國(guó)產(chǎn)踏面制動(dòng)器緩解間隙變小故障分析

韓曉輝

1 故障現(xiàn)象

2017年3月24日廣州地鐵二號(hào)線在對(duì)128項(xiàng)目增購(gòu)車做日檢時(shí)發(fā)現(xiàn)8B155車的3號(hào)輪踏面溫度偏高，經(jīng)檢查和做制動(dòng)器施加緩解試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該輪對(duì)制動(dòng)器閘瓦在緩解狀態(tài)下仍然貼合輪對(duì)踏面，閘瓦緩解狀態(tài)如圖1所示。

圖1 閘瓦緩解間隙對(duì)比

在對(duì)所有128項(xiàng)目增購(gòu)車進(jìn)行普查時(shí)，發(fā)現(xiàn)共有10%的制動(dòng)器都存在閘瓦緩解間隙變小的問(wèn)題。

2 制動(dòng)器原理

2.1 制動(dòng)器制動(dòng)作用原理

如圖2所示，制動(dòng)缸充風(fēng)時(shí)，推動(dòng)活塞往左移動(dòng)，下連桿上端與活塞聯(lián)接，下端與閘調(diào)器聯(lián)接，活塞往左移動(dòng)會(huì)推動(dòng)下連桿繞銷軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)閘調(diào)器往右運(yùn)動(dòng)，閘調(diào)器與絲桿通過(guò)非自鎖螺紋副聯(lián)接，絲桿與閘瓦托鉸接，當(dāng)閘調(diào)器往右運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)推動(dòng)絲桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)閘瓦托，產(chǎn)生制動(dòng)作用[1]。

圖2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

2.2 制動(dòng)器間隙補(bǔ)償原理

如圖3所示，圖3中標(biāo)注的A尺寸即閘瓦緩解的正常間隙值，設(shè)計(jì)為（13±2）mm，制動(dòng)器裝配完成后正常間隙即已確定。

制動(dòng)時(shí)，閘調(diào)器往右運(yùn)動(dòng)（閘調(diào)器內(nèi)部制動(dòng)力的傳遞過(guò)程為：下連桿—間隙調(diào)整套筒—離合機(jī)齒輪—調(diào)整螺母—絲桿—閘瓦托），當(dāng)調(diào)整開關(guān)耳部未與止擋環(huán)端面接觸時(shí)，進(jìn)給螺母和調(diào)整開關(guān)不受力，二者接觸時(shí)，制動(dòng)器正好上閘，產(chǎn)生制動(dòng)作用。如果因手動(dòng)調(diào)整或其他原因使間隙比正常值大，二者接觸時(shí)，閘瓦仍未與車輪接觸上閘，閘調(diào)器與絲桿繼續(xù)往右運(yùn)動(dòng)增大的間隙B，調(diào)整開關(guān)被止擋環(huán)限位不再運(yùn)動(dòng)，絲桿上的進(jìn)給螺母被絲桿拉著與調(diào)整開關(guān)脫齒，并在彈簧力和軸承的作用下旋轉(zhuǎn)，直至上閘。絲桿總行程為A+B。

緩解時(shí)，在彈簧回復(fù)力的作用下，活塞、下連桿、閘調(diào)器、絲桿、閘瓦托等零部件與制動(dòng)相反的過(guò)程運(yùn)動(dòng)，當(dāng)調(diào)整開關(guān)耳部與止擋環(huán)左端面接觸時(shí)，其不再運(yùn)動(dòng)，并且通過(guò)齒限制進(jìn)給螺母不再運(yùn)動(dòng)，絲桿與進(jìn)給螺母通過(guò)螺紋連接，此時(shí)絲桿也不再運(yùn)動(dòng)，絲桿回退距離為A，與制動(dòng)相比，在一次制動(dòng)緩解的過(guò)程中，絲桿往前運(yùn)動(dòng)了增大的間隙B值，完成間隙補(bǔ)償。絲桿不再運(yùn)動(dòng)時(shí)，間隙調(diào)整套筒繼續(xù)回退，直至活塞運(yùn)動(dòng)到制動(dòng)缸底部，該過(guò)程，調(diào)整螺母與離合機(jī)齒輪脫齒旋轉(zhuǎn)回退[1]。

圖3 閘調(diào)器結(jié)構(gòu)圖

3 故障排查

國(guó)產(chǎn)GFD型制動(dòng)器為克諾爾PC7型制動(dòng)器的仿制品，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中克諾爾PC7型制動(dòng)器不會(huì)出現(xiàn)閘瓦緩解間隙變小的問(wèn)題，初步懷疑為國(guó)產(chǎn)制動(dòng)器在某些零部件的裝配或尺寸上與克諾爾PC7型制動(dòng)器存在差異，而導(dǎo)致該故障的產(chǎn)生。

根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)制動(dòng)器和克諾爾PC7型制動(dòng)器的動(dòng)態(tài)狀態(tài)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)制動(dòng)器與PC7型制動(dòng)器確實(shí)存在一定差異，具體情況如表1所示。

表1 GFD型與PC7型制動(dòng)器對(duì)比

3.1 緩解工況下制動(dòng)缸活塞是否落底

通過(guò)尺寸測(cè)量，PC7型制動(dòng)器活塞完全緩解高度為91.5+3.1=94.6 mm，缸深度96 mm，活塞不落底；國(guó)產(chǎn)GFD制動(dòng)器的活塞高度為101.1+3.1=104.2 mm，缸深度98 mm，完全緩解情況下活塞不能落底落底。

3.2 止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)位置

從設(shè)計(jì)圖紙上可以看出來(lái)，PC7型的止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)之間沒有間隙[2]，GFD型制動(dòng)器的止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)之間存在間隙[3]，現(xiàn)場(chǎng)查看制動(dòng)器實(shí)物，和設(shè)計(jì)圖紙相符。

3.3 閘調(diào)器晃動(dòng)

將制動(dòng)器的絲桿拆出后，發(fā)現(xiàn)PC7型制動(dòng)器閘調(diào)器不能晃動(dòng)，初步分析認(rèn)為是緩解時(shí)止動(dòng)鐵頂住調(diào)整開關(guān)，沒有晃動(dòng)空間；GFD型制動(dòng)器閘調(diào)器可以輕易晃動(dòng)，進(jìn)一步說(shuō)明緩解時(shí)止動(dòng)鐵沒頂住調(diào)整開關(guān)，之間有間隙。結(jié)合前面活塞可以落底的現(xiàn)象，說(shuō)明緩解時(shí)，調(diào)整開關(guān)耳部不受彈簧力約束，為虛接情況。

3.4 絲桿收到底是否可轉(zhuǎn)

由于GFD型制動(dòng)器與PC7型制動(dòng)器閘調(diào)器零部件止動(dòng)鐵的尺寸差異，導(dǎo)致GFD型制動(dòng)器進(jìn)給螺母存在脫齒空間，所以絲桿收到底后，如果絲桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，便可以帶動(dòng)調(diào)整螺母克服彈簧力發(fā)生空轉(zhuǎn)，而PC7制動(dòng)器進(jìn)給螺母不存在脫齒空間，所以絲桿不能帶動(dòng)調(diào)整螺母發(fā)生空轉(zhuǎn)。

4 故障分析

4.1 閘瓦托受力分析

PC7型制動(dòng)器由于止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)之間沒有間隙，所以進(jìn)給螺母沒有脫齒空間，螺母不能旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而絲桿與進(jìn)給螺母之間不能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即絲桿與整個(gè)閘調(diào)器不能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)制動(dòng)缸內(nèi)活塞不落地，承受緩解彈簧力，然后通過(guò)連桿作用到閘調(diào)器上，再傳遞到絲桿上，絲桿如果要向右移動(dòng)則必須克服該作用力和扭簧力。具體情況如圖4所示。

Fkb=緩解彈簧力*制動(dòng)倍率+扭簧力≈1 840 N

圖4 PC7型制動(dòng)器絲桿受力分析

根據(jù)前面對(duì)比分析，可知GFD型制動(dòng)器由于止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)之間有間隙，所以進(jìn)給螺母存在脫齒空間，特殊情況下螺母能夠旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而絲桿與進(jìn)給螺母之間能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即絲桿與整個(gè)閘調(diào)器能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。并且由于GFD型制動(dòng)器與PC7型制動(dòng)器閘調(diào)器零部件止動(dòng)鐵尺寸存在細(xì)微差異，即使GFD型制動(dòng)器的止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)貼合，進(jìn)給螺母仍然存在脫齒空間，所以GFD型制動(dòng)器閘瓦拖的受力情況與PC7型制動(dòng)器存在差異。具體情況如圖5所示。

在止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)接觸前，絲桿向輪對(duì)側(cè)移動(dòng)只需要克服補(bǔ)償彈簧力和扭簧力。

圖5 GFD型制動(dòng)器絲桿受力分析

Fgfd=補(bǔ)償彈簧力+扭簧力≈388 N

在止動(dòng)鐵與調(diào)整開關(guān)接觸后，絲桿向右移動(dòng)還需要克服進(jìn)給螺母彈簧力。

Fgfd’=補(bǔ)償彈簧力+扭簧力+進(jìn)給彈簧力≈622 N

4.2 閘瓦托受沖擊分析

通過(guò)前面分析可知，在制動(dòng)器緩解情況下，GFD型制動(dòng)器閘瓦托和絲桿受到的限位較小，而PC7型制動(dòng)器的限位力比GFD型制動(dòng)器大得多。假設(shè)制動(dòng)器在緩解后，閘瓦拖受到往外拉的力則有可能使得緩解間隙變小，而這個(gè)力極有可能是運(yùn)動(dòng)沖擊[4]。

GFD型制動(dòng)器、閘瓦托+絲桿+閘瓦重量m=19 kg，對(duì)PC7型制動(dòng)器按18 kg計(jì)算。

計(jì)算PC7型制動(dòng)器在縱向沖擊加速度下閘瓦托產(chǎn)生移動(dòng)的最小加速度：

akb=Tkb/m=1840/18=102.22 m/s2

計(jì)算GFD型制動(dòng)器在縱向沖擊加速度下閘瓦托產(chǎn)生移動(dòng)的最小加速度：

akb=Fgfd’/m=622/19=32.74 m/s2

5 結(jié)論

國(guó)產(chǎn)GFD型踏面制動(dòng)器間隙變小故障是因?yàn)橹苿?dòng)器設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致，閘調(diào)器調(diào)整開關(guān)與止動(dòng)鐵存在間隙，導(dǎo)致進(jìn)給螺母存在脫齒空間，后續(xù)裝車運(yùn)行制動(dòng)器持續(xù)受運(yùn)動(dòng)沖擊的影響，閘瓦拖受到向輪對(duì)側(cè)的外力，使得調(diào)整螺母產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而絲桿與閘調(diào)器發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致緩解間隙變小，甚至抱閘。

6 整改方法

（1）更換閘調(diào)器止動(dòng)鐵零件，確保絲桿收到最短位置后，止動(dòng)鐵錐面能卡住進(jìn)給螺母錐面，限制進(jìn)給螺母脫齒旋轉(zhuǎn)，保證不空轉(zhuǎn)；

（2）規(guī)定止擋環(huán)安裝時(shí)凸出箱體端面（1～2）mm，如圖13，保證緩解時(shí)止動(dòng)鐵壓住調(diào)整開關(guān)，限制鞲鞴不落底；

（3）切除活塞底部部分凸臺(tái)，保證緩解時(shí)活塞不落底[5]。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)更換制動(dòng)器閘調(diào)器的止動(dòng)鐵零件，并優(yōu)化止擋環(huán)的安裝，切除活塞底部部分凸臺(tái)等有效解決了GZ128項(xiàng)目增購(gòu)車制動(dòng)器間隙持續(xù)變小的問(wèn)題，這為今后國(guó)產(chǎn)制動(dòng)器在設(shè)計(jì)裝配時(shí)有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］CSR.廣州地鐵28項(xiàng)目基礎(chǔ)制動(dòng)單元說(shuō)明書［Z］.2010.

［2］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目PC7型踏面制動(dòng)單元使用與維護(hù)說(shuō)明書［Z］.2012.

［3］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目GFD-3型及GFD-4型踏面制動(dòng)單元使用與維護(hù)說(shuō)明書［Z］.2012.

［4］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目踏面制動(dòng)單元型式試驗(yàn)報(bào)告［Z］.2011.

［5］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目GFD-3型及GFD-4型踏面制動(dòng)單元整改方案［Z］.2017.