C80EF 型通用敞車轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置孔位調(diào)整技術(shù)研究

羅漢江，李 冬，吳 暢，張 銳，傅茂海

（1 中車眉山車輛有限公司，四川眉山 620032；2 西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，成都 610031）

在C80EF車進(jìn)行第3 次段修時(shí)，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：因部分車輛車輪旋修后直徑減小，如需將閘調(diào)器行程調(diào)整至200～240 mm 范圍內(nèi)，則要對(duì)轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行孔位調(diào)整。而轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置孔位的調(diào)整規(guī)則，在TG/CL 110-2018《鐵路貨車廠修規(guī)程》［1］、TG/CL 2111-2021《鐵路貨車段修規(guī)程》［2］、TG/CL 225-2008《鐵路貨車制動(dòng)裝置檢修規(guī)則》［3］等當(dāng)前相關(guān)檢修規(guī)程中均無(wú)明確的操作規(guī)定。在實(shí)際檢修時(shí)，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出判斷或通過(guò)多次調(diào)試后完成孔位調(diào)整。該方法存在一定差異性和隨機(jī)性，易造成同一批次車輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置裝配出現(xiàn)差異，檢修效率較低。因此，探討制定一種基于運(yùn)用過(guò)程中車輪平均輪徑差異的轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置孔位調(diào)整規(guī)則具有較好的工程意義。

1 C80EF 車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

C80EF車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要由空氣制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置兩部分組成，其原理如圖1所示。

圖1 C80EF 車制動(dòng)裝置原理圖

空氣制動(dòng)系統(tǒng)由120 型空氣控制閥、直徑305 mm 的整體旋壓密封式制動(dòng)缸（復(fù)原裝置）、不銹鋼嵌入式儲(chǔ)風(fēng)缸、KZW-A 型空重車自動(dòng)調(diào)整裝置、貨車脫軌自動(dòng)制動(dòng)裝置及制動(dòng)管系等組成，滿足主管壓力500 kPa 和600 kPa 的要求。

該車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置分為車體基礎(chǔ)制動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置兩個(gè)部分，車體基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要由前制動(dòng)杠桿、后制動(dòng)杠桿、閘調(diào)器、上拉桿等組成；轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置主要由制動(dòng)杠桿、下拉桿、L-B1 型組合式制動(dòng)梁、固定杠桿支點(diǎn)、GM915D 型閘瓦等部件組成，如圖2 所示，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 C80EF 車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置布置圖

2 C80EF 車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置孔位調(diào)整與輪瓦磨耗量x 的關(guān)系

C80EF車所配裝的DZ3 型轉(zhuǎn)向架采用下拉桿式單側(cè)閘瓦制動(dòng)裝置。新造狀態(tài)時(shí)，支點(diǎn)為中孔，下拉桿為一中孔和一內(nèi)孔，轉(zhuǎn)向架支點(diǎn)和下拉桿均有3 個(gè)孔可供調(diào)整孔位，以滿足車輛運(yùn)用過(guò)程中不同車輪直徑時(shí)閘調(diào)器L值在規(guī)定范圍內(nèi)；車體上拉桿采用整體鍛造杠桿頭，每端只有1 個(gè)孔，如圖3所示。

圖3 C80EF 車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置部分部件

根據(jù)表1 所述，支點(diǎn)孔孔距e為45 mm，下拉桿孔孔距f為55 mm，轉(zhuǎn)向架制動(dòng)倍率nz為6。由此可得：

支點(diǎn)孔位調(diào)整為式（1）：

下拉桿孔位調(diào)整為式（2）：

即單臺(tái)轉(zhuǎn)向架支點(diǎn)孔位調(diào)整1 孔相當(dāng)于該轉(zhuǎn)向架輪瓦平均磨耗量x為7.5 mm；下拉桿孔位調(diào)整1 孔相當(dāng)于該轉(zhuǎn)向架輪瓦平均磨耗量x為18.3 mm。

3 閘調(diào)器L 值的影響分析

3.1 閘調(diào)器L 值與輪瓦平均磨耗量x 的關(guān)系

在車輛運(yùn)用過(guò)程中，隨著車輪和閘瓦的磨耗，閘調(diào)器將隨之縮短。根據(jù)C80EF車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的相關(guān)參數(shù)和相似三角形原理，閘調(diào)器的行程變化量ΔL與單車輪瓦平均磨耗量x之間的關(guān)系可表示為式（3）：

簡(jiǎn)化可得式（4）：

即輪瓦平均磨耗量x每增加1 mm，則閘調(diào)器的長(zhǎng)度將收縮約4.7 mm，即行程變化量ΔL為4.7 mm。

3.2 閘調(diào)器L 值與閘瓦最大磨耗量ΔH 的關(guān)系

由于閘瓦磨耗速率遠(yuǎn)高于車輪，在相鄰檢修期之間，閘調(diào)器的L值主要用于閘瓦磨耗的補(bǔ)償，只有少部分用于車輪磨耗的補(bǔ)償。如車輪按照新輪考慮，當(dāng)閘瓦達(dá)到最大磨耗量ΔH=36 mm（即此時(shí)x=36 mm）時(shí)，則根據(jù)式（4）可得式（5）：

即此時(shí)閘調(diào)器行程變化量ΔL為169.2 mm。

3.3 閘調(diào)器L 值與車輪磨耗量的關(guān)系

根據(jù)TG/CL 225-2008《鐵路貨車制動(dòng)裝置檢修規(guī)則》［4］的規(guī)定，閘調(diào)器的L值在新造和檢修時(shí)均規(guī)定為200～240 mm。

3.3.1 閘調(diào)器初始L 值為200 mm

當(dāng)閘調(diào)器初始L值為200 mm 時(shí)，根據(jù)式（4）可得式（6）：

即此時(shí)能夠補(bǔ)償?shù)妮喭咂骄ズ牧縳為42.5 mm。結(jié)合閘瓦最大磨耗量ΔH=36 mm 可得式（7）：

即能夠補(bǔ)償車輪半徑平均磨耗量xc為6.5 mm。

而在此狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)向架游動(dòng)杠桿與上拉桿連接銷的縱向移動(dòng)量Dx為式（8）：

3.3.2 閘調(diào)器初始L 值為240 mm

同理可得，當(dāng)閘調(diào)器初始L值為240 mm 時(shí)：

（1）能補(bǔ)償?shù)妮喭咂骄ズ牧縳為51.1 mm。

（2）能補(bǔ)償車輪半徑平均磨耗量xc為15.1 mm。

（3）轉(zhuǎn)向架游動(dòng)杠桿與上拉桿連接銷的縱向移動(dòng)量Dx為306.6 mm。

3.4 車輪半徑平均磨耗量極值

3.4.1 極大值xc max

閘調(diào)器L值的公差帶為40 mm（L值調(diào)整范圍200～240 mm），其能補(bǔ)償?shù)能囕啺霃狡骄ズ淖畲笞兓繛槭剑?）：

結(jié)果表明：在車輛運(yùn)用檢修過(guò)程中，當(dāng)車輪半徑平均磨耗量xc超過(guò)8.5 mm 時(shí)，若不調(diào)整轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置孔位（支點(diǎn)孔、下拉桿孔），即使閘調(diào)器初始L值為240 mm，再次檢修時(shí)也無(wú)法保證閘調(diào)器L值在200～240 mm 范圍內(nèi)。

3.4.2 極小值xc_min

C80EF車基礎(chǔ)制動(dòng)裝置在新輪新瓦、制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，空車制動(dòng)缸活塞行程Lg為（155±10）mm，可得輪瓦間隙為式（10）～式（12）：

即輪瓦間隙m為18.6～21.2 mm 之間。由產(chǎn)品圖樣可知，C80EF車新輪新瓦、制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)向架游動(dòng)杠桿連接孔距搖枕中心的縱向距離為452 mm，此時(shí)轉(zhuǎn)向架理論緩解間隙大于活塞行程所需要的輪瓦間隙，滿足運(yùn)用要求。

根據(jù)三維分析，在新輪新瓦、理論緩解狀態(tài)、當(dāng)將支點(diǎn)孔位調(diào)整至外孔時(shí)，C80EF車轉(zhuǎn)向架游動(dòng)杠桿連接孔距搖枕中心的縱向距離為309 mm，此時(shí)理論緩解間隙m為16 mm，小于活塞行程所需要的輪瓦間隙，不能滿足運(yùn)用時(shí)制動(dòng)缸活塞縮回的要求。此時(shí)若要保證輪瓦間隙m的運(yùn)用要求，須使車輪半徑平均磨耗量xc的最小值為式（13）：

該值表明：當(dāng)車輪半徑平均磨耗量xc小于5.2 mm 時(shí)，如將支點(diǎn)孔位提前調(diào)整至外孔，可能導(dǎo)致輪瓦緩解間隙不足。故該值為轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置調(diào)整孔位時(shí)車輪磨耗最小值。

由上述可知：檢修時(shí)，為保證閘調(diào)器L值在200～240 mm 范圍內(nèi)的要求，同時(shí)兼顧輪瓦緩解間隙m至少為16 mm，轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置調(diào)整孔位時(shí)的車輪平均半徑磨耗量xc的合理區(qū)間為xc∈[5.2，8.5]mm。

4 C80EF 車車輪旋修數(shù)據(jù)分析

4.1 第1 次段修[5]

C80EF車車輪第1 次旋修時(shí)，共統(tǒng)計(jì)旋修輪對(duì)80條，其約占C80EF車輪對(duì)總數(shù)的6.7%。本次旋修時(shí)，收入車輪運(yùn)用平均輪徑D為915 mm，支出車輪平均輪徑為909.8 mm，因旋修產(chǎn)生的最小半徑減小量約為2.5 mm。若按名義輪徑915 mm 進(jìn)行考慮，則車輪半徑平均減小量為2.6 mm。從分布情況看，車輪半徑減小量主要集中在1.5～3.5 mm 之間，如圖4 所示。

圖4 C80EF 車第1 次段修車輪旋修統(tǒng)計(jì)分布

4.2 第2 次段修[6]

C80EF車車輪第2 次旋修時(shí)，共統(tǒng)計(jì)旋修輪對(duì)641 條，其中旋修輪對(duì)254 條，其約占C80EF車輪對(duì)總數(shù)的39.6%。本次旋修時(shí)，收入車輪運(yùn)用平均輪徑D為913.9 mm，支出車輪平均輪徑為909.6 mm（該值與第1 次段修時(shí)支出車輪平均輪徑相當(dāng)，其原因是所涉及車輪均為第1 次旋修），因旋修產(chǎn)生的半徑減小量約為2.15 mm。若按車輪名義輪徑915 mm 進(jìn)行考慮，則車輪最小半徑平均減小量為2.68 mm。從分布情況看，車輪半徑減小量主要集中在2～3.5 mm 之間，有個(gè)別超過(guò)5 mm，如圖5所示。

圖5 C80EF 車第2 次段修車輪旋修統(tǒng)計(jì)分布

4.3 第3 次段修[6]

C80EF車車輪第3 次旋修時(shí)，目前共統(tǒng)計(jì)了23 條輪對(duì)檢修情況，其中旋修輪對(duì)22 條，段修時(shí)輪對(duì)基本都要進(jìn)行旋修。本次旋修時(shí)，收入運(yùn)用車輪的平均輪徑D為909.2 mm，支出車輪平均輪徑為902 mm，因旋修產(chǎn)生的半徑減小量約為3.6 mm。若按車輪名義輪徑915 mm 進(jìn)行考慮，則車輪半徑平均減小量為6.5 mm。從分布情況看，車輪半徑減小量主要集中在5～8 mm 之間，有個(gè)別超過(guò)10 mm，如圖6 所示。

圖6 C80EF 車第3 次段修車輪旋修統(tǒng)計(jì)分布

由C80EF3 次段修的車輪平均半徑磨耗量統(tǒng)計(jì)分析可知：

（1）前兩次車輪半徑平均減小量均在2.6 mm左右，且其對(duì)應(yīng)車輪減小量的分布區(qū)間相當(dāng)。

（2）第1 次段修時(shí)車輪旋修占比極小，這也是后期第2、3 次車輪旋修比例增加的主要原因。

（3）第3 次段修時(shí)，車輪幾乎全部旋修。

（4）第3 次段修時(shí)，相比名義輪徑915 mm，車輪半徑平均減小量為6.5 mm，該值已滿足制動(dòng)裝置孔位調(diào)整區(qū)間的要求，故建議在第3 次段修時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置孔位調(diào)整。

5 孔位調(diào)整規(guī)則

考慮轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置支點(diǎn)孔距e值、下拉桿孔距f值，并通過(guò)不同的孔位組合，可得到車輪半徑平均磨耗7.5、10.8、18.3、25.8、29.1、36.6 mm 這6個(gè)檔位。由于車輪半徑平均磨耗量極大值為xc_max=27 mm（車輪輪輞剩余厚度≥23 mm），因此大于27 mm 的孔位組合可不予考慮。將剩余的7.5、10.8、18.3、25.8 mm 分別記為檔位1～檔位4 以便于分析。

通過(guò)三維設(shè)計(jì)分析可知：游動(dòng)杠桿在各檔位幾乎均位于同一位置，其與新造狀態(tài)的理論初始設(shè)計(jì)誤差最大為2.21%，說(shuō)明各檔位設(shè)置基本合理。具體見(jiàn)表2。

表2 轉(zhuǎn)向架制動(dòng)裝置孔位調(diào)整檔位對(duì)照表

分別對(duì)各檔位區(qū)間進(jìn)行分析。當(dāng)2 臺(tái)轉(zhuǎn)向架同時(shí)按照表2 所對(duì)應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行調(diào)整時(shí)，每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)的閘調(diào)器L值變化量如下：

檔位1：ΔL1=(7.5-0)×4.7=35.25 (mm)

檔位2：ΔL2=(10.8-7.5)×4.7=15.51 (mm)

檔位3：ΔL3=(18.3-10.8)×4.7=35.25 (mm)

檔位4：ΔL4=(25.8-18.3)×4.7=35.25 (mm)

從該值可知，相鄰檔位狀態(tài)間閘調(diào)器L值變化量小于其公差帶240-200=40（mm）的范圍，故在檢修時(shí)，如果L值小于200 mm，總能通過(guò)調(diào)整基礎(chǔ)制動(dòng)裝置固定杠桿支點(diǎn)孔位或下拉桿孔位，使得L值滿足段修200～240 mm 的要求。

6 孔位調(diào)整規(guī)則驗(yàn)證

結(jié)合C80EF通用敞車的實(shí)際運(yùn)用狀態(tài)，針對(duì)上文中所制定的孔位調(diào)整規(guī)則進(jìn)行了必要的驗(yàn)證。驗(yàn)證中2 臺(tái)轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置孔位均處于表2 中的檔位1 狀態(tài)，如圖7、圖8 所示。

圖7 1 位轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置狀態(tài)

圖8 2 位轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置狀態(tài)

驗(yàn)證轉(zhuǎn)向架車輪直徑采用輪徑尺測(cè)量，8 件車輪直徑測(cè)量結(jié)果如圖9 所示。如車輪收入直徑按照915 mm 考慮，則整車車輪半徑平均磨耗量xc為6.21 mm。游動(dòng)杠桿連接孔相對(duì)搖枕中心縱向距離采用卷尺測(cè)量方式。2 臺(tái)轉(zhuǎn)向架測(cè)量值約為447、444 mm，與表2 中對(duì)應(yīng)參考值最大誤差僅為0.45%，實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果與理論分析結(jié)果十分接近，達(dá)到了轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置處于檔位1 時(shí)的驗(yàn)證效果。

圖9 運(yùn)用車輛實(shí)測(cè)輪徑

7 結(jié)論與建議

根據(jù)以上分析，可得出以下結(jié)論和建議：

（1）車輛制動(dòng)裝置的孔位調(diào)整應(yīng)基于車輪半徑平均磨耗量的大小進(jìn)行。

（2）車輪半徑平均磨耗量在xc∈[5.2，8.5]mm區(qū)間時(shí)，須進(jìn)行孔位調(diào)整，理論計(jì)算最優(yōu)值為7.5 mm。

（3）車輛檢修落成時(shí)，若閘調(diào)器L值小于200 mm，總能通過(guò)調(diào)整基礎(chǔ)制動(dòng)裝置支點(diǎn)孔位或下拉桿孔位，使得L值滿足段修200～240 mm 的要求。

（4）為保證閘調(diào)器的L值，應(yīng)配裝新瓦作為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試。

（5）建議持續(xù)跟蹤C(jī)80EF車的運(yùn)用狀態(tài)，進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證或通過(guò)其他方式驗(yàn)證其理論分析的準(zhǔn)確性。