(jìn)一步拉傷閘盤，嚴(yán)重的會形成抱輪故障。

綜合以上分析可以看出，HXD1D型制動盤拉傷主要原因是制動盤與閘片間隙太小和制動閘片的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在問題。

2 制定防止措施

根據(jù)HXD1D機車制動盤拉傷故障原因分析的結(jié)果，采取以下措施：

(1)建議夾鉗設(shè)計廠家改變制動夾鉗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而增大閘片與制動盤間隙，即由2～4 mm改為3～6 mm，使制動盤與閘片接磨產(chǎn)生的異物能夠及時排除。2016年7月后新生產(chǎn)的機車已經(jīng)采用大間隙制動夾鉗，大大降低了故障的發(fā)生。

(2)把制動夾鉗在構(gòu)架上的吊桿銷從直徑20 mm改為直徑18 mm，增大制動夾鉗與轉(zhuǎn)向架的相對活動量，盡量減少機車運行中閘片與制動盤接磨現(xiàn)象的發(fā)生。

(3)成立專門普查小組，一周內(nèi)完成20臺HXD1D型電力機車閘片的拆除清掃檢查工作。

(4)全部吹掃工作完成后，每10～15天對HXD1D型電力機車制動閘片進(jìn)行一次拆除清掃檢查，每天不少于2臺。

(5)要求客運車間五項專檢人員在機車出庫前認(rèn)真檢查制動盤狀態(tài)，用2 mm厚的專用通規(guī)檢查閘片與制動盤間隙，發(fā)現(xiàn)制動盤有新劃傷痕跡且閘片故障的立即維修。

3 結(jié)語

根據(jù)對HXD1D電力機車制動盤拉傷故障原因分析結(jié)果所采取的措施得當(dāng)，該機型從2016年5月份以來再未出現(xiàn)因制動盤拉傷造成的機破故障。同時，經(jīng)專檢把關(guān)后，HXD1D型電力機車制動盤拉傷故障也大大減少，延長了機車制動盤的使用壽命，提高了機車的運行效率，保證了機車走行部的安全可靠，經(jīng)濟及社會效益顯著。

[1]杜利清，黃彪，方明剛，等.機車制動盤的技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用分析 [J].鐵道機車車輛，2016，36(3)：34-36.

[2]王京波，楊金生，錢坤才，等.解讀鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機車用合成閘片》[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督,2015，43(11)：1-5.

[3]齊斌.高速機車制動盤及其優(yōu)化設(shè)計[J].機車電傳動，2015(4):31-33.

[責(zé)任編輯:趙 偉]

Reason Analysis and Control Measures of Brake Disc Damage of HXD1D Electric Locomotive

ZHANG Jianhui

(Zhengzhou Railway Bureau Zhengzhou Locomotive Depot Technical department, Zhengzhou 450053,China)

A number of HXD1D type locomotive brake disc strain sparks fault occurred in the running process, by carefully disassembly analyzing, that is because the brake disc and brake clearance is too small and the structure of the brake piece design flaws. Through reforming the internal structure of brake clamps and formulate effective measures for regular cleaning of the brake disc, prevents the occurrence of such failures.

HXD1D type electric locomotive;Brake disc strain;reason analysis; measures

2016 - 09 -30

張建輝(1980—)，男，河南許昌人，鄭州鐵路局鄭州機務(wù)段工程師，研究方向為機車檢修。

U264.8

B

1008-6811(2016)-04-0003-03