某型出口機(jī)車用單元制動(dòng)器故障原因分析及處理

王國明 于春生

摘要：某型出口機(jī)車運(yùn)用中單元制動(dòng)器出現(xiàn)數(shù)起漏風(fēng)和緩解卡滯故障。通過對(duì)故障發(fā)生機(jī)理的深入研究，找出故障原因。針對(duì)客戶特殊的機(jī)車運(yùn)用條件，對(duì)單元制動(dòng)器做出適應(yīng)性改進(jìn)，優(yōu)化加強(qiáng)型支架和呼吸器結(jié)構(gòu)，徹底消除漏風(fēng)和卡滯現(xiàn)象。確保機(jī)車的可靠運(yùn)行，滿足了客戶的要求。

關(guān)鍵詞：單元制動(dòng)器;漏風(fēng);卡滯

中圖分類號(hào)：U269? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0153-02

1? 故障現(xiàn)象

某型出口機(jī)車用于煤炭運(yùn)輸，運(yùn)用中單元制動(dòng)器出現(xiàn)數(shù)起漏風(fēng)現(xiàn)象，并在制動(dòng)緩解的過程中存在運(yùn)動(dòng)卡滯。具體現(xiàn)象為向單元制動(dòng)器的制動(dòng)缸充風(fēng)實(shí)施常用制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)缸的呼吸器處有風(fēng)持續(xù)排出;制動(dòng)缸排風(fēng)實(shí)施常用制動(dòng)緩解時(shí)，閘瓦托不能完全退回到緩解位置。而單元制動(dòng)器工作時(shí)各部件必須平穩(wěn)、不卡滯，如果單元制動(dòng)器卡滯，尤其是單元執(zhí)行緩解作用時(shí)卡滯，就可能造成抱輪故障[1]，危及行車安全。

外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，故障件單元制動(dòng)器存在防塵套丟失和破損現(xiàn)象，防塵套破損處較光滑，且方向多為軸向，與老化裂紋的情況區(qū)別明顯。失去防塵套保護(hù)的制動(dòng)螺桿表面發(fā)現(xiàn)大量污物（見圖1右側(cè)），證明外界污物已進(jìn)入制動(dòng)缸內(nèi)部。

檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在加強(qiáng)型支架的下方復(fù)位彈簧處存在較多污物（見圖2），這會(huì)造成運(yùn)動(dòng)阻力加大，導(dǎo)致閘瓦托復(fù)位困難。

此外，閘瓦托上安裝的V形體與調(diào)整螺桿的頭部本應(yīng)貼合在一起，但在故障單元制動(dòng)器上卻發(fā)生了完全脫離。V形體翻轉(zhuǎn)90度，完全失去了限制調(diào)整螺桿旋轉(zhuǎn)的功能。（圖3）

進(jìn)一步拆解制動(dòng)單元，在與皮碗共同組成密封結(jié)構(gòu)的氣缸襯套內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)有沙粒、灰塵等污物存在，并有明顯的劃痕，這將直接導(dǎo)致密封失效，造成壓縮空氣的泄漏。此外，在拆解中還發(fā)現(xiàn)呼吸器存在嚴(yán)重堵塞現(xiàn)象，其他零件未見異常。

我們將故障單元制動(dòng)器解體清洗，清除污物并更換損壞的零件后，其功能完全恢復(fù)了正常。

2? 原因分析

從現(xiàn)象來看，上述單元制動(dòng)器的故障都是首先發(fā)生防塵套破損或丟失，導(dǎo)致單元制動(dòng)器防塵密封失效;進(jìn)而灰塵、沙土進(jìn)入單元制動(dòng)器內(nèi)部，致使皮碗和氣缸襯套發(fā)生嚴(yán)重磨損和劃傷，造成制動(dòng)缸漏風(fēng)。污物進(jìn)入會(huì)同時(shí)導(dǎo)致制動(dòng)缸內(nèi)零件運(yùn)動(dòng)阻力增大，造成緩解卡滯，污物進(jìn)入過多時(shí)甚至?xí)沽慵芰Ξ惓Ｔ斐蓳p壞。

因防塵套未見老化現(xiàn)象，所以防塵套的破損和丟失很可能是意外受到外力作用導(dǎo)致的。分析造成防塵套破損的原因存在以下幾種可能性：

①防塵套意外受到外力的直接作用造成損傷，比如尖銳物體的刮劃導(dǎo)致破損。

②呼吸器被嚴(yán)重堵塞會(huì)造成制動(dòng)時(shí)排風(fēng)不暢，進(jìn)而導(dǎo)致防塵套破損。

施加常用制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)缸充風(fēng)，在風(fēng)壓作用下制動(dòng)鞲鞴向上運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)缸內(nèi)腔中原有的空氣被通過呼吸器排入大氣。如呼吸器被嚴(yán)重堵塞，制動(dòng)缸內(nèi)腔中的空氣將無法排出，就會(huì)將防塵套吹脹（見圖4）。長期處于此狀態(tài)下，防塵套被空氣反復(fù)吹脹，會(huì)導(dǎo)致防塵套破損。

③閘瓦托復(fù)位困難，也會(huì)導(dǎo)致防塵套破損。

制動(dòng)緩解時(shí)，閘瓦托全靠復(fù)位彈簧提供復(fù)位力。更換閘瓦時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整后蓋的六方，調(diào)整螺桿向緩解方向后退，但閘瓦托由于復(fù)位彈簧處污物過多不能與調(diào)整螺桿同步復(fù)位，這將導(dǎo)致閘瓦托上安裝的V形體與調(diào)整螺桿的頭部脫開，隨后V形體在自身重力作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，失去了對(duì)調(diào)整螺桿的防轉(zhuǎn)定位作用。這樣在更換閘瓦的時(shí)候兩端分別固定在箱體和調(diào)整螺桿上的橡膠材質(zhì)的防塵套自身就發(fā)生了嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)。其最終結(jié)果不是防塵套的一端被從固定用的喉箍中強(qiáng)行拉出，就是防塵套自身被扭的發(fā)生破裂（注：不管防塵套的強(qiáng)度多高結(jié)果都一樣），上述任何一個(gè)結(jié)果都會(huì)造成密封失效。（圖5）

綜上所述，單元制動(dòng)器漏風(fēng)和緩解卡滯故障的產(chǎn)生首先是由復(fù)位彈簧處污物積聚造成閘瓦托復(fù)位困難和呼吸器被堵塞造成排風(fēng)不暢共同導(dǎo)致了防塵套破損;然后灰塵、沙土等污物從防塵套破損處進(jìn)入單元制動(dòng)器內(nèi)部，致使皮碗和氣缸襯套發(fā)生嚴(yán)重磨損和劃傷，造成制動(dòng)缸漏風(fēng);同時(shí)污物也造成制動(dòng)缸內(nèi)零件運(yùn)動(dòng)阻力增大，造成了緩解卡滯;污物進(jìn)入過多時(shí)甚至?xí)沽慵芰Ξ惓Ｔ斐蓳p壞。該型機(jī)車用于煤炭運(yùn)輸，工作環(huán)境中的粉塵遠(yuǎn)大于一般線路，這也加重了污物積聚和進(jìn)入單元制動(dòng)器的程度。

3? 整改措施

①首先針對(duì)防塵套受外力直接作用造成破損的情況，需用戶加強(qiáng)對(duì)防塵套的檢查維護(hù)。日常應(yīng)關(guān)注防塵套狀態(tài)，檢查是否有破損情況，存在防塵套破損的單元制動(dòng)器一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)盡快修理，避免故障現(xiàn)象的加劇。同時(shí)規(guī)范檢修操作，避免操作不當(dāng)給防塵套帶來損傷。

②其次針對(duì)呼吸器堵塞的情況，需對(duì)呼吸器防塵結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)用戶也要對(duì)加強(qiáng)呼吸器的檢查維護(hù)。由于現(xiàn)場粉塵較大，需要改進(jìn)排氣防塵器結(jié)構(gòu)，以提升抗污物堵塞能力。經(jīng)研究將原有呼吸器加長，并增設(shè)防塵膠套，相當(dāng)于增加了一道迷宮密封，同時(shí)也可以防止飛濺污物對(duì)呼吸器的直接污染。日常應(yīng)關(guān)注呼吸器狀態(tài)，在制動(dòng)時(shí)呼吸器處應(yīng)有空氣排出，如有堵塞情況，要及時(shí)清理疏通。（圖6）

③針對(duì)復(fù)位彈簧處污物過多，使閘瓦托復(fù)位困難，導(dǎo)致防塵套破損的問題，在現(xiàn)有條件下暫時(shí)先通過日常及時(shí)清理復(fù)位彈簧處的污物以減少故障的發(fā)生;最終還是要通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，以徹底解決復(fù)位彈簧處污物積聚和閘瓦托復(fù)位困難的問題。復(fù)位彈簧位于單元制動(dòng)器的最下方，距離軌道近，在用戶多塵的運(yùn)用環(huán)境中容易積聚污物;改進(jìn)后新的加強(qiáng)型支架將復(fù)位彈簧位置調(diào)整到上方，可以有效解決污物積聚問題。此外，原結(jié)構(gòu)中緩解時(shí)閘瓦托的復(fù)位全靠復(fù)位彈簧提供復(fù)位力，使閘瓦托繞支架銷軸旋轉(zhuǎn)向緩解方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)閘瓦托自身的重力在支架銷軸處產(chǎn)生的扭矩M1是與復(fù)位彈簧的復(fù)位力方向相反的運(yùn)動(dòng)阻力;而改進(jìn)后閘瓦托自身的重力在支架銷軸處產(chǎn)生的扭矩M1則變?yōu)榕c復(fù)位彈簧的復(fù)位力方向相同的輔助復(fù)位力，使閘瓦托閘瓦可以更加可靠的回到緩解位置。閘瓦托復(fù)位可靠則V形體與調(diào)整螺桿的頭部就不會(huì)再發(fā)生脫開，有了V形體的防轉(zhuǎn)定位作用，在更換閘瓦時(shí)防塵套自身也就不會(huì)再發(fā)生扭轉(zhuǎn)，解決了防塵套破損問題。（圖7）

4? 實(shí)施效果

按照上述方案我們對(duì)外方所用的單元制動(dòng)器進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的單元制動(dòng)器先后進(jìn)行了靈敏度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、間隙調(diào)整試驗(yàn)、常用行車制動(dòng)/緩解試驗(yàn)、停放制動(dòng)/緩解試驗(yàn)、制動(dòng)效率試驗(yàn)、低溫性能試驗(yàn)、振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)等項(xiàng)目的檢測[2]，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均滿足試驗(yàn)大綱的要求。改進(jìn)后的單元制動(dòng)器運(yùn)用中再未出現(xiàn)類似問題。單元制動(dòng)器漏風(fēng)和緩解卡滯故障得到了徹底的解決，為機(jī)車的可靠運(yùn)行提供了有力保障，得到了客戶的認(rèn)可。同時(shí)也為今后如何更好的適應(yīng)客戶的特殊需求，從而更好的開拓海外市場積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王增躍.SS3型機(jī)車單元制動(dòng)器抱輪故障淺析[J].機(jī)車車輛工藝，2009（5）：47.

[2]張昕，孔德鵬，王林美，等.TB/T3145-2018，機(jī)車單元制動(dòng)器[S].2018，3-6.