DKZ75型電客車TBU工作原理及典型故障分析

席艷麗, 牟文博, 李 飛

(西安市地下鐵道有限責(zé)任公司 運營分公司, 西安 710016)

DKZ75型電客車TBU又稱為踏面制動單元，列車每根軸上均配備一套帶停放制動和不帶停放制動的踏面制動單元用于執(zhí)行停放制動，常用制動和緊急制動。停放制動采用彈簧施加，空氣緩解的形式。所有的踏面制動單元都配有閘瓦間隙自動調(diào)整器，可根據(jù)車輪與閘瓦的磨損情況，使閘瓦間隙始終保持不變。

1 TBU的組成部分

西安地鐵2號線DKZ75型電客車由長春軌道客車股份有限公司制造。列車采用3動3拖，不銹鋼車體B2型車，最高運行速度為80 km/h。TBU分為帶停放的踏面制動單元和不帶停放的踏面制動單元。踏面制動單元主要由8部分組成，如圖1所示。

1-殼體；2-軛形件；3-活塞；4-自動間隙調(diào)整器;5-防塵罩；6-推桿；7-閘瓦托；8-吊架。圖1 踏面制動單元

(1)殼體

殼體是形成踏面制動單元骨架的部分，內(nèi)部裝有各部件，并裝有安裝于轉(zhuǎn)向架時所使用的螺紋孔凸臺。

(2)空氣制動缸

空氣制動缸是將空氣壓力轉(zhuǎn)換為作用力的部分，位于殼體的側(cè)面，所輸出的力通過活塞傳遞至軛形件，并裝有使活塞回位的活塞彈簧。

(3)活塞

活塞是將空氣制動缸所輸出的力轉(zhuǎn)化為制動力，并依據(jù)杠桿倍率將其放大，活塞鍥塊的前端被插入于殼體軸承與軛形件軸承之間。

(4)軛形件

軛形件將活塞傳來的制動力傳遞給推桿。在其兩端裝有承受從活塞傳來的制動力的軸承，并通過裝在其內(nèi)部的球面軸承與套筒、自動閘瓦間隙調(diào)整器相連接。

(5)自動間隙調(diào)整器

自動間隙調(diào)整器可以根據(jù)車輪與閘瓦的磨損情況，使閘瓦間隙始終保持不變。它通過將軛形件的移動量轉(zhuǎn)換為SA推桿的上下移動量的方式來檢測閘瓦間隙。這些檢測機(jī)構(gòu)安裝在套筒的外周上。另外，在套筒的后部，還裝有更換閘瓦時用于以手動方式將推桿拉回的手動調(diào)整螺母。

(6)推桿

推桿通過螺紋與套筒連在一起，將從軛形件傳來的制動力傳遞給閘瓦托。

(7)閘瓦托及吊架

在閘瓦托上裝有閘瓦，將從推桿傳來的制動力傳遞給車輪。固定在殼體上的吊架與推桿通過閘瓦托螺栓相連，施行制動時，以此為作用點朝向車輪踏面移動。在閘瓦托與推桿間裝有摩擦板，用于制動緩解使閘瓦保持規(guī)定的傾角。

(8)防滴、防塵構(gòu)造

在各部位裝有密封墊、O型密封圈及防塵墊，呈防滴、防塵構(gòu)造。

2 TBU的工作原理

2.1 不帶停放的TBU工作原理

2.1.1制動與緩解作用

(1)緩解狀態(tài)

由于空氣制動缸處于無壓狀態(tài)，在彈簧(1、4)的彈力作用下，軛形件(3)與活塞(2)處于緩解位。由此，推桿(5)與閘瓦托(6)一起處于緩解位，閘瓦離開車輪踏面。如圖2所示。

(2)制動狀態(tài)

根據(jù)制動指令，BC壓力被充入空氣制動缸，則活塞(2)克服活塞彈簧(1)的彈力而向下移動。由此，軛形件(3)克服了軛形件彈簧(4)的彈力而向車輪方向移動，推桿(5)則與閘瓦托(6)一起隨之移動，將閘瓦壓緊在車輪踏面上，產(chǎn)生制動力。如圖3所示。

(3)停放制動狀態(tài)

施行空氣制動后，通過排出停放制動缸的指令壓力，可以與空氣制動同樣的方式施行制動。

1-活塞彈簧；2-活塞；3-軛形件；4-彈簧；5-推桿；6-閘瓦托。圖2 緩解狀態(tài)

圖3 制動狀態(tài)

2.1.2自動間隙調(diào)整作用

(1)緩解狀態(tài)

當(dāng)SA推桿下端的滾輪與前蓋的錐形導(dǎo)銷脫離時，SA推桿被彈簧的彈簧力推向下，此時處于緩解狀態(tài)。

(2)制動及之后的緩解狀態(tài)

①閘瓦間隙在規(guī)定值以內(nèi)時,隨著空氣制動缸活塞的下移，軛形件向車輪方向移動，則滾輪與前蓋的錐形導(dǎo)銷相接觸，克服彈簧的彈簧力將SA推桿向上推起。SA推桿向上移動時，與SA推桿相連的棘爪在彈簧的作用下逆時針旋轉(zhuǎn)，在棘輪的齒頂上向上滑動。但棘爪在棘輪齒頂上向上滑動時，棘爪尖將不越過棘輪的下一個齒頂，不進(jìn)行閘瓦間隙調(diào)整。

②閘瓦間隙在規(guī)定值以上時，空氣制動缸活塞的行程變大，軛形件的移動量增大，將SA推桿大大地向上頂起。這樣，棘爪的行程也隨之增大，與棘輪的下個齒頂嚙合。如果在此狀態(tài)下進(jìn)行緩解，則棘爪尖在克服棘輪擋塊的阻力時，使棘輪逆時針轉(zhuǎn)動一個齒的同時，向下移動至緩解位。此時，與棘輪嚙合在一起的套筒與棘輪一起轉(zhuǎn)動，而通過螺紋與套筒相連的推桿不能轉(zhuǎn)動，推桿將軸向移動一個進(jìn)給量(0.18 mm)，進(jìn)行閘瓦間隙調(diào)整。間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)工作原理圖如圖4所示。

1-導(dǎo)銷；2-滾輪；3-彈簧；4-推桿；5-棘爪；6-彈簧；7-棘輪擋塊；8-棘輪。圖4 間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)工作原理圖

2.2 帶停放的TBU工作原理

2.2.1行駛位置(緩解位置)

向停放制動缸充入緩解壓力(700～900 kPa )，則停放制動活塞壓縮停放制動彈簧并向上移動至停止位置，離合器轉(zhuǎn)盤與離合器脫開。此時，由于閂與離合器箱嚙合，導(dǎo)致離合器不旋轉(zhuǎn)。然后由于空氣制動缸的BC壓力被排出，在活塞彈簧的作用下，活塞向上移動，制動得到緩解。此時停放制動活塞前端返回與外殼的頂面呈同一平面的位置，因此，可以目視確認(rèn)停放制動的緩解。

2.2.2空氣制動位置

向空氣制動缸充入BC壓力，則活塞克服活塞彈簧的彈簧力向下移動，施行制動。此時，離合器轉(zhuǎn)盤處于自由狀態(tài)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

2.2.3停放制動位置

空氣制動施加后排出停放制動缸的緩解壓力(700～900 kPa)，離合器與閂嚙合在一起的同時，與停放制動活塞一起向下移動。然后，離合器轉(zhuǎn)盤與離合器嚙合，離合器轉(zhuǎn)盤將不能旋轉(zhuǎn)。此時停放制動彈簧的彈簧力傳遞給活塞，停放制動施加。停放制動施加后，即使釋放了空氣制動缸的BC壓力，停放制動也不會緩解。因停放制動活塞前端縮進(jìn)外殼內(nèi)，故可以目視確認(rèn)停放制動的施加。

2.2.4停放制動的手動開放

在無法得到停放制動緩解壓力的情況下使用。拉動手動開放拉環(huán)，閂與離合器不進(jìn)行嚙合，導(dǎo)致離合器與離合器轉(zhuǎn)盤呈自由狀態(tài)，在活塞彈簧的作用下，活塞向上移動，停放制動得到緩解。此時由于閂鎖銷被停放制動活塞推動而將閂向外推出，閂與離合器不嚙合，導(dǎo)致離合器與離合器轉(zhuǎn)盤處于自由狀態(tài)，常用制動仍可施加。

3 典型故障分析及整改方案

西安地鐵2號線DKZ75型電客車TBU分為帶停放的踏面制動單元和不帶停放的踏面制動單元，用于執(zhí)行停放制動、常用制動和緊急制動。自2015年投入運用以來，出現(xiàn)了TBU不能施加停放制動、TBU自動調(diào)整功能失效、TBU停放制動氣路連接處漏氣等問題，嚴(yán)重影響DKZ75型電客車安全運行。

3.1 TBU自動調(diào)整功能失效

現(xiàn)場作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)DKZ75型電客車部分車輪閘瓦間隙過大，約為20 mm，正常為7～12 mm，對應(yīng)踏面溫度低等問題。依據(jù)制動系統(tǒng)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)閘瓦間隙大于20 mm時，對應(yīng)輪對將無法與閘瓦貼合產(chǎn)生制動力，列車制動工況下，閘瓦間隙過大會導(dǎo)致列車制動力不足或制動力喪失，存在嚴(yán)重安全隱患。

通過普查發(fā)現(xiàn)閘瓦間隙超過15 mm的共94個，超過20 mm即空氣制動力失效的共42個，普查情況如表1，臨時采用手動閘瓦間隙調(diào)整裝置對閘瓦間隙過大的調(diào)整到7～12 mm。

表1 閘瓦間隙普查匯總表

3.1.1原因分析

(1)經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)閘瓦間隙過大的，其自動調(diào)整器功能均已失效，導(dǎo)致閘瓦間隙不能自動補(bǔ)償。自動調(diào)整功能是指在閘瓦與踏面之間的間隙超出標(biāo)準(zhǔn)范圍時，反復(fù)多次的施加/緩解空氣制動，使踏面制動單元進(jìn)行制動動作，在此過程中，每動作一次，TBU都將閘瓦向踏面推進(jìn)一個固定值,即單次調(diào)整量，直至閘瓦間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。

(2)對自動調(diào)整功能失效的TBU進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)棘輪1齒或2齒異常磨損(如圖5所示)，在自動間隙調(diào)整時，通過該棘輪的轉(zhuǎn)動進(jìn)行間隙調(diào)整，但發(fā)現(xiàn)由于部分異常磨損，齒輪不能轉(zhuǎn)動，初步判斷為棘輪缺齒導(dǎo)致自動調(diào)整功能失效。

(3)對棘輪異常磨損的原因進(jìn)行調(diào)查，將TBU殼體拆除，對缺齒棘輪進(jìn)行更換。邊確認(rèn)內(nèi)部狀態(tài)邊進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)在更換新的棘輪后，當(dāng)手動調(diào)整螺母不轉(zhuǎn)的時候，自動調(diào)整功能失效的現(xiàn)象再次發(fā)生。進(jìn)一步判斷為手動螺母無法隨棘輪一起轉(zhuǎn)動導(dǎo)致棘輪卡滯，使自動調(diào)整功能失效，如圖6、圖7所示。

(4)對手動調(diào)整螺母不轉(zhuǎn)的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)手動調(diào)整螺母轉(zhuǎn)動部使用的O型圈表面上有明顯毛刺(如圖8所示)，使用時轉(zhuǎn)動阻力增加，手動螺母不能轉(zhuǎn)動，棘爪只作用在同一齒(棘輪齒輪異常磨損)上，導(dǎo)致手動調(diào)整螺母與棘輪不能同時轉(zhuǎn)動，致使自動調(diào)整功能失效。

圖5 棘輪齒輪異常磨損

圖6 正常動作

圖7 動作不良

圖8 O型圈毛刺

3.1.2整改方案

(1)對2號線所有電客車閘瓦間隙狀態(tài)進(jìn)行普查,發(fā)現(xiàn)自動調(diào)整功能失效的TBU全部進(jìn)行更換。

(2)對所有電客車的手動調(diào)整螺母進(jìn)行更換。

(3)對故障TBU的棘輪、O型密封圈進(jìn)行更換，將現(xiàn)有的O型圈改為滑動阻力更低的O型圈，增加潤滑脂用量。

3.2 TBU不能施加停放制動故障

3.2.1原因分析

現(xiàn)場有電功能試驗過程中發(fā)現(xiàn)部分TBU不能正常施加停放制動，將故障件分解后發(fā)現(xiàn)離合器齒輪部位和止動閂的端頭有明顯磨損現(xiàn)象(如圖9所示)。離合器出現(xiàn)磨損的原因是拉動手動緩解拉繩時，離合器在停放制動彈簧力下旋轉(zhuǎn)向下，離合器未恢復(fù)到位，此時松開緩解拉繩，制動門立即彈出與離合器的齒接觸打滑拉動手動緩解拉繩時要等停放制動缸恢復(fù)到位后再松開，時間約為3～5 s。

圖9 離合器齒輪部位和止動門的端頭磨損

3.2.2整改方案

故障離合器齒輪處及止動閂端頭出現(xiàn)磨損不能繼續(xù)使用時，進(jìn)行更換新備件，備件更換后測試停放制動施加、緩解不少于50次，確保功能正常。此外，需對所有電客車進(jìn)行逐一普查。

3.3 TBU停放制動氣路連接處漏氣

3.3.1原因分析

通過對漏氣處進(jìn)行拆解、分析，原因主要有兩方面。

(1)作業(yè)人員氣管安裝技能不高，自檢互檢不到位，導(dǎo)致制動缸接頭處氣管安裝質(zhì)量不良，導(dǎo)致漏氣。

(2)停放制動缸安裝面密封圈老化或變形。

3.3.2整改方案

(1)針對DKZ75型電客車的所有氣路連接處進(jìn)行逐一普查，發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)場進(jìn)行檢查。若發(fā)現(xiàn)停放制動缸安裝面密封圈變形或老化立即進(jìn)行更換，若發(fā)現(xiàn)由于安裝問題導(dǎo)致漏氣現(xiàn)場重新連接氣管。

(2)作業(yè)完成后，用間隙片檢查停放制動缸和殼體中間的縫隙，確保后期不會發(fā)生同樣的故障。

4 結(jié)束語

西安地鐵2號線增購車運營一年多以來，發(fā)生多起TBU典型故障，經(jīng)過調(diào)查和探討分析，提出了有效的整改方案，對存在的問題進(jìn)行整改，取得了顯著效果，降低了TBU的故障率，提高了DKZ75型電客車服務(wù)質(zhì)量，保證地鐵車輛平安運營，為乘客提供了優(yōu)質(zhì)服務(wù)。