大型養(yǎng)路機(jī)械基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的研制

吳喜

摘 要

針對(duì)車軸齒輪箱安裝空間大的特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提出了一種單元制動(dòng)缸下置的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。介紹了該基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的主要結(jié)構(gòu)及工作原理，通過對(duì)緊急制動(dòng)距離、停放制動(dòng)力的校核計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，表明該基礎(chǔ)制動(dòng)裝置能滿足新車型的制動(dòng)要求。

關(guān)鍵詞

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置;單元制動(dòng)缸;制動(dòng)杠桿;閘瓦傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)

中圖分類號(hào)： U27 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 35

Abstract

According to the characteristics of large installation space of axle gearbox and the design requirements. This paper presents a basic brake device with unit brake cylinder under it. This paper introduces the main structure and working principle of the basic braking device. Through the checking calculation and test verification of the emergency braking distance and parking braking force， it shows that the basic braking device can meet the braking requirements of the new model.

Key words

Basic brake device; Unit brake cylinder; Brake lever; Adjustment mechanism of brake shoe angle

大型養(yǎng)路機(jī)械各驅(qū)動(dòng)車軸齒輪箱間通常采用萬向傳動(dòng)軸的連接方式，在連掛運(yùn)行過程中需拆除萬向傳動(dòng)軸，給用戶帶來很大的不便。為了解決這一問題，新的大型養(yǎng)路機(jī)械開始采用不需拆卸萬向傳動(dòng)軸的車軸齒輪箱。但車軸齒輪箱相比傳統(tǒng)的占用空間更大，與大型養(yǎng)路機(jī)械常用的杠桿式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置存在干涉，導(dǎo)致傳統(tǒng)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置無法安裝在新的大型養(yǎng)路機(jī)械構(gòu)架上。因此需研發(fā)設(shè)計(jì)一種滿足大型養(yǎng)路機(jī)械使用工況，兼容新車軸齒輪箱安裝空間，結(jié)構(gòu)更為緊湊的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置。

1 設(shè)計(jì)要求

根據(jù)GB/T 25337-2018《鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械通用技術(shù)條件》要求，大型養(yǎng)路機(jī)械軸重應(yīng)控制在23t以內(nèi)[1]。設(shè)計(jì)時(shí)按整車布置4根車軸考慮，整車重量約為92t，車輪直徑為920mm（新輪）/895mm（半磨耗），軸距為1800mm。要求新設(shè)計(jì)的大型養(yǎng)路機(jī)械以80km/h的速度運(yùn)行時(shí)，平直道上的緊急制動(dòng)距離不超過630m，并能在20‰的坡道上安全?？縖1]。

2 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置如圖1所示，主要由單元制動(dòng)缸、吊座組成、制動(dòng)杠桿、閘瓦托、閘瓦及閘瓦傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。采用一臺(tái)轉(zhuǎn)向架布局兩套單元制動(dòng)缸的方式，單元制動(dòng)缸安裝在兩閘瓦托之間，制動(dòng)時(shí)推動(dòng)閘瓦壓向輪對(duì)，實(shí)施制動(dòng)。4個(gè)吊座組成焊接在轉(zhuǎn)向架上，將整套基礎(chǔ)制動(dòng)裝置吊裝在轉(zhuǎn)向架上。制動(dòng)杠桿連接單元制動(dòng)缸、閘瓦托等部件，并與摩擦片、摩擦塊、碟簧、閘瓦托等構(gòu)成閘瓦傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)，是制動(dòng)力的傳遞部件。

2.1.1 單元制動(dòng)缸

傳統(tǒng)的杠桿式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置必須配置手制動(dòng)機(jī)，以滿足整車在坡道上安全?？?，工作時(shí)，操作者需轉(zhuǎn)動(dòng)手輪直至停放制動(dòng)力施加，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。隨著閘瓦與車輪的磨耗，操作人員還必須通過調(diào)整螺母，使閘瓦間隙始終保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為了減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和操作工序，新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置選用了具有閘瓦間隙自動(dòng)補(bǔ)償及停放制動(dòng)能力的單元制動(dòng)缸。每個(gè)單元制動(dòng)缸可依靠彈簧施加停放制動(dòng)，輸出1.1t的停放制動(dòng)力，并可通過壓力空氣緩解停放制動(dòng)。

2.1.2 制動(dòng)杠桿

根據(jù)相關(guān)資料并參考部分車型，制動(dòng)杠桿長度按車輪半徑的80%左右設(shè)計(jì)，為避免車輪回轉(zhuǎn)方向?qū)﹂l瓦壓力的影響，布置制動(dòng)杠桿時(shí)將閘瓦下移，使閘瓦托和車輪中心的連線向下傾斜，盡量使該連線與制動(dòng)杠桿相垂直?？紤]到運(yùn)用中閘瓦和車輪都在不斷地磨耗和更換，設(shè)計(jì)時(shí)按磨耗中期（半磨耗13.5mm）狀態(tài)來布置，閘瓦中心比車輪中心低60mm（參考值：40～110 mm）[2]。

（1）制動(dòng)杠桿結(jié)構(gòu)。

根據(jù)制動(dòng)計(jì)算，制動(dòng)力不需要放大，制動(dòng)杠桿只是作為制動(dòng)力的傳遞部件，制動(dòng)杠桿結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，通過銷軸將單元制動(dòng)缸、制動(dòng)杠桿、閘瓦托連在一起。

（2）制動(dòng)杠桿強(qiáng)度計(jì)算。

制動(dòng)杠桿采用Q235A板材制作，為了驗(yàn)證制動(dòng)杠桿在各載荷工況作用下應(yīng)力與位移的分布，采用有限元分析軟件對(duì)制動(dòng)杠桿進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度分析。根據(jù)TB/T 1335《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》中9.5.2規(guī)定，制動(dòng)杠桿的最大應(yīng)力不得超過136N/mm2[3]。通過有限元分析軟件，得出的仿真結(jié)果如圖3所示：制動(dòng)杠桿的最大應(yīng)力為53.76N/mm2，滿足TB/T 1335《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》的要求。

2.1.3 閘瓦傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)

閘瓦傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)采用鉸鏈摩擦式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)閘瓦運(yùn)用過程中傾角自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，確保閘瓦與踏面良好接觸，均勻磨耗。

調(diào)整機(jī)構(gòu)的摩擦片固定于制動(dòng)杠桿上，并伸入閘瓦托中與兩個(gè)摩擦塊接觸，摩擦塊由安裝在閘瓦托上的碟簧壓緊，如圖4所示。制動(dòng)時(shí)閘瓦貼靠在車輪上，閘瓦在制動(dòng)力的作用下調(diào)整相應(yīng)角度，使制動(dòng)力指向車輪中心方向;緩解時(shí)閘瓦隨閘瓦托、制動(dòng)杠桿等一起運(yùn)動(dòng)，由于碟簧的作用閘瓦保持上一次制動(dòng)時(shí)的角度狀態(tài)。當(dāng)閘瓦、車輪磨耗時(shí)，傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)在制動(dòng)力作用下自動(dòng)調(diào)整，保證制動(dòng)時(shí)力的有效傳遞，以及緩解時(shí)閘瓦不搭靠在車輪上，防止閘瓦偏磨。

2.2 工作原理

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)車輛高速運(yùn)行時(shí)的空氣制動(dòng)及車輛?？亢蟮鸟v車制動(dòng)。

2.2.1 高速運(yùn)行

當(dāng)車輛施加制動(dòng)時(shí)，壓力空氣進(jìn)入單元制動(dòng)缸，推動(dòng)制動(dòng)缸的塞桿伸出，制動(dòng)杠桿以吊座組成的銷軸為中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著制動(dòng)杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，閘瓦托上的閘瓦壓在輪對(duì)上。由于空氣制動(dòng)力遠(yuǎn)大于碟簧對(duì)閘瓦托的預(yù)緊力，閘瓦托以制動(dòng)杠桿的中部銷軸為中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，閘瓦沿著輪緣的弧度貼緊輪對(duì)，使制動(dòng)力保持最大。

當(dāng)車輛需要緩解時(shí)，壓力空氣從單元制動(dòng)缸中排出，制動(dòng)缸的活塞桿在內(nèi)部彈簧的作用下縮回，制動(dòng)杠桿以吊座組成的銷軸為中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)閘瓦托使閘瓦與輪對(duì)分開。由于碟簧的作用，閘瓦保持在上一次制動(dòng)時(shí)的角度狀態(tài)，使閘瓦脫離車輪上。

2.2.2 駐車制動(dòng)

駐車制動(dòng)只需按下面板上的停放施加或停放緩解按鈕就可以快速的施加或緩解駐車制動(dòng)。

當(dāng)車輛施加駐車制動(dòng)時(shí)，壓力空氣從停放缸中排出，停放缸的活塞桿在內(nèi)部彈簧的作用下伸出，制動(dòng)杠桿以吊座組成的銷軸為中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著制動(dòng)杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，閘瓦托上的閘瓦壓在輪對(duì)上。

當(dāng)車輛緩解駐車制動(dòng)時(shí)，壓力空氣進(jìn)入停放缸，使停放缸的活塞桿克服彈簧作用力縮回，制動(dòng)杠桿以吊座組成的銷軸為中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)閘瓦托使閘瓦與輪對(duì)分開。當(dāng)車輛無法提供壓力空氣時(shí)，也可通過手動(dòng)拉動(dòng)緩解手柄，緩解駐車制動(dòng)。

3 制動(dòng)計(jì)算及校核

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的制動(dòng)缸徑為255mm，制動(dòng)倍率為2，駐車制動(dòng)力為8.8KN，取制動(dòng)效率為0.9[4]，空走時(shí)間為2.5s，摩擦系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[5]。當(dāng)車輛以80km/h速度運(yùn)行于平直道上單純施行緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離約為545m。在20‰的坡道上駐車制動(dòng)的防滾動(dòng)摩擦系數(shù)為1.2，防滑動(dòng)安全系數(shù)為5.6，滿足駐車停靠的要求。

2019年3月新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置已安裝在新車型上，實(shí)物如圖5所示。2019年10月進(jìn)行了整車的制動(dòng)距離試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)車輛以80km/h速度運(yùn)行于平直道上單純施行緊急制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離約為562m與理論計(jì)算值接近，滿足制動(dòng)距離不超過630m的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

新研制的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、閘瓦傾角自動(dòng)調(diào)整、閘瓦間隙自動(dòng)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)，能兼容車軸齒輪箱大的特點(diǎn)，并且代替了手制動(dòng)機(jī)，減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過理論計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證，新研制的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置滿足大型養(yǎng)路機(jī)械的設(shè)計(jì)要求，可應(yīng)用于車軸齒輪箱大的車型上。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T ?25337-2018 ?鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械 通用技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[2]毛必顯.大型養(yǎng)路機(jī)械YZ-1型空氣制動(dòng)機(jī)（第二版）[M].成都：西南交大出版社，2006.

[3]中華人民共和國鐵道部. TB/T ?1335-1996.鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范[S].

[4]許洪春.養(yǎng)路機(jī)械基礎(chǔ)制動(dòng)裝置實(shí)際傳動(dòng)效率分析方法探討[J]. 鐵道建筑，2011，（7）：134-137.

[5]中華人民共和國鐵道部.TB/T 1407-1998.列車牽引計(jì)算規(guī)程[S].北京，中國鐵道出版社，1998.