鐵路工程車(chē)輛單元制動(dòng)器結(jié)構(gòu)與故障原因分析

張上圣

摘 ?要：文章講述了地鐵工程車(chē)采用的單元制動(dòng)器結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)故障，結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)單元制動(dòng)器故障進(jìn)行分析并提出有效的處理方法，旨在總結(jié)及提出工程車(chē)車(chē)輛單元制動(dòng)器故障的科學(xué)處理方法及思路。

關(guān)鍵詞：地鐵工程車(chē);單元制動(dòng)器;結(jié)構(gòu)與故障分析

一、概述

為了適應(yīng)城市軌道交通及大中型養(yǎng)路機(jī)械、設(shè)備檢測(cè)系列工程車(chē)的速度與載重的需求，提高鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛的技術(shù)裝備水平。目前，各類工程車(chē)輛的制動(dòng)裝置普遍采用單元制動(dòng)器，它是集制動(dòng)缸、間隙調(diào)整器、力的放大機(jī)構(gòu)為一體的裝置，有重量輕、制動(dòng)載荷分布均勻、平衡轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能、維護(hù)量少等特點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通工程車(chē)輛與大中型養(yǎng)路機(jī)械、設(shè)備檢測(cè)系列的工程車(chē)應(yīng)用較多的單元制動(dòng)器型號(hào)有：四川江山鐵路配件公司的JSP型、鐵科院車(chē)輛研究所的XFD型以及株洲九方制動(dòng)設(shè)備公司的JDYZ型等。各類單元制動(dòng)器雖然各有特點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)原理、保養(yǎng)方法基本相同，本文以JSP-2型（帶停放制動(dòng)）的單元制動(dòng)器為例進(jìn)行介紹。

二、單元制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與原理

1.單元制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)

單元制動(dòng)器結(jié)構(gòu)由缸體1、制動(dòng)皮碗及楔角機(jī)構(gòu)2、塔式復(fù)原彈簧3、固定軸承4、滾動(dòng)軸承5、間隙調(diào)整器6、調(diào)整螺桿7、小調(diào)整螺桿8、停車(chē)制動(dòng)主彈簧9、停車(chē)制動(dòng)皮碗10、調(diào)整螺母11、手動(dòng)緩解裝置12、中間隔板13、棘輪機(jī)構(gòu)14、調(diào)整六方15組成。

2.單元制動(dòng)器的工作原理

JSP-2型單元制動(dòng)器的動(dòng)作原理分為兩個(gè)部分，一個(gè)是停放制動(dòng)功能的制動(dòng)與緩解;另一個(gè)部分是常用制動(dòng)的制動(dòng)施加與緩解。主要原理都是通過(guò)壓力空氣對(duì)單元制動(dòng)器的充風(fēng)與排風(fēng)，控制兩部分功能的制動(dòng)與緩解。不同的是，停放制動(dòng)的施加并不需要充風(fēng)，而緩解是需要充風(fēng)的。

1）常用制動(dòng)

壓縮空氣經(jīng)P口進(jìn)入制動(dòng)缸缸體，制動(dòng)缸皮碗在壓力空氣的作用下通過(guò)楔角機(jī)構(gòu)克服彈簧力下移，推動(dòng)滾動(dòng)軸承向前移動(dòng)，與此同時(shí)間隙調(diào)整器前移，從而推出調(diào)整螺桿帶動(dòng)閘瓦托、閘瓦壓緊車(chē)輪踏面，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的制動(dòng)功能，如圖1所示。

2）常用制動(dòng)緩解

制動(dòng)缸壓縮空氣從P口排出，制動(dòng)皮碗及楔角機(jī)構(gòu)在復(fù)原彈簧的彈簧力作用下上移，帶動(dòng)滾動(dòng)軸承和間隙調(diào)整器、調(diào)整螺桿后退，從而實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的緩解。

3）停放制動(dòng)

機(jī)車(chē)停放制動(dòng)時(shí)，中間隔板與上部皮碗之間壓縮空氣排出，單元制動(dòng)器上部的皮碗在主彈簧作用力下迅速下移，同時(shí)帶動(dòng)小調(diào)整螺桿下移，小調(diào)整螺經(jīng)過(guò)中間隔板的通孔推動(dòng)制動(dòng)皮碗及楔角機(jī)構(gòu)克服彈簧力下移，從而能在無(wú)風(fēng)壓的情況下產(chǎn)生停放制動(dòng)作用，如圖3所示。

4）停放制動(dòng)空氣緩解

總風(fēng)缸壓力空氣進(jìn)入停車(chē)制動(dòng)皮碗下方，當(dāng)壓力值達(dá)到450kPa以上時(shí)，推動(dòng)皮碗和主彈簧向上移動(dòng)，從而帶動(dòng)小調(diào)整螺桿上移，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛停放制動(dòng)的緩解。如圖2所示。

5）停放制動(dòng)手動(dòng)緩解

用專用工具拉動(dòng)手動(dòng)緩解銷，調(diào)整螺母和棘輪裝置在停放制動(dòng)主彈簧的作用下快速旋轉(zhuǎn)，迫使停放制動(dòng)主彈簧和皮碗下移至上缸體的最底端，同時(shí)由于調(diào)整螺母的快速旋轉(zhuǎn)，小調(diào)整螺桿迅速上移至上缸體的頂端，實(shí)現(xiàn)了停放制動(dòng)的緩解，如圖4所示。

三、單元制動(dòng)器的主要特性

1、力的放大機(jī)構(gòu)采用楔角放大原理

傳統(tǒng)的基礎(chǔ)制動(dòng)力的放大原理基本上通過(guò)逐級(jí)的杠桿傳遞完成，而單元制動(dòng)器力的放大采用楔角放大原理，使制動(dòng)單元重量輕、體積小、輸出力大且范圍廣，如圖5所示。

踏面制動(dòng)單元力的放大倍率僅與楔角角度有關(guān)，制動(dòng)倍率的計(jì)算如下：

k=p1·1/tgα=p1·n

故 ?n=k/p1=1/tgα

式中

n—制動(dòng)倍率

p1—制動(dòng)皮碗作用力

k—制動(dòng)單元輸

α—楔角角度

2、單向間隙調(diào)整器對(duì)彈性變形的不調(diào)整性，確保閘瓦與車(chē)輪踏面的有效間隙

踏面制動(dòng)單元在制動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生如下三種變形與位移：

（1）在輸出力傳遞過(guò)程中，由于機(jī)械原因，間隙調(diào)整器內(nèi)將產(chǎn)生較小范圍內(nèi)的彈性變形;

（2）制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪產(chǎn)生沿受力方向的彈性位移;

（3）制動(dòng)時(shí)，單元制動(dòng)器安裝固定座的彈性變形位移。

由于上述彈性變形，將促使間隙調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整。這樣會(huì)造成車(chē)輪踏面與閘瓦間的有效間隙越來(lái)越小。為了防止該現(xiàn)象的發(fā)生，JSP型踏面制動(dòng)單元的單向間隙調(diào)整器內(nèi)設(shè)置了制動(dòng)盤(pán)機(jī)構(gòu)，以保證彈性變形范圍內(nèi)，間隙調(diào)整器不調(diào)整，使閘瓦與車(chē)輪踏面之間的正常間隙保持始終不變。當(dāng)閘瓦磨耗時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整閘瓦與車(chē)輪踏面間隙變化，使之達(dá)到規(guī)定的正常間隙。

四、常見(jiàn)故障與應(yīng)急故障的處理方法

1、常見(jiàn)故障分析判斷及處理

在機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)用和單元制動(dòng)器試驗(yàn)中，單元制動(dòng)器產(chǎn)生故障，應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行故障的分析，判斷故障原因，檢修處理。故障分析判斷及處理主要情況如表1所示。

以上故障，除第1條外均須將單元制動(dòng)器解體進(jìn)行修理。如在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)以上故障，須考慮將故障單元制動(dòng)器隔離，確保車(chē)輛繼續(xù)運(yùn)行，在車(chē)輛回庫(kù)后對(duì)故障單元制動(dòng)器進(jìn)行處理。拆解過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑脂不足、變質(zhì)或夾雜金屬屑等異物，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充更換油脂，清理雜物，防止拉傷制動(dòng)缸體內(nèi)表面，造成卡滯。

隔離的方法是關(guān)閉故障單元制動(dòng)器的進(jìn)風(fēng)管路上的截?cái)嗳T(mén)，包括停放制動(dòng)進(jìn)風(fēng)管路和常用制動(dòng)進(jìn)風(fēng)管路上的截?cái)嗳T(mén)。

隔離前，注意須按要求操作手動(dòng)緩解裝置使停車(chē)制動(dòng)緩解，并檢查單元制動(dòng)器應(yīng)緩解徹底。如果操作手動(dòng)緩解裝置不緩解，按下面應(yīng)急處理的有關(guān)步驟進(jìn)行。

日常檢查時(shí)，應(yīng)熟悉各單元制動(dòng)器各進(jìn)風(fēng)管路截?cái)嗳T(mén)位置，才能做到發(fā)生故障后快速、準(zhǔn)確的進(jìn)行隔離操作。

2、應(yīng)急處理

（1）停放制動(dòng)無(wú)法緩解

1）首先應(yīng)檢查自閥、單閥應(yīng)置于緩解位，即單元制動(dòng)器的常用制動(dòng)缸處于緩解位;

2）操作停車(chē)制動(dòng)緩解閥，將總風(fēng)充入停車(chē)制動(dòng)缸，觀察停車(chē)制動(dòng)能否緩解;

3）如不能緩解，可拉動(dòng)單元制動(dòng)器側(cè)面的手動(dòng)緩解銷，觀察停車(chē)制動(dòng)能否緩解;

4）如不能緩解，可使用管鉗轉(zhuǎn)動(dòng)單元制動(dòng)器后部的調(diào)整六方，使閘瓦托向后退，離開(kāi)車(chē)輪;

5）當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整六方，瓦托不動(dòng)作或動(dòng)作很小時(shí)，按以下步驟操作：

a.拆除故障單元制動(dòng)器的常用制動(dòng)缸風(fēng)管，確保常用制動(dòng)缸處于緩解狀態(tài);

b.可用管鉗轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)緩解裝置外筒，將其拆除，觀察停車(chē)制動(dòng)能否緩解;

c.如此時(shí)仍不能緩解，用一字螺絲刀從手動(dòng)緩解裝置安裝孔伸入，拔動(dòng)內(nèi)部的棘輪套使其緩解;或者用撬杠撬閘瓦托中間與車(chē)輪縫隙部位，使制動(dòng)器緩解。

d.制動(dòng)器緩解后裝上手緩解裝置，將常用制動(dòng)器風(fēng)管接好，關(guān)閉常用制動(dòng)、停車(chē)制動(dòng)風(fēng)管的截?cái)嗳T(mén)，將故障單元制動(dòng)器隔離。

（2）常用制動(dòng)無(wú)法緩解

1）可使用管鉗轉(zhuǎn)動(dòng)單元制動(dòng)器后部的調(diào)整六方，使閘瓦托向后退，離開(kāi)車(chē)輪;

2）使用撬杠撬閘瓦托中間與車(chē)輪縫隙部位，使制動(dòng)器緩解。

以上2種措施可共同作用。

3）制動(dòng)器緩解后關(guān)閉常用制動(dòng)、停車(chē)制動(dòng)風(fēng)管的截?cái)嗳T(mén)，將故障單元制動(dòng)器隔離。

五、總結(jié)

單元制動(dòng)器是工程車(chē)輛整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行部分，一旦失效車(chē)輛將會(huì)失去制動(dòng)力，從而給行車(chē)安全帶來(lái)巨大的隱患。因此，能夠針對(duì)性的對(duì)單元制動(dòng)器進(jìn)行有效保養(yǎng)，減少故障的產(chǎn)生;或在故障發(fā)生后準(zhǔn)確判斷故障位置，使用有效方法進(jìn)行處理，對(duì)及時(shí)恢復(fù)線網(wǎng)運(yùn)行，提高施工工時(shí)有效利用率有重大意義。

參考文獻(xiàn)：

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1388501705363