高速機(jī)車盤形制動(dòng)裝置故障分析與處理

汪 遠(yuǎn)，王 磊

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，1、學(xué)生，2、副教授，江蘇 南京 210031）

1 前言

高速機(jī)車制動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)列車途中減速或停車的關(guān)鍵部件，其性能好壞直接影響列車行車安全。若制動(dòng)裝置發(fā)生故障會(huì)使機(jī)車的制動(dòng)性能下降，影響機(jī)車車輛的正常制動(dòng)，使機(jī)車不能正常減速或按照規(guī)定的制動(dòng)距離停車，嚴(yán)重的甚至使機(jī)車喪失制動(dòng)性能，造成列車追尾或脫軌的重大事故。

目前，鐵路機(jī)車車輛主要采用踏面制動(dòng)和盤形制動(dòng)兩種方式，其中高速機(jī)車主要使用盤形制動(dòng)方式。盤形制動(dòng)裝置中制動(dòng)夾鉗卡滯、制動(dòng)閘片偏磨和制動(dòng)盤故障等故障是影響高速機(jī)車的典型故障，本文重點(diǎn)分析典型故障產(chǎn)生原因及處理方法。

2 制動(dòng)裝置構(gòu)成和作用

盤形制動(dòng)裝置主要由不帶有停放制動(dòng)的制動(dòng)夾鉗（見圖1）、帶有停放制動(dòng)的制動(dòng)夾鉗（見圖2）、制動(dòng)閘片和制動(dòng)盤等部分組成。

高速機(jī)車的盤形制動(dòng)裝置采用的輪裝式制動(dòng)盤，其制動(dòng)盤通過螺栓固定安裝在車輪輻板的兩側(cè)，制動(dòng)夾鉗主要由夾鉗杠桿機(jī)構(gòu)、制動(dòng)缸以及閘片托等零件構(gòu)成（如圖3 所示），制動(dòng)夾鉗吊裝在轉(zhuǎn)向架上，制動(dòng)閘片安裝在制動(dòng)夾鉗的閘片托上，并有間隙地跨在制動(dòng)盤摩擦面兩側(cè)。當(dāng)司機(jī)施加制動(dòng)指令后，制動(dòng)夾鉗在空氣壓力的作用下，帶動(dòng)閘瓦拖上的兩個(gè)閘片緊緊的壓住制動(dòng)盤側(cè)面，從而通過閘片與制動(dòng)盤的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力，將列車的高速動(dòng)能轉(zhuǎn)化為制動(dòng)摩擦熱能，使列車減速或停車。

圖1 不帶停放制動(dòng)的制動(dòng)夾鉗

圖2 帶有停放制動(dòng)的制動(dòng)夾鉗

圖3 制動(dòng)夾鉗結(jié)構(gòu)示意圖（不含制動(dòng)缸）

3 制動(dòng)裝置故障類型

高速機(jī)車盤形制動(dòng)裝置在制動(dòng)過程中制動(dòng)夾鉗、制動(dòng)盤及制動(dòng)閘片會(huì)產(chǎn)生一些故障，如制動(dòng)缸漏氣、制動(dòng)夾鉗卡滯、制動(dòng)閘片偏磨和制動(dòng)盤異常磨耗等典型故障［1-5］。

3.1 制動(dòng)缸漏氣制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣作用于活塞產(chǎn)生推力，并且經(jīng)過制動(dòng)夾鉗等一系列杠桿機(jī)構(gòu)，最終傳遞給制動(dòng)閘片，使閘片與制動(dòng)盤相互摩擦從而使列車實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)缸漏氣將會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)缸內(nèi)的壓縮空氣作用在活塞上而產(chǎn)生的推力不夠，導(dǎo)致制動(dòng)閘片不能有效地與制動(dòng)盤貼合，造成列車制動(dòng)力下降，影響制動(dòng)效率。

3.2 制動(dòng)夾鉗卡滯制動(dòng)夾鉗是盤形制動(dòng)的主要活動(dòng)部件。如果制動(dòng)夾鉗發(fā)生卡滯，將嚴(yán)重影響制動(dòng)夾鉗上的制動(dòng)閘片壓緊制動(dòng)盤，導(dǎo)致列車制動(dòng)力不能正常施加，嚴(yán)重影響到列車的正常運(yùn)行。

3.3 制動(dòng)閘片偏磨制動(dòng)閘片是制動(dòng)夾鉗上的關(guān)鍵零件，也可作為單獨(dú)部件。列車在施加制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)夾鉗帶動(dòng)制動(dòng)閘片一起動(dòng)作，壓緊制動(dòng)盤摩擦面，使高速運(yùn)行的機(jī)車減速或停止運(yùn)行。制動(dòng)閘片在使用過程中，由于需要夾緊制動(dòng)盤使列車制動(dòng)，常常會(huì)產(chǎn)生磨耗。由于不同制動(dòng)半徑下的線速度差異，對(duì)于同一個(gè)制動(dòng)閘片而言常會(huì)出現(xiàn)閘片外側(cè)磨耗大于閘片內(nèi)側(cè)的偏磨現(xiàn)象。按照制動(dòng)閘片的設(shè)計(jì)和使用規(guī)范，制動(dòng)閘片一般要求偏磨最薄的地方不得小于5mm，而同一制動(dòng)閘片的內(nèi)側(cè)厚度剩余還有20mm左右；偏磨嚴(yán)重的閘片內(nèi)側(cè)可能達(dá)到23mm，而閘片外側(cè)的最薄處僅有3mm。閘片最薄地方的厚度不得小于5mm，如果低于5mm 就需要進(jìn)行更換，制動(dòng)閘片偏磨勢(shì)必造成很大的浪費(fèi)，增加運(yùn)營成本。

3.4 制動(dòng)盤異常磨耗高速機(jī)車施加制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)閘片壓緊制動(dòng)盤產(chǎn)生摩擦力，從而使機(jī)車車輛實(shí)現(xiàn)減速和停止運(yùn)動(dòng)。制動(dòng)閘片與制動(dòng)盤由于摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力，在這個(gè)過程中可能發(fā)生制動(dòng)盤磨耗過快、磨耗偏大和磨耗不均而產(chǎn)生的凹陷偏磨等現(xiàn)象。這些磨耗會(huì)造成制動(dòng)盤使用壽命縮短，造成制動(dòng)盤維修或更換頻率變高、成本變大。

4 制動(dòng)裝置故障原因及處理方法

4.1 制動(dòng)缸漏氣產(chǎn)生原因及處理方法

4.1.1 制動(dòng)缸漏氣原因

1）制動(dòng)缸的膜板破損。膜板與大氣相通，當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)缸時(shí)，如果制動(dòng)缸的膜板破損，將會(huì)使壓縮空氣直接排到大氣中，無法產(chǎn)生推力推動(dòng)活塞使夾鉗杠桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作，導(dǎo)致列車制動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)。膜板破損原因是膜板在活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，膜板薄弱處容易疲勞開裂，導(dǎo)致制動(dòng)缸缸體漏風(fēng)；此外若膜板自身質(zhì)量不好，也易造成制動(dòng)缸漏風(fēng)。

2）制動(dòng)缸螺栓緊固不均。制動(dòng)缸在組裝時(shí)螺栓緊固不均勻,缸體與缸蓋受力不均勻,容易造成缸體與缸蓋間漏氣。

4.1.2 制動(dòng)缸漏氣處理方法

1）改善制動(dòng)缸膜板材質(zhì)，增加膜板膠質(zhì)含量，提高膜板彈性，使膜板在運(yùn)動(dòng)過程中不易產(chǎn)生破裂和損壞。

2）在制動(dòng)缸組裝過程中要嚴(yán)格按照工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)做好包括緊固螺栓等工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4.2 制動(dòng)夾鉗卡滯故障原因分析及處理方法

4.2.1 制動(dòng)夾鉗卡滯故障原因

1）在列車施加制動(dòng)過程中，制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)的各個(gè)銷和軸之間可能進(jìn)入雜物，如風(fēng)沙、灰塵、油污等，會(huì)影響到夾鉗機(jī)構(gòu)正常動(dòng)作，甚至造成卡滯，使高速機(jī)車無法正常施加制動(dòng)。

2）夾鉗機(jī)構(gòu)缺油銹死會(huì)使夾鉗機(jī)構(gòu)在傳遞制動(dòng)力過程中卡滯，導(dǎo)致列車正常制動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)。

4.2.2 制動(dòng)夾鉗卡滯處理方法

1）定期檢查制動(dòng)夾鉗各個(gè)銷軸之間動(dòng)作是否良好，使夾鉗機(jī)構(gòu)狀況符合檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)常清理制動(dòng)夾鉗軸銷各機(jī)構(gòu)，保證夾鉗機(jī)構(gòu)各個(gè)銷和軸之間的潔凈，防止卡滯問題發(fā)生。

2）定期對(duì)夾鉗機(jī)構(gòu)進(jìn)行除銹、潤滑保養(yǎng)，確保夾鉗機(jī)構(gòu)各傳動(dòng)部件均能夠正常動(dòng)作。

3）加強(qiáng)對(duì)夾鉗機(jī)構(gòu)的檢修管理，提高夾鉗機(jī)構(gòu)檢修質(zhì)量。按照檢修作業(yè)要求，加強(qiáng)作業(yè)人員培訓(xùn)，認(rèn)真執(zhí)行檢修作業(yè)規(guī)范，對(duì)可能導(dǎo)致故障的薄弱環(huán)節(jié)要心中有數(shù)及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)，確保夾鉗機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)缺油銹死與夾鉗機(jī)構(gòu)進(jìn)入異物等導(dǎo)致夾鉗機(jī)構(gòu)故障的現(xiàn)象發(fā)生。

4.3 制動(dòng)閘片偏磨故障原因及處理方法

4.3.1 制動(dòng)閘片偏磨故障原因

制動(dòng)閘片產(chǎn)生偏磨的原因有很多種，主要是制動(dòng)夾鉗閘片托機(jī)構(gòu)的加工制造缺陷和組裝偏差，具體原因主要表現(xiàn)在以下方面：

1）制動(dòng)閘片在制動(dòng)過程中，制動(dòng)閘片的內(nèi)側(cè)與外側(cè)線速度不一樣。制動(dòng)閘片在靠近制動(dòng)盤中心部分的線速度較低，制動(dòng)閘片磨耗較?。褐苿?dòng)閘片在靠近制動(dòng)盤外側(cè)的線速度較高，制動(dòng)閘片磨耗較大，因此出現(xiàn)制動(dòng)閘片偏磨現(xiàn)象。

2）制動(dòng)夾鉗單元重心偏差較大。制動(dòng)夾鉗單元主要由制動(dòng)缸和制動(dòng)夾鉗杠桿構(gòu)成。由于制動(dòng)夾鉗單元制動(dòng)缸的存在，使制動(dòng)夾鉗單元重心偏向于缸體一側(cè)，較重一側(cè)制動(dòng)閘片更加容易貼緊制動(dòng)盤，從而造成制動(dòng)閘片偏磨現(xiàn)象。

3）制動(dòng)夾鉗的吊掛裝置的孔和對(duì)應(yīng)的圓柱銷配合間隙變大，致使制動(dòng)閘片偏離作用中心而造成制動(dòng)閘片的偏磨。

4）制動(dòng)閘片和制動(dòng)盤之間的匹配性較差。在制動(dòng)過程中，制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生異常磨耗，從而導(dǎo)致制動(dòng)閘片受力不均勻，造成制動(dòng)閘片的偏磨。

4.3.2 制動(dòng)閘片偏磨處理方法

1）優(yōu)化閘片的摩擦受力面積和通風(fēng)排屑槽分布，使制動(dòng)閘片在制動(dòng)過程中，制動(dòng)閘片內(nèi)外側(cè)的線速度不一樣得到改善。

2）調(diào)整閘片面心位置，優(yōu)化閘片托結(jié)構(gòu)，改善閘片結(jié)構(gòu)，使制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)盤所產(chǎn)生的壓力更合理均勻地分配在制動(dòng)閘片上。

3）提升制動(dòng)夾鉗單元易產(chǎn)生磨耗部件的材質(zhì)性能，提升制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)的磨耗性，延長使用壽命。此外，要提升檢修和日常養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，保證制動(dòng)閘片不偏離作用中心，減小制動(dòng)閘片的偏磨。

4）增加制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)之間的潤滑。在制動(dòng)夾鉗檢修時(shí)，要嚴(yán)格執(zhí)行工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)真落實(shí)活動(dòng)機(jī)構(gòu)部件潤滑要求，確保制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)能夠正常施加制動(dòng)，避免因夾鉗部件卡滯而造成的閘片偏磨。

5）優(yōu)化制動(dòng)夾鉗軸銷之間的安裝精度，設(shè)計(jì)合理的制動(dòng)夾鉗的間隙配合，使制動(dòng)閘片能夠更有效地貼合于制動(dòng)盤，進(jìn)而減小制動(dòng)閘片的偏磨。

4.4 制動(dòng)盤異常磨耗產(chǎn)生原因與處理方法

4.4.1 制動(dòng)盤異常磨耗產(chǎn)生原因

制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片均為易磨損部件，在使用過程中磨耗是不可避免的。制動(dòng)盤使用壽命與溫度，制動(dòng)盤材質(zhì)和性能等因素有關(guān)，制動(dòng)盤異常磨耗產(chǎn)生原因：

1）制動(dòng)盤的硬度低，制造制動(dòng)盤所使用的材質(zhì)硬度低于制動(dòng)閘片所使用材料的硬度，造成制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片之間匹配性能較差。制動(dòng)盤材質(zhì)硬度低是造成制動(dòng)盤異常磨耗的原因之一。

2）制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片之間的配合間隙大小不均，制動(dòng)盤通風(fēng)散熱不良，制動(dòng)盤的不同部位受到制動(dòng)閘片的壓力不同等，會(huì)造成制動(dòng)盤盤面上的溫度不均，溫度高的部位容易萌生裂紋，相對(duì)磨損較為嚴(yán)重，從而造成制動(dòng)盤的異常磨耗。

3）制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片間有異物存在。在機(jī)車高速運(yùn)行過程中，制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片之間如果進(jìn)入沙粒、冰雪等異物，在制動(dòng)盤和制動(dòng)閘片結(jié)合面容易造成磨粒磨損，磨粒磨損屬于點(diǎn)接觸，更容易造成制動(dòng)盤和制動(dòng)閘片表面劃傷等異常磨耗。

4.4.2 制動(dòng)盤異常磨耗處理方法：

1）優(yōu)化制動(dòng)盤材質(zhì)，調(diào)整制動(dòng)盤和制動(dòng)閘片的硬度，提高制動(dòng)盤與制動(dòng)閘片之間的匹配性。

2）加強(qiáng)對(duì)制動(dòng)盤以及制動(dòng)夾鉗、制動(dòng)閘片的檢修管理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤產(chǎn)生非正常劃傷時(shí)，要及時(shí)修理、排除故障或更換新制動(dòng)盤。定期清理制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)以及制動(dòng)盤盤面，使制動(dòng)盤與制動(dòng)夾鉗間不存有異物，保持部件干凈。這樣更有利于減小制動(dòng)盤的異常磨耗。

3）改善制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)與制動(dòng)閘片結(jié)構(gòu)，使制動(dòng)閘片對(duì)制動(dòng)盤的制動(dòng)壓力分配更加均勻，減小制動(dòng)盤因受力不均而產(chǎn)生的異常磨耗。

5 結(jié)束語

本文以我國目前高速機(jī)車廣泛使用的盤形制動(dòng)制動(dòng)裝置為研究對(duì)象，針對(duì)該裝置在實(shí)際運(yùn)用使用過程中存在的制動(dòng)缸漏氣、制動(dòng)夾鉗機(jī)構(gòu)與制動(dòng)閘片故障和制動(dòng)盤異常磨耗等典型故障，分析成因，提出對(duì)策，旨在為防止以至消除上述故障，提升設(shè)備安全性可靠性拋磚引玉，期望引發(fā)有關(guān)使用單位和維修人員重視，集思廣益，形成更多更好的思路和辦法，既為主機(jī)制造企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)源頭上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造組裝過程中工藝控制提供技術(shù)支撐，也為各鐵路站段優(yōu)化制動(dòng)裝置的檢修方案提供依據(jù)。