CRH2A統(tǒng)及CRH380A系列動(dòng)車組高級(jí)修時(shí)制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化研究

蔄濤、尹浩、李明星

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司技術(shù)中心轉(zhuǎn)向架開發(fā)部，山東 青島 266000）

1 研究問題

目前CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙的技術(shù)要求為“在制動(dòng)夾鉗緩解狀態(tài)下，制動(dòng)軟管與制動(dòng)卡鉗的最小間隙為15mm，兩相鄰制動(dòng)軟管之間的最小間隙為15mm”。

高級(jí)修規(guī)程規(guī)定“制動(dòng)夾鉗動(dòng)作試驗(yàn)后，在制動(dòng)夾鉗緩解狀態(tài)下檢測(cè)制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管之間的間隙不小于15mm；拖車轉(zhuǎn)向架兩相鄰制動(dòng)軟管之間的間隙不小于15mm。當(dāng)檢測(cè)間隙小于15mm 時(shí)，須進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后制動(dòng)夾鉗動(dòng)作-緩解循環(huán)3 次以上后再次測(cè)量，直至間隙滿足要求”。

動(dòng)車組運(yùn)行過程中制動(dòng)盤和閘片存在磨耗，隨著磨耗量的增加，夾鉗后端閘調(diào)器處逐漸向外擴(kuò)展，因此高級(jí)修時(shí)部分制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管的間隙存在小于15mm 的現(xiàn)象。

針對(duì)制動(dòng)盤和閘片磨耗對(duì)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙的影響，從結(jié)構(gòu)尺寸以及實(shí)車測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，制定相關(guān)解決措施，同時(shí)開展理論與實(shí)踐相結(jié)合的優(yōu)化研究方法。

2 結(jié)構(gòu)介紹

CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組使用的制動(dòng)夾鉗為四點(diǎn)式制動(dòng)夾鉗。制動(dòng)夾鉗制動(dòng)時(shí)，閘調(diào)器擴(kuò)展，制動(dòng)夾鉗緩解時(shí)，閘調(diào)器收縮，且隨著閘片與制動(dòng)盤的磨耗，閘調(diào)器往外擴(kuò)展，具體如圖1 所示。

圖1 閘調(diào)器調(diào)整前后狀態(tài)示意圖

在構(gòu)架上組裝制動(dòng)軟管及制動(dòng)夾鉗后，兩者間最小間隙一般位于閘調(diào)器附近，其中制動(dòng)軟管通過構(gòu)架管路錐螺紋、構(gòu)架焊接U 型支架、夾鉗制動(dòng)缸錐螺紋進(jìn)行固定，在應(yīng)用過程中位置不會(huì)發(fā)生變動(dòng)。而閘調(diào)器會(huì)隨著閘片與制動(dòng)盤的磨耗而動(dòng)作，為確保軟管與夾鉗間不發(fā)生抗磨，因此在組裝后需控制兩者間距，如圖2 所示。

圖2 制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙示意圖

3 理論間隙分析

3.1 理論計(jì)算

根據(jù)制動(dòng)夾鉗杠桿結(jié)構(gòu)，可以通過外部杠桿比、制動(dòng)盤及閘片磨耗值、制動(dòng)盤與閘片間隙值，按照三角函數(shù)理論計(jì)算出閘調(diào)器單側(cè)向外擴(kuò)展值。相關(guān)參數(shù)示意圖見圖3。

圖3 緩解狀態(tài)下相關(guān)參數(shù)示意圖

計(jì)算公式及參數(shù)為：

式（1）中：L 為閘調(diào)器單側(cè)向外擴(kuò)展值；L1 為杠桿前臂長度；L2 為杠桿后臂長度；X1 為閘片磨耗值；X2 為制動(dòng)盤磨耗值；D 為單側(cè)制動(dòng)盤與閘片間隙值。

CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組相關(guān)制動(dòng)參數(shù)見表1。

根據(jù)表1 所示，CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組制動(dòng)夾鉗前臂長度、后臂長度、輪盤磨耗最大值、軸盤磨耗最大值、閘片與制動(dòng)盤單側(cè)間隙范圍均相同。這是因?yàn)镃RH2A 統(tǒng)動(dòng)車組閘片磨耗最大值為14mm，CRH2C2、CRH380A（統(tǒng)）動(dòng)車組閘片磨耗最大值為12mm，且軸盤磨耗速率一般大于輪盤，所以綜合考慮選取CRH2A 統(tǒng)動(dòng)車組軸盤夾鉗進(jìn)行間隙分析。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)車正常磨耗數(shù)據(jù)分析可知，CRH2A 統(tǒng)動(dòng)車組120 萬km 的高級(jí)修周期間隔內(nèi)制動(dòng)盤磨耗的平均值為0.984mm，最大值為1.74mm。

表1 相關(guān)制動(dòng)參數(shù)表

車型輪盤磨耗最大值/mm軸盤磨耗最大值/mm閘片磨耗最大值/mm單側(cè)制動(dòng)盤與閘片間隙范圍/mm 杠桿前臂長/mm 杠桿后臂長/mm CRH380A（L）CRH2A統(tǒng)3 3 5 5 12 14 2±0.8 2±0.8 267 267 186 186

3.1.1 高級(jí)修時(shí)閘片不同磨耗階段間隙分析

高級(jí)修時(shí)在已知閘片不同磨耗階段情況下，按照公式1 計(jì)算出在120 萬km 的高級(jí)修周期間隔內(nèi)閘調(diào)器單側(cè)向外擴(kuò)展值，以此選擇相應(yīng)的制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管的間隙，保證該間隙制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管始終不接觸。這里將不同閘片磨耗階段分為A、B 兩個(gè)階段，具體分析如下：

首先，A 階段：高級(jí)修時(shí)實(shí)測(cè)單側(cè)閘片磨耗小于半磨耗。

因?yàn)锳 階段包括新品閘片，所以綜合考慮此階段的高級(jí)修制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙標(biāo)準(zhǔn)按照新造圖紙技術(shù)要求執(zhí)行，即制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙不小于15mm。

其次，B 階段：高級(jí)修時(shí)實(shí)測(cè)單側(cè)閘片磨耗大于等于半磨耗。

從表2 可以看出，在正常運(yùn)用情況下，120 萬km的高級(jí)修周期間隔內(nèi)閘調(diào)器向外擴(kuò)展最大值為8.04mm。所以綜合考慮建議B 階段時(shí)高級(jí)修制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙標(biāo)準(zhǔn)修訂為不小于12mm。

表2 B 階段閘調(diào)器向外擴(kuò)展值分析

序號(hào)軸盤情況分類閘片可能磨耗最大值X1/mm 制動(dòng)盤磨耗值X2/mm 單側(cè)制動(dòng)盤與閘片間隙值D/mm閘調(diào)器單側(cè)向外擴(kuò)展值L/mm 1 2 120萬km現(xiàn)車磨耗速率平均值120萬km現(xiàn)車磨耗速率最大值7 7 0.984 2.8 7.51 1.74 2.8 8.04

3.1.2 CRH2A 統(tǒng)動(dòng)車組間隙標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范統(tǒng)一，CRH2A 統(tǒng)動(dòng)車組制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙標(biāo)準(zhǔn)皆按照軸盤夾鉗標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化，即高級(jí)修時(shí)A 階段間隙標(biāo)準(zhǔn)不小于15mm，B 階段間隙標(biāo)準(zhǔn)不小于12mm。

3.2 CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組高級(jí)修間隙分析

CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組按照CRH2A統(tǒng)動(dòng)車組分析方法選取A、B 階段高級(jí)修時(shí)，制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范統(tǒng)一，優(yōu)化的間隙標(biāo)準(zhǔn)為高級(jí)修時(shí)A 階段間隙標(biāo)準(zhǔn)不小于15mm，B 階段間隙標(biāo)準(zhǔn)不小于12mm。

4 實(shí)車驗(yàn)證

為對(duì)理論結(jié)果進(jìn)一步分析，采用厚度分別約為30.65mm（新品）和20.28mm（存在磨耗）的兩套閘片對(duì)10 個(gè)CRH2A 統(tǒng)動(dòng)車組軸盤制動(dòng)夾鉗進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。通過測(cè)試上述兩種閘片安裝后制動(dòng)夾鉗閘調(diào)器與制動(dòng)軟管的間隙值（轉(zhuǎn)向架橫向Y 方向），換算出閘片磨耗1mm 時(shí)閘調(diào)器向外擴(kuò)展值，具體驗(yàn)證數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車數(shù)據(jù)表

軸盤制動(dòng)夾鉗安裝新品閘片時(shí)間隙值/mm安裝存在磨耗閘片的間隙值/mm兩次間隙差值/mm閘片厚度的差值/mm單側(cè)閘片磨耗1mm時(shí)閘調(diào)器向外擴(kuò)展值K/mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 26.69 22.73 22.74 25.11 26.40 22.85 18.93 24.60 18.01 22.41 19.39 14.85 17.55 19.72 20.02 15.75 12.39 19.31 11.65 14.91 7.3 7.88 5.19 5.39 6.38 7.1 6.54 5.29 6.36 7.5 7.88 6.49最大值平均值注：此次現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證中“單側(cè)閘片磨耗1mm”相當(dāng)于“運(yùn)用過程中單側(cè)閘片托縮進(jìn)1mm”————10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 10.37 0.70 0.76 0.5 0.52 0.62 0.68 0.63 0.51 0.61 0.72 0.76 0.63

通過用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)車數(shù)據(jù)中的單側(cè)閘片磨耗1mm（即單側(cè)閘片托縮進(jìn)1mm）時(shí)閘調(diào)器向外擴(kuò)展的最大值和平均值計(jì)算120 萬km 高級(jí)修周期間隔內(nèi)閘調(diào)器單側(cè)向外擴(kuò)展值，從而對(duì)優(yōu)化后的間隙標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。因?yàn)榇舜巫兏鼉?nèi)容為B 階段的標(biāo)準(zhǔn)變更，所以對(duì)B 階段進(jìn)行了驗(yàn)證，具體驗(yàn)證結(jié)果見表4。

表4 B 階段數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證表

軸盤情況分類單側(cè)閘片托縮進(jìn)1mm時(shí)閘調(diào)器向外擴(kuò)展值K/mm檢修后單側(cè)閘片可能磨耗最大值X1/mm軸盤磨耗最大值X2/mm軸盤與夾鉗單側(cè)間隙最大值D/mm檢修后閘調(diào)器擴(kuò)展最大值L/mm優(yōu)化后的間隙標(biāo)準(zhǔn)J/mm平均值：0.63 0.984 2.8 6.79不小于12mm 120萬km現(xiàn)車磨耗速率平均值最大值：0.76 0.984 2.8 8.20不小于12mm平均值：0.63 1.74 2.8 7.27不小于12mm 120萬km現(xiàn)車磨耗速率最大值最大值：0.76 7 7 7 7 1.74 2.8 8.77不小于12mm注：L=K×（X1+X2+D）

通過表4 可以看出：優(yōu)化后的間隙標(biāo)準(zhǔn)可以滿足120 萬km 的高級(jí)修周期間隔內(nèi)制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙要求，所以此優(yōu)化的間隙標(biāo)準(zhǔn)通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

5 標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化后工作量減少分析

為了驗(yàn)證優(yōu)化后的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高級(jí)修時(shí)調(diào)整工作量減少的程度，根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)采集的18 列CRH2A 統(tǒng)動(dòng)車組拖車的關(guān)于閘片磨耗與制動(dòng)軟管制動(dòng)夾鉗間隙數(shù)據(jù)范圍，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化后的調(diào)整工作量減少分析，具體如表5 所示。

表5 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與理論分析對(duì)比驗(yàn)證

閘片磨耗階段總個(gè)數(shù)節(jié)約工作量A B 644 380原標(biāo)準(zhǔn)下需要調(diào)整的個(gè)數(shù)326 292標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化后需要調(diào)整的個(gè)數(shù)326 80無72.6%

A 階段，由于標(biāo)準(zhǔn)沒有變化，所以沒有節(jié)約工作量。但此階段閘片厚度普遍偏厚，閘調(diào)器與新造相比向外擴(kuò)展較小，大部分需要調(diào)整的間隙可以通過活接頭調(diào)節(jié)制動(dòng)軟管（調(diào)節(jié)后需緊固活接頭），實(shí)現(xiàn)間隙調(diào)整，工作量較小。

B 階段，閘片厚度偏薄，閘調(diào)器與新造相比向外擴(kuò)展較大，存在較多只通過調(diào)整制動(dòng)軟管活接頭無法實(shí)現(xiàn)間隙調(diào)整的情況，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)前只能通過更換較厚閘片來實(shí)現(xiàn)間隙調(diào)整，工作量較大。根據(jù)表5 所示，標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化后在B 階段可以節(jié)約72.6%的調(diào)整工作，可以節(jié)約大部分工作量。

6 結(jié)語

根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際數(shù)據(jù)驗(yàn)證，并以安全運(yùn)營為首要原則，建議將CRH2A 統(tǒng)及CRH380A 系列動(dòng)車組高級(jí)修時(shí)制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙標(biāo)準(zhǔn)修訂如下：

制動(dòng)夾鉗動(dòng)作試驗(yàn)后，在制動(dòng)夾鉗緩解狀態(tài)下檢測(cè)制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管之間的間隙，當(dāng)單側(cè)閘片磨耗大于等于半磨耗時(shí)，制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙不小于12mm；當(dāng)單側(cè)閘片磨耗小于半磨耗時(shí)，制動(dòng)夾鉗與制動(dòng)軟管間隙不小于15mm。當(dāng)一套閘片存在偏磨時(shí)閘片磨耗取最小值。當(dāng)檢測(cè)間隙不滿足相應(yīng)要求時(shí)，須進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后制動(dòng)夾鉗動(dòng)作-緩解循環(huán)3 次以上后再次測(cè)量，直至間隙滿足要求。

綜上所述，該優(yōu)化分析研究系統(tǒng)考慮了制動(dòng)夾鉗、制動(dòng)盤、制動(dòng)閘片的結(jié)構(gòu)關(guān)系，同時(shí)采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、安全的情況下，進(jìn)一步精細(xì)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)成本的合理縮減，這也為如何解決該系列問題提供了參考。