SS4B機車單元制動器結(jié)構(gòu)原理及檢修環(huán)節(jié)要素控制分析

任斌

摘 要：單元制動器是執(zhí)行對運行中的機車減速和停車的一種機械裝置，對機車制動效率及行車安全具有重要影響。本文對SS4B型電力機車單元制動器基本結(jié)構(gòu)和工作原理進行了簡要介紹，并對單元制動器在大修過程中的關(guān)鍵控制要素進行了分析，為制定檢修工藝和提高檢修質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：單元制動器 大修 機車

中圖分類號：U260.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）09-0-02

一、單元制動器簡介

單元制動器是執(zhí)行對運行中的機車減速和停車的一種機械裝置，主要由制動缸、杠桿傳動系統(tǒng)、閘瓦間隙調(diào)整裝置和閘瓦等幾部分組成。當機車進行制動時，制動缸內(nèi)充入壓縮空氣推動活塞向前運動，勾貝桿帶動杠桿傳動系統(tǒng)經(jīng)放大后通過閘瓦作用到車輪踏面上，使閘瓦和踏面產(chǎn)生摩擦，將動能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使機車達到減速和停車的目的。

目前SS4B型電力機車上使用的單元制動器有兩種型號，只有少部分機車還在使用比較早期的178×2.85型單元制動器，大部分機車采用更為先進的JDYZ-4E/F型單元制動器，這兩種單元制動器的結(jié)構(gòu)原理基本上相同，只是兩者的閘瓦間隙調(diào)整機構(gòu)有所區(qū)別，178×2.85型單元制動器間隙調(diào)整器為棘輪棘鉤式，一次間隙調(diào)整量設(shè)計值為0.2mm，一次調(diào)整量較小且間隙調(diào)整不靈敏。JDYZ-4E/F型單元制動器間隙調(diào)整器為非自鎖螺紋式，一次間隙調(diào)整量可以達到4mm以上，一次調(diào)整量大，動作靈活，閘瓦間隙控制準確。

二、單元制動器工作原理

1.制動與緩解工作原理

當機車進行制動操作時，壓縮空氣就會向制動缸內(nèi)充氣推動活塞向外伸展，通過勾貝桿推動杠桿，杠桿帶動間隙調(diào)整機構(gòu)移動，進一步帶動傳動螺桿和閘瓦托發(fā)生運動，使安裝在閘瓦托上的閘瓦作用于車輪踏面上，從而對機車進行制動。當機車進行緩解操作時，制動缸內(nèi)的壓縮空氣就會向外排出，活塞在彈簧反力作用下恢復到原來狀態(tài)，進而帶動杠桿、調(diào)整機構(gòu)和閘瓦托向著制動相反方向運動，閘瓦離開車輪踏面使機車緩解。

2.閘瓦間隙自動調(diào)整原理

機車在運行過程中，由于閘瓦和輪箍踏面的磨耗，會使得閘瓦間隙越來越大，為了消除增大的間隙，專門設(shè)計了閘瓦間隙磨耗自動補償機構(gòu)。

2.1 JDYZ-4E/F型單元制動器閘瓦間隙自動調(diào)整原理

1—卡環(huán)；2—導向套；3—調(diào)整彈簧；4—軸承；5—力推擋圈；6—調(diào)整螺母套；7—調(diào)整螺母；8—導向螺母；9—導向螺母套；10—壓圈；11—調(diào)隙擋；12—端蓋；13—擋套螺母；14—復位擋圈；15—彈簧；16—傳動螺桿。

圖1 JDYZ-4E/F型單元制動器閘瓦間隙調(diào)整機構(gòu)

如圖1所示，當單元制動器執(zhí)行制動時，傳動螺桿的左移帶動導向螺母、導向螺母套、調(diào)隙擋左移，如果制動前閘瓦與踏面的間隙小于調(diào)隙擋與壓圈之間的間隙X，則在制動全過程中，導向螺母、導向螺母套、調(diào)隙擋與轉(zhuǎn)動螺桿左移量相等。如果制動前和制動中閘瓦間隙大于X（設(shè)為X+a），則當傳動螺桿帶動導向螺母、導向螺母套、調(diào)隙擋左移X之后，調(diào)隙擋被壓圈擋住不能繼續(xù)左移，導向螺母套也不能繼續(xù)左移，這時傳動螺桿和導向螺母的左移壓縮調(diào)整彈簧，導向螺母與導向螺母套之間的錐齒嚙合脫開，由于導向螺母與傳動螺桿之間是通過非自鎖螺紋連接的，所以此時導向螺母在調(diào)整彈簧力的作用下繞傳動螺桿旋轉(zhuǎn)后退而不再隨之左移。在制動過程中，傳動螺桿左移了X+a，而導向螺母、導向螺母套和調(diào)隙擋只左移了X。

當單元制動器執(zhí)行緩解時，杠桿推動復位擋圈帶動調(diào)整螺母套、導向套、調(diào)整彈簧、調(diào)整螺母、傳動螺桿、導向螺母、導向螺母套和調(diào)隙擋右移，當右移行程達到X之后，調(diào)隙擋被端蓋擋住，傳動螺桿、導向螺母、導向螺母套也不能繼續(xù)右移。由于此時轉(zhuǎn)動螺桿不能右移，調(diào)整螺母也不能右移，調(diào)整螺母套的繼續(xù)右移便與調(diào)整螺母的錐齒嚙合脫開，由于調(diào)整螺母與傳動螺桿之間也是通過非自鎖螺紋連接的，所以調(diào)整螺母在調(diào)整彈簧的彈力作用下繞螺桿旋轉(zhuǎn)后退，直到調(diào)整螺母套被導向螺母擋住，調(diào)整螺母套與調(diào)整螺母的錐齒重新嚙合，此時緩解到位。在這個過程中，調(diào)整螺母套右移了X+a，而傳動螺桿右移了X，閘瓦與踏面的間隙仍保持X，即閘瓦間隙得到了自動調(diào)整。

2.2 178×2.85型單元制動器閘瓦間隙自動調(diào)整原理

1—杠桿；2—棘鉤；3—手輪；4—脫鉤桿；5—棘輪；6—條簧；7—滑套；8—傳動螺桿。

圖2 178×2.85型單元制動器閘瓦間隙調(diào)整機構(gòu)

如圖2所示，當單元制動器的充氣缸內(nèi)充滿壓縮空氣之后，勾貝桿會在壓縮空氣力的作用下推動制動杠桿繞著上軸銷發(fā)生轉(zhuǎn)動，帶動焊接在制動杠桿上的關(guān)節(jié)肘銷作平面圓周運動。整個棘鉤向下位移的大小與杠桿的擺動幅度有著密切關(guān)系，杠桿擺動角度越大，其向下的位移量也就越大。當制動緩解時，棘鉤隨杠桿復原向上移動，同時勾住新達到位置的一個棘輪輪齒，使棘輪轉(zhuǎn)動一個角度，由于棘輪與傳動螺母是緊固在一起的，所以帶動傳動螺母轉(zhuǎn)動，傳動螺母的轉(zhuǎn)動使螺桿向外直線移伸，從而達到調(diào)整閘瓦與踏面之間間隙的目的。

178×2.85型單元制動器設(shè)計當閘瓦與輪對踏面之間間隙不超過6mm時棘鉤齒尖不勾棘輪齒，一旦超過6mm時閘瓦調(diào)整器就動作，傳動螺桿螺距為6mm，棘輪齒數(shù)為30個，所以調(diào)整閘瓦間隙為6/30=0.2mm。

三、單元制動器檢修及試驗環(huán)節(jié)要素控制

單元制動器作為執(zhí)行對運行中的機車減速和停車的一種機械裝置，是影響機車行車安全的重要部件，在大修過程和試驗環(huán)節(jié)應對以下要素進行重點控制，以確保其性能良好、安全可靠。

1.受力部件的探傷

由于單元制動器采用機械杠桿系統(tǒng)，而且在機車運行過程中制動、緩解使用頻次特別高，再加上其傳力、受力部件較多，長期使用過程中零件容易出現(xiàn)磨損和疲勞裂紋，因此大修規(guī)程中明確規(guī)定要對基礎(chǔ)制動裝置各桿進行探傷，所以根據(jù)要求對于單元制動器的棘鉤、杠桿、滑套、勾貝桿及閘瓦托板應采用磁粉探傷的方式來檢測零件表面和近表面的裂紋等缺陷，探傷時要對棘鉤的鉤部、銷孔處，杠桿的圓弧處、銷孔處，滑套的圓根部位，勾貝桿的根部、桿部、銷孔處，閘瓦托板的圓弧處、銷孔處部位進行重點探傷，各部位均不允許有裂紋等缺陷存在，其他部件可通過目視檢查方式確定裂損情況，根據(jù)結(jié)果進行相應修復或者更新。

2.磨耗部件的尺寸檢測

單元制動器的運動及受力零件較多，長期使用過程中必然會發(fā)生零部件的磨耗，磨耗超限會導致單元制動器的動作、氣密性及間隙調(diào)整等性能不達標，從而影響機車制動力和行車安全，因此大修時要對單元制動器的銷軸直徑、鋼套內(nèi)徑、力推擋圈厚度、杠桿凸輪面直徑、制動缸內(nèi)徑、制動缸彈簧及調(diào)整彈簧的高度進行測量和重點檢查，對各部尺寸及限度應進行嚴格卡控，確保各部尺寸均應在規(guī)定的限度以內(nèi)，超限時應予以更新。

3.更新件的控制

機車到大修期時，單元制動器的一些如各銷、滾動軸承、緊固件等配件由于磨損和疲勞已經(jīng)不能再使用，制動缸皮碗、防塵罩等橡膠件也已經(jīng)磨損、老化嚴重，運動關(guān)節(jié)的潤滑油脂也需要更換，因此在大修時對這些部件應全部更新，以保證檢修質(zhì)量。

4.氣密性檢查

氣密性檢查是單元制動器的一個重要的試驗項目，目的是確保制動缸不泄漏，保證制動不失效，因此大修時必須對制動缸進行常溫下的低壓及高壓氣密性試驗，向制動缸分別沖入100kPa及450kPa風壓，各壓力下的試驗均應保壓3min以上，總泄漏量控制在10kPa以內(nèi)。

5.性能試驗

單元制動器的性能試驗主要包括最小風壓試驗、制動及緩解試驗、間隙調(diào)整試驗及制動力測試試驗。

5.1最小風壓試驗是向制動缸內(nèi)充入50kPa壓縮空氣制動器應該有出閘動作，并能緩解到位。

5.2制動及緩解試驗是額定工作壓力下（450kPa）單元制動器在制動及緩解過程中動作應該快速平穩(wěn)，不能出現(xiàn)卡滯。

5.3間隙調(diào)整試驗是將閘瓦調(diào)整到初始位置，使用450kPa±10kPa的壓縮空氣對制動器進行連續(xù)多次充風緩解，在閘瓦托行程達到30mm～80mm之間時測量制動器每一次制動緩解過程的一次調(diào)整量及緩解間隙。JDYZ-4E/F型單元制動器一次調(diào)整量應≥4mm，閘瓦間隙為6mm～9mm。當閘瓦托推出量不再增加時，在排風狀態(tài)下測量閘瓦托總行程應>85mm。

5.4制動力測試試驗是將閘瓦間隙調(diào)整在正常范圍內(nèi)，向制動缸充入450kPa的壓縮空氣，單元制動器對踏面的壓力不能低于42.5kN。

性能試驗主要是檢測單元制動器檢修完成以后的各項性能指標是否符合檢修工藝的要求，也是對各零部件的檢修質(zhì)量和組裝過程的有效驗證，所以性能試驗應該作為每一個單元制動器的例行試驗進行重點控制，各項試驗結(jié)果都必須達到規(guī)定的要求。

參考文獻

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[3]TB/T 3145-2007，機車單元制動器[S].