淺談DF4DD、GKD1A型內(nèi)燃機車閘瓦偏磨的原因及應對措施

0 引言

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司物流運輸部(以下簡稱運輸部)現(xiàn)有DF4DD型內(nèi)燃機車6臺, GKD1A型內(nèi)燃機車4臺。所使用的基礎制動裝置為同一類型，即為單側、單閘瓦帶閘瓦間隙調節(jié)器的獨立制動系統(tǒng)，是機車行車安全的主要部件。閘瓦現(xiàn)采用高摩擦合成閘瓦，但散熱效果相對較差，溫升較快。一旦閘瓦發(fā)生偏磨，導致與車輪踏面的接觸面積變小，機車制動力逐漸降低，制動距離延長。另外，閘瓦異常磨損，相應加快了輪緣踏面的磨耗，給調車作業(yè)帶來事故隱患。嚴重時，由于閘瓦間隙自動調節(jié)器的調整量是根據(jù)閘瓦與輪箍實際接觸面積實施的，當機車緩解后閘瓦在制動缸復位彈簧的作用下恢復中心位置時，其閘瓦間隙為零甚至為負值。偏磨達到一定程度時，閘瓦內(nèi)表面就會磨出凸臺，閘瓦緩解后看似沒有與輪箍踏面接觸，實際其產(chǎn)生的凸臺始終與輪箍側面接觸摩擦，再加上合成閘瓦原因，三者結合抱閘運行，極易造成輪箍弛緩，甚至脫落，導致重大行車事故。并且偏磨后的閘瓦一側到限即報廢，勢必造成材料的浪費。

特別是后期運用機車類似故障逐年上升，統(tǒng)計2020-2021年運輸部6種車型的機車閘瓦偏磨故障如圖1所示。

構建南海海洋環(huán)境合作治理的第二個核心要素是一個處于中心地位的合作機制。在波羅的海地區(qū)，由所有沿岸國和受水區(qū)國家參與的赫爾辛基委員會是區(qū)域海洋環(huán)境治理的中心機構。這個機構在最初各方合作的信任和習慣尚未形成之時，起到了非常關鍵的橋梁作用，即為所有成員國提供了一個定期、定點、定向的交流、溝通和協(xié)調的固定平臺。通過這個固定平臺，波羅的海各成員國之間逐漸形成對海洋環(huán)保統(tǒng)一的理解和認識，定期溝通各方的關切，交流政策執(zhí)行的進度，進而建立起長期合作的信任和習慣。

從表14中可以看出，西部礦業(yè)企業(yè)2014～2017年的凈利潤增長率分別為-3.98、-0.10、-0.69、-0.06、1.48，表明2017年企業(yè)的獲利能力增加，盈利能力增強，市場競爭能力增強。由近五年凈利潤增長率的增減趨勢來看，企業(yè)未來的獲利能力及盈利能力會有所增強。

1 基礎制動裝置工作原理

為徹底查出閘瓦偏磨故障的真實原因，先從了解GKD1A、DF4DD型內(nèi)燃機車的基礎制動結構及工作原理著手。其制動裝置都是由制動閘缸、鞲鞴桿、傳力杠桿拉桿、連接傳銷、三孔支撐板等傳動裝置及閘瓦自動調整器、閘瓦組成。不僅有原始設計間隙，裝配間隙，而且整個桿系結構在閘瓦緩解后需存在一定的晃動間隙，如結構示意圖2所示。

其中，Prated 為磷酸鐵鋰電池可提供的額定功率，Irated為磷酸鐵鋰電池提供的額定電流，Ub 為磷酸鐵鋰電池的等效電壓，I0為負載的電流幅值，γ為功率增強因子，衡量應對脈沖性負載時超級電容的響應情況[7]。采用聯(lián)合供電模式，鐵鋰電池和超級電容全部投入。依照文獻[2]，混合動力系統(tǒng)的固有頻率為：

通過圖2所示可以分析當機車制動時，空壓機壓縮出的高壓氣體由總風缸減壓閥進入制動缸，推動缸體鞲鞴桿帶動橫桿AB以C點為旋轉支點逆時針動作。B點又推動U型叉桿BD將力作用到豎桿DF上，進一步使豎桿DF以E點為旋轉支點逆時針動作。將D點的力傳給閘瓦間隙自動調節(jié)器FG。調節(jié)器通過內(nèi)部棘輪旋轉機構將F點的力水平傳遞給閘瓦擠壓到車輪踏面上，使其機車形成制動。當機車緩解時，自動關閉釋放制動缸的內(nèi)部風壓，同時在制動缸內(nèi)復位彈簧的作用下，將所連接的杠桿系統(tǒng)拉回到靜止狀態(tài)，閘瓦脫離車輪踏面緩解完畢。其中閘瓦間隙自動調節(jié)器最終功用是調整閘瓦與輪箍踏面距離(閘瓦間隙)，其具有二種作用，一是在閘瓦磨耗到限更換新的閘瓦后通過手動調節(jié)閘瓦間隙調整到規(guī)定的6～8mm范圍內(nèi)；二是機車運用過程中正常磨耗的閘瓦，當與踏面之間間隙超過8mm時，制動時閘瓦間隙自動調節(jié)器就會自動通過內(nèi)部螺套旋轉螺桿向前直線位移一個距離，同時棘爪在棘輪上下滑一個齒，緩解后棘輪在棘爪的撥動下上轉一個齒，一次進給完成一次距離調整。其調整量即0.2mm，隨著不斷的制動緩解，間隙不斷地調整，最終使閘瓦間隙始終保持在6～8mm范圍內(nèi)。

2 閘瓦偏磨的主要特性分析

在其受賄四年間，對連卓釗暗度陳倉、跨境接送賭客的行為大都睜一只眼閉一只眼。并且，他任內(nèi)的廣東兩次查賭風暴，均從連卓釗的通風報信中獲得官員賭博信息并實施查處。

3 閘瓦偏磨故障的原因分析

3.1 閘瓦和踏面之間相互位置發(fā)生改變

根據(jù)文獻[18]提出的疫苗形式，提取了DE算法中種群的免疫疫苗，并將該疫苗用于指導交叉操作概率因子的選取。疫苗具體提取方法如下：

針對第一故障性方面而言，本身輪箍踏面由二個1：10及1:20斜度組成，機車制動時，閘瓦的摩擦面除了受到輪箍踏面的正壓力(垂直于制動摩擦面并指向閘瓦)作用外，還受到平行于制動摩擦面并指向輪箍外側的切向力作用，使閘瓦始終存在向外偏移的趨勢。同時基礎制動各桿、銷也受到該力的作用，向外產(chǎn)生傾斜角度。當機車緩解后該作用力消失，閘瓦恢復到自由狀態(tài)。機車投入運用時間越長，在該力長期作用下基礎制動各連桿、銷軸及閘瓦不斷磨損。一旦潤滑保養(yǎng)跟不上，加快了各銷軸及銷套的磨損消耗速度，致使各配合間隙變大、運動中的阻抗力增加，導致各傳動部件動作卡滯，機車制動缸內(nèi)部活塞鞲鞴桿動作緩慢、偏磨等故障，致使機車緩解時不徹底。而在這個力的方向產(chǎn)生的塑性變形，通過閘瓦托傳遞給閘瓦上的制動力分布不均勻，最終導致閘瓦向輪箍外側突出，也就是橫向偏磨或斜向偏磨，有時甚至造成動輪弛緩，特別是DF4DD型內(nèi)燃機車1、6導向輪對閘瓦橫向偏磨和斜向偏磨比較集中。閘瓦上下偏磨從以上統(tǒng)計的故障次數(shù)及故障現(xiàn)象來分析，幾乎占據(jù)比例很小。

3.2 制動缸同軸度發(fā)生改變

如圖3所示。

3.3 閘瓦簽、閘瓦托尺寸發(fā)生改變

對于閘瓦左右橫向偏磨及斜向偏磨故障的整治，除了以上兩方面的基礎檢修措施外，可將原長度固定的剛性制動橫拉桿改為可調節(jié)長度的柔性制動橫拉桿。特別是DF4DD型內(nèi)燃機車，其動輪2、3、4、5位閘瓦制動器支撐吊桿下端的連接橫桿，其兩端各有近20mm的螺桿可調節(jié)，因此這4位輪對極少發(fā)生閘瓦橫向偏磨及或緩解后不徹底貼輪現(xiàn)象。而1、6位導向輪對的橫拉桿長度剛性連接不能進行微調，隨著運用周期的增加及各部配合間隙的增大，導致閘瓦橫向偏磨普遍存在。其改進措施是將橫拉桿從中間切斷，整體長度減少45mm，兩端分別加工出M20、長90mm的正反外螺紋，同時加工一個長度200mm的調節(jié)套，套的兩端加工出正反內(nèi)螺紋與橫拉桿的外螺紋配合，套的中間段銑或磨出長50mm、寬5mm左右的上下平行槽，用于調節(jié)扳手使用。另外兩端正反絲螺紋桿處另加鎖緊螺母，以便調整好長度尺寸后鎖緊調節(jié)套防止松動。伴隨著各銷套磨損量的不斷遞增，同輪對的閘瓦橫動量變大，就可通過調整套對制動橫拉桿進行長度尺寸縮短。

4 閘瓦偏磨的應對措施

4.1 檢查和測量基礎制動裝置

此改進措施方案同樣適合GKD1A型內(nèi)燃機車，改進后可隨時根據(jù)閘瓦外移量的大小及各拉桿銷套的磨損量調節(jié)制動橫拉桿的長度，始終保持閘瓦偏移量處于允許尺寸范圍內(nèi)，近一步消除閘瓦橫向偏磨及由此引起的緩解后閘瓦仍貼輪抱箍現(xiàn)象。

閘瓦偏磨主要有三種表現(xiàn)狀態(tài)，一是閘瓦上下偏磨，上部磨耗小下部磨耗大，反之下部磨耗小上部磨耗大；二是閘瓦左右橫向偏磨，閘瓦的外端面全部竄出到輪箍端面之外10～20mm左右；三是斜向偏磨，閘瓦與輪箍踏面在垂線方向形成一定的夾角，即閘瓦的下部向輪箍外端面偏斜而上部向輪緣內(nèi)方向偏斜或者情況相反。

4.2 改造制動橫拉桿及U型叉桿穿銷

一是閘瓦簽圓弧度過大或過小不符合尺寸要求，安裝后閘瓦簽在閘瓦托內(nèi)松動，導致閘瓦、閘瓦簽、閘瓦托三者間互有間隙，制動時極易發(fā)生各種類型偏磨。二是閘瓦托磨損過渡，其上下端面的四個閘瓦定位點接觸面因長期受到力的作用磨耗超限不能正常定位，使得閘瓦外竄產(chǎn)生橫向偏磨。鑄鐵制造的閘瓦托鑄造尺寸偏差也會導致閘瓦與閘瓦托配合面的定位不精準，使得兩者裝配后產(chǎn)生相對錯位，尤其是向內(nèi)側構架錯位時，對偏磨的影響較大易產(chǎn)生斜向偏磨。一般情況下對閘瓦托沒有強制的檢修要求，所以檢修人員不會檢查更換它，而閘瓦為磨耗品到限即更換，新舊件配合加速了閘瓦托這四點接觸面磨損，當達到一定消耗程度時，就會引發(fā)閘瓦不能定位而產(chǎn)生橫向或斜向偏磨。

制動缸鞲鞴與制動缸安裝座本身以及第一傳動桿的同軸度也有嚴格的尺寸要求。因傳動桿墊鐵磨損嚴重造成制動缸鞲鞴下沉，導致制動缸鞲鞴與制動缸前端蓋接磨，在制動時，通過傳遞杠桿系統(tǒng)將磨耗間隙放大，作用在閘瓦托上形成一斜拉力，既會引起制動缸活塞漏氣，又會導致閘瓦不能正常定位而產(chǎn)生橫向或斜向偏磨。同時由于進入制動缸壓縮空氣管路的長短及缸內(nèi)潤滑狀態(tài)的差異，使各動輪制動時極易產(chǎn)生先后，加之中間橫拉桿的傳遞定位作用的限制，先制動者的外移量一度變大，這就是閘瓦偏磨多是單側發(fā)生的原因。

閘瓦偏磨的直接原因是機車制動時閘瓦相對于車輪踏面的位置發(fā)生了變化，使閘瓦摩擦面部分脫離踏面造成的?；A制動裝置的制動作用最終表現(xiàn)為閘瓦與輪對踏面之間的制動作用，它是通過構架來聯(lián)系和實現(xiàn)的。閘瓦和踏面相對位置的改變包括閘瓦相對于構架的位置發(fā)生了故障性改變以及輪對相對于構架位置發(fā)生了故障性改變這兩個方面。

機車輔、小、中修時基礎制動裝置必須符合技術標準。銷與套的配合間隙不得大于0.8mm，整體運動間隙不得超過3mm，且潤滑良好確保動作靈活，杜絕干磨卡滯現(xiàn)象。同時檢查和測量閘瓦托及閘瓦簽，確保4點接觸面的弧度與閘瓦的弧度一致、定位面無凹凸臺等鑄造缺陷。閘瓦托的變形磨損量可通過焊補進行修復，而閘瓦簽的弧度尺寸超差可利用臺虎鉗進行調整，保證閘瓦托、閘瓦簽、閘瓦三者之間的相互密貼性。檢查制動缸鞲鞴與第一傳動桿的同軸度，發(fā)現(xiàn)傳動桿墊鐵磨損超限及時焊修，以消除原始誤差。

機車運用過程中，特別是通過鐵路小曲線時，轉向架帶動輪對橫向動作，進而又帶動基礎制動裝置最上部的U型叉桿橫移，轉向架邊梁撞擊，產(chǎn)生的作用力不斷剪切穿銷端部開口銷，未剪切斷時上部整體橫向尺寸已經(jīng)增大，與下部正常橫拉桿長度尺寸形成上大下小倒梯形空間尺寸，制動時即會形成閘瓦斜向偏磨，鐵路曲線制動時尤為明顯。長期作用穿銷就會脫落，整個閘瓦制動力傳遞路線被切斷，制動失效，造成重大行車安全隱患。其改進措施是原直徑φ32mm的叉桿穿銷長度尺寸由原115mm改成130mm，多出的25mm加工成M24的外螺紋。距頭部10mm處加工處φ5mm開口銷孔，并與帶槽防松螺母配用。穿銷改造復裝后，機車曲線運行時，產(chǎn)生的撞擊力先作用在螺母端面處，不直接作用在防脫開口銷上，因而消除了閘瓦斜向偏磨及穿銷銷脫落的隱患。如圖4。

4.3 檢查和試驗閘瓦間隙自動調節(jié)器

定期檢查和試驗閘瓦間隙自動調節(jié)器性能，確保調節(jié)器的梯形傳動螺桿、螺套配合橫動量≯1.5mm，潤滑良好轉動靈活，棘輪、棘爪表面光潔平整不得有裂紋且嚙合力適中，復位彈簧拉力符合標準要求，達到磨損超限值必須更換，調節(jié)手輪完好，無自動收縮現(xiàn)象。

案例分析：在一次對GKD1A0136內(nèi)燃機車檢車過程中，發(fā)現(xiàn)左二右三閘缸鞲鞴行程過長，且緩解后閘瓦仍然抱貼輪箍。同時伴隨著偏磨現(xiàn)象，存在一定的設備安全隱患，極易導致輪箍過熱松脫動輪弛緩，甚至造成更嚴重的脫線事故。通過仔細檢查，右三調整器的閘瓦，因厚度尺寸過小變形，更換后故障消除，而左二閘瓦更換后抱貼輪緣現(xiàn)象依然存在。此機車使用的正是上述介紹的閘瓦間隙自動調節(jié)器。檢查基礎制動裝置傳動桿系統(tǒng)的各銷套配合間隙符合尺寸要求，閘缸鞲鞴復位運動無阻滯狀況，且各傳動桿件也無抗勁現(xiàn)象，故懷疑閘瓦調整器本身問題。通過反復進行制動緩解檢查，發(fā)現(xiàn)調整器內(nèi)部棘輪軸向間隙過大，此時的間隙導致棘爪下滑過程中，產(chǎn)生一定的空程，棘輪在反作用力的驅使下自動轉動一個齒距。無論是否補償?shù)?-8mm范圍依然轉動，最終導致閘瓦間隙緩解后過小或抱輪。重新拆檢調整器，棘輪軸向間隙的常規(guī)調整步驟是松開螺套與矩形螺母的定位螺釘，轉動螺套將棘輪軸向移動與固定盤端面密貼。實際情況是棘輪軸向間隙為1mm左右，但螺套與矩形螺母的配合螺紋螺距為1.5mm。如果消除棘輪軸向間隙，定位螺孔就不對正無法緊入定位螺釘，不消除則間隙過大導致自動上閘。為此制作尼龍材質調整墊，其好處是尼龍材料耐磨且具有彈性，裝配后與棘爪端面不產(chǎn)生黏連，既不限制棘爪的相對轉動又保證了軸向間隙要求。用尼龍調整墊修復后故障得以排除。

4.4 改造吊桿銷套

針對閘瓦上下偏磨而言，正常措施可通過調整閘瓦上、下間隙調整裝置，使機車在緩解狀態(tài)下，閘瓦間隙上、下相等。調整無效時更換調整彈簧，并使調整后的調整螺桿處于鎖緊狀態(tài)。如仍無法消除故障，根據(jù)閘瓦托與垂直吊桿轉動連接銷套的磨損程度及狀態(tài)，在保證二者之間既能相對轉動，又能不讓閘瓦托頭墜造成閘瓦偏磨的客觀要求的前提下，將原來的垂直吊桿上的銷套內(nèi)孔擴大，加裝一個活動銷套(內(nèi)銷套)與外銷套配合，將垂直吊桿與閘瓦托之間的高摩擦相對轉動變成兩銷套之間的低摩擦的相對轉動。內(nèi)銷套的長度尺寸比垂直吊桿的厚度大2～3mm，其主要作用支承閘瓦托背部開口，一是避免由于緊固閘瓦托螺栓而是閘瓦托背部開口變形，增大垂直吊桿與閘瓦托之間的摩擦力；二是通過閘瓦托螺栓將閘瓦托吊桿緊固在一起，消除閘瓦與輪對踏面的傾斜度，避免由于閘瓦托過松導致閘瓦托頭墜造成上下或者斜向閘瓦偏磨。外銷套的作用是保護垂直吊桿的銷孔，增加銷孔的耐磨性。

5 結束語

上述改進措施為成熟方案且已被一些國內(nèi)鐵路局采納，效果良好，為此我段利用今年機車自營大修期準備對部分GKD1A型和DF4DD型內(nèi)燃機車進行改造，相信改造后機車可以有效緩解制動時閘瓦偏磨的現(xiàn)象。這既節(jié)省人力、物力，消除故障隱患，保證行車安全，又降低了閘瓦與車輪踏面的非正常磨耗，節(jié)約了成本，避免了不必要的經(jīng)濟損失。

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