CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)偏磨超限原因分析及改進(jìn)措施

劉澤雪

(中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司武漢動(dòng)車段 湖北 武漢 430080)

0 引言

動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)是動(dòng)車組基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的重要組成部分，分為輪裝制動(dòng)盤(pán)和軸裝制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)盤(pán)的材質(zhì)主要是合金鑄鋼，具有較好的耐磨性和散熱性。當(dāng)動(dòng)車組施加制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)空氣由進(jìn)氣口進(jìn)入制動(dòng)夾鉗內(nèi)部，通過(guò)膜板風(fēng)缸作用，使夾鉗內(nèi)部杠桿推動(dòng)扭轉(zhuǎn)偏心軸，帶動(dòng)夾鉗臂將閘片托、閘片緊壓在制動(dòng)盤(pán)上，通過(guò)摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力，制動(dòng)盤(pán)與閘片經(jīng)過(guò)摩擦產(chǎn)生一定的磨耗(見(jiàn)圖1)，長(zhǎng)此以往就會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)和閘片磨耗到限。制動(dòng)夾鉗閘片與制動(dòng)盤(pán)的相對(duì)位置如圖2所示。

1—安裝座；2—支撐銷；3—進(jìn)氣口；4—推桿調(diào)整器；5—自動(dòng)間隙調(diào)節(jié)裝置；6—六角頭復(fù)位螺栓；7—膜板風(fēng)缸；8—平行滑桿；9—?dú)んw；10—夾鉗臂；11—閘片托；12—閘片。圖1 制動(dòng)夾鉗示意圖

圖2 夾鉗閘片與制動(dòng)盤(pán)位置示意圖

1 故障調(diào)查

動(dòng)車組高級(jí)修時(shí)，要對(duì)制動(dòng)盤(pán)磨耗情況進(jìn)行測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)要求制動(dòng)盤(pán)單側(cè)剩余磨耗量不小于0.5 mm，制動(dòng)盤(pán)摩擦面凹槽不大于0.8 mm，制動(dòng)盤(pán)摩擦面偏磨最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之差不大于0.8 mm，制動(dòng)盤(pán)表面刻痕不大于1 mm，同一車輪兩側(cè)制動(dòng)盤(pán)磨損差不大于2 mm[1-2]。在對(duì)CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)偏磨最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之差超過(guò)0.8 mm限度的情況較多，而其他型號(hào)動(dòng)車組均未發(fā)現(xiàn)制動(dòng)盤(pán)偏磨超限的情況。

為保證動(dòng)車組運(yùn)行安全，當(dāng)制動(dòng)盤(pán)偏磨最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之差超過(guò)0.8 mm時(shí)，須對(duì)其進(jìn)行端面車削處理，以保證其摩擦面的平整度和制動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)的可靠性。目前武漢動(dòng)車段通過(guò)車輪車床進(jìn)行制動(dòng)盤(pán)面車削，由于車床不具備自動(dòng)化測(cè)量、加工的功能，在操作中需要手動(dòng)對(duì)制動(dòng)盤(pán)的上下坐標(biāo)、加工量進(jìn)行設(shè)定，一般熟練操作者對(duì)刀耗時(shí)約10 min，車削加工一個(gè)盤(pán)面耗時(shí)約40 min，造成輪對(duì)檢修工作量和難度的增加，同時(shí)對(duì)動(dòng)車組高級(jí)修修時(shí)的控制增加了一定難度。

2 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)對(duì)近兩年武漢動(dòng)車段段修動(dòng)車組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得出在檢修的動(dòng)車組中，制動(dòng)盤(pán)偏磨超限均發(fā)生在次輪三級(jí)修(運(yùn)行180萬(wàn)km)及以上修程的CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組上。

2.1 制動(dòng)盤(pán)磨耗量對(duì)比

分別選取首輪三級(jí)修(運(yùn)行60萬(wàn)km)、次輪三級(jí)修(運(yùn)行180萬(wàn)km)及以上修程的CRH2A統(tǒng)型和CRH380A型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)剩余磨耗進(jìn)行對(duì)比得出，隨著動(dòng)車組修程的增加，制動(dòng)盤(pán)磨耗越加嚴(yán)重，且CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)磨耗量大于CRH380A型動(dòng)車組。具體數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 不同車型、修程制動(dòng)盤(pán)磨耗情況對(duì)比

原因分析：通過(guò)查閱動(dòng)車組管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組運(yùn)行速度低，多運(yùn)行在城際線、既有線或200～250 km/h的線路，經(jīng)停站間距普遍較短，運(yùn)行時(shí)制動(dòng)頻率較高，閘片與制動(dòng)盤(pán)磨耗幾率較大，是導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)磨耗嚴(yán)重的重要原因。而CRH380A型動(dòng)車組運(yùn)行速度高，大多都運(yùn)行在高鐵線路、客運(yùn)專線，經(jīng)停站間距普遍較長(zhǎng)，運(yùn)行時(shí)制動(dòng)頻率較低，制動(dòng)盤(pán)磨耗相對(duì)較輕。

2.2 偏磨超限盤(pán)面對(duì)比

通過(guò)對(duì)偏磨超限的制動(dòng)盤(pán)所屬位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)偏磨超限集中在拖車輪對(duì)的制動(dòng)盤(pán)上，并且明顯多于動(dòng)車輪對(duì)的制動(dòng)盤(pán)。

原因分析：CRH2型動(dòng)車組制動(dòng)采用復(fù)合制動(dòng)方式，即動(dòng)車使用電制動(dòng)、拖車使用空氣制動(dòng)的復(fù)合制動(dòng)方式。動(dòng)車中電制動(dòng)優(yōu)先，低速區(qū)域的電制動(dòng)停止工作時(shí)或電制動(dòng)故障時(shí)，不足的部分由空氣制動(dòng)力補(bǔ)充實(shí)施。制動(dòng)時(shí)，列車首先最大限度地利用電制動(dòng)力制動(dòng)列車，減輕拖車的空氣制動(dòng)負(fù)荷，以減少拖車的機(jī)械制動(dòng)部件的磨損。根據(jù)動(dòng)車組制動(dòng)原理，在動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)行、制動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)車組拖車是依靠施加空氣制動(dòng)來(lái)制動(dòng)列車，而動(dòng)車主要是依靠電制動(dòng)來(lái)制動(dòng)列車，故拖車輪對(duì)制動(dòng)盤(pán)磨耗較動(dòng)車制動(dòng)盤(pán)嚴(yán)重，出現(xiàn)偏磨的幾率也相對(duì)較高。

2.3 制動(dòng)盤(pán)、閘片及加載情況對(duì)比

(1)將CRH2A統(tǒng)型和CRH380A型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)相關(guān)尺寸進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，兩者規(guī)格、尺寸相同(輪裝制動(dòng)盤(pán)寬度約150 mm，軸裝制動(dòng)盤(pán)寬度約140 mm)，但制動(dòng)盤(pán)實(shí)際有效摩擦面尺寸有較大區(qū)別。CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)徑向內(nèi)外側(cè)都存在摩擦不到的區(qū)域，外側(cè)約有5 mm，內(nèi)側(cè)約有10 mm，CRH380A型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)外側(cè)基本都能摩擦到，內(nèi)側(cè)約有5 mm寬度的區(qū)域摩擦不到，而CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)偏磨超限的情況多是由于下部約10 mm存在明顯凹槽導(dǎo)致。具體情況如圖4、圖5所示。

圖4 CRH2A統(tǒng)型車輪制動(dòng)盤(pán)

圖5 CRH380A型車輪制動(dòng)盤(pán)

(2)將CRH2A統(tǒng)型和CRH380A型動(dòng)車組的閘片進(jìn)行對(duì)比，有兩處差異。第一處：CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)閘片為分體式，由兩半組成，其中一半上摩擦塊為8塊，另一塊閘片上摩擦塊為9塊，整體共17塊摩擦塊；CRH380A型動(dòng)車組制動(dòng)閘片為整體式，共18塊摩擦塊。其中CRH2A統(tǒng)型閘片內(nèi)側(cè)有5塊摩擦塊，較為分散，CRH380A型有4塊摩擦塊，較為集中。在制動(dòng)過(guò)程中，理論上分析內(nèi)側(cè)摩擦塊多的閘片在制動(dòng)時(shí)對(duì)制動(dòng)盤(pán)磨耗較大，會(huì)導(dǎo)致CRH2A統(tǒng)型制動(dòng)盤(pán)內(nèi)側(cè)磨耗更為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致整個(gè)盤(pán)面磨耗不均勻，造成制動(dòng)盤(pán)偏磨超限。第二處：CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組閘片中部寬度約為12 cm，CRH380A型閘片中部寬度約為14 cm，CRH2A統(tǒng)型閘片較CRH380A型閘片窄了2 cm。對(duì)于閘片所受相同壓力的情況下，閘片與制動(dòng)盤(pán)接觸面積越小，閘片和制動(dòng)盤(pán)的磨耗量越大，偏磨的幾率也就越高[1]。具體情況如圖6、圖7所示。

圖6 CRH2A統(tǒng)型閘片 圖7 CRH380A型閘片

(3)在轉(zhuǎn)向架落成后，對(duì)比CRH2A統(tǒng)型和CRH380A型動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架在空載狀態(tài)下閘片與制動(dòng)盤(pán)相對(duì)位置，兩種車型閘片在空車載荷下不能完全將制動(dòng)盤(pán)覆蓋，制動(dòng)盤(pán)內(nèi)側(cè)的邊緣處沒(méi)有磨耗，CRH2A統(tǒng)型閘片留有約10 mm的寬度，而CRH380A型閘片留有約5 mm的寬度，可驗(yàn)證是因閘片寬度不同，造成制動(dòng)盤(pán)磨耗情況差異。具體情況如圖8、圖9所示。在動(dòng)車組載客情況下，由于軸箱彈簧的作用，構(gòu)架會(huì)相對(duì)輪對(duì)發(fā)生下降，制動(dòng)夾鉗通過(guò)螺栓緊固于構(gòu)架上，閘片則鎖緊于制動(dòng)夾鉗的閘片托上，故閘片在載客情況下相對(duì)于制動(dòng)盤(pán)會(huì)下降，導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)內(nèi)側(cè)磨耗不到的寬度增大，制動(dòng)盤(pán)磨耗不均勻情況加劇[2]。

圖8 CRH2A統(tǒng)空載狀態(tài) 圖9 CRH380A空載狀態(tài)

原因分析：通過(guò)以上CRH2A統(tǒng)型和CRH380A型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)、閘片及加載情況對(duì)比分析，動(dòng)車組在運(yùn)行過(guò)程中，隨著載荷變化和閘片結(jié)構(gòu)差異，制動(dòng)盤(pán)不能全部被貼合摩擦，導(dǎo)致制動(dòng)盤(pán)磨耗不均，造成制動(dòng)盤(pán)偏磨。

2.4 原因總結(jié)

CRH2A統(tǒng)型動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)偏磨超限較多，主要是受動(dòng)車組制動(dòng)頻率和閘片結(jié)構(gòu)影響，制動(dòng)頻率越高制動(dòng)盤(pán)磨耗越高，又因閘片尺寸小，不能與制動(dòng)盤(pán)全部貼合，導(dǎo)致在頻繁制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)盤(pán)磨耗不均勻，長(zhǎng)此以往造成動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)偏磨超限。

3 改進(jìn)措施

(1)加強(qiáng)制動(dòng)盤(pán)、閘片日常檢查，當(dāng)閘片單個(gè)摩擦塊摩擦材料損傷缺陷面積總和大于100 mm2，且整個(gè)閘片摩擦表面，摩擦材料面積低于閘片面積的80%時(shí)，及時(shí)更換新品閘片，避免因閘片掉塊，導(dǎo)致與制動(dòng)盤(pán)摩擦面較少而加劇制動(dòng)盤(pán)偏磨。

(2)后期新車型動(dòng)車組研發(fā)制造過(guò)程中，在閘片結(jié)構(gòu)尺寸選型時(shí)要重點(diǎn)考慮閘片寬度對(duì)制動(dòng)盤(pán)偏磨的影響，可選用寬度較寬的制動(dòng)閘片，減少制動(dòng)盤(pán)不均勻磨耗，降低制動(dòng)盤(pán)偏磨超限故障率，從而保證動(dòng)車組運(yùn)行安全可靠。

4 驗(yàn)證效果

(1)將“當(dāng)閘片單個(gè)摩擦塊摩擦材料損傷缺陷面積總和大于100 mm2，且整個(gè)閘片摩擦表面，摩擦材料面積低于閘片面積的80%時(shí)，及時(shí)更換新品閘片”作為動(dòng)車組檢修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)納入段技術(shù)文件，在動(dòng)車組運(yùn)用檢修過(guò)程中執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)配屬34組動(dòng)車組的制動(dòng)盤(pán)偏磨數(shù)據(jù)，制動(dòng)盤(pán)偏磨超限占比由原來(lái)的80.1%降至32.5%，說(shuō)明及時(shí)更換故障閘片可有效降低偏磨率。

(2)與動(dòng)車組設(shè)計(jì)制造單位研討閘片寬窄對(duì)制動(dòng)盤(pán)偏磨的影響及閘片選型問(wèn)題，提出選用較寬制動(dòng)閘片的建議。根據(jù)復(fù)興號(hào)動(dòng)車組選用14 mm寬度的閘片及運(yùn)用檢修數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)的46組復(fù)興號(hào)動(dòng)車組制動(dòng)盤(pán)數(shù)據(jù)，未發(fā)生制動(dòng)盤(pán)偏磨情況，說(shuō)明增加閘片寬度可有效減少制動(dòng)盤(pán)不均勻磨耗。

5 結(jié)論

動(dòng)車組可通過(guò)增加制動(dòng)閘片寬度與提高制動(dòng)閘片檢查標(biāo)準(zhǔn)來(lái)減少制動(dòng)盤(pán)不均勻磨耗，從而降低制動(dòng)盤(pán)偏磨率，對(duì)動(dòng)車組運(yùn)用檢修及新造車型具有一定參考意義。