某型機(jī)車單元制動(dòng)器C5修故障研究及改進(jìn)措施

摘要：某型機(jī)車單元制動(dòng)器C5修后出現(xiàn)了數(shù)起停放制動(dòng)缸緩慢漏風(fēng)故障。故障發(fā)生后組織人員對(duì)發(fā)生故障的單元制動(dòng)器實(shí)施了試驗(yàn)和拆檢。通過對(duì)故障機(jī)理的深入研究與分析，找到了導(dǎo)致故障的原因。并從工藝過程控制、工裝保障、檢查確認(rèn)等環(huán)節(jié)作出了針對(duì)性的改進(jìn)，有效的提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為行車安全提供了有力保障。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧苿?dòng)器;C5修;停放制動(dòng)缸;漏風(fēng)

中圖分類號(hào)：TP206+.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0139-02

1 ?故障研究

1.1 主要性能參數(shù)：

制動(dòng)倍率 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4.3

制動(dòng)缸直徑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Φ178mm

常用制動(dòng)額定風(fēng)壓 ? ? ? ? ? ? 350kPa

緊急制動(dòng)額定風(fēng)壓 ? ? ? ? ? ? 450kPa

彈簧缸額定緩解風(fēng)壓 ? ? ? ? ? 460kPa

閘瓦與車輪踏面額定間 ? ? ? 6～16mm

常用制動(dòng)力（350kPa風(fēng)壓下） 34.2kN±5%

緊急制動(dòng)力（450kPa風(fēng)壓下） 44kN±5%

彈簧停車制動(dòng)力 ? ? ? ? ? ? ? ? ≥31.5kN

一次最大補(bǔ)償量 ? ? ? ? ? ? ? ? ≥6mm

最大補(bǔ)償能力 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ≥110mm

1.2 工作原理介紹

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是制動(dòng)作用的最終執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是將制動(dòng)活塞的推力增大一定的倍數(shù)，均衡地傳給各個(gè)閘瓦，并使閘瓦壓緊車輪產(chǎn)生制動(dòng)作用[1]。隨著技術(shù)升級(jí)換代，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置逐漸向輕型、單元化發(fā)展，產(chǎn)生了單元制動(dòng)器這樣集制動(dòng)缸、停放制動(dòng)缸、制動(dòng)力放大機(jī)構(gòu)、間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)為一體的新型制動(dòng)裝置[2]。作為機(jī)車走行部的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量關(guān)系到機(jī)車的行車安全。（圖1）

在機(jī)車運(yùn)行過程中，停放制動(dòng)缸的壓力腔（見圖2）始終充有壓力在500kPa以上的壓縮空氣，壓縮空氣推動(dòng)活塞使停放制動(dòng)缸內(nèi)的大彈簧被壓縮，實(shí)現(xiàn)彈簧停車功能的氣動(dòng)自動(dòng)緩解。如停放制動(dòng)缸發(fā)生漏風(fēng)，將造成彈簧停車功能異常。

在泄漏緩慢發(fā)生，程度尚不嚴(yán)重，且機(jī)車總風(fēng)缸的壓力充足的情況下，機(jī)車總風(fēng)缸可以源源不斷地向停放制動(dòng)缸補(bǔ)風(fēng)，使停放制動(dòng)缸內(nèi)的大彈簧仍可以保持在壓縮狀態(tài)，但泄漏仍會(huì)造成一定程度的壓力降低。這會(huì)致使進(jìn)行停放制動(dòng)缸氣動(dòng)復(fù)位時(shí)，停放制動(dòng)缸內(nèi)大彈簧的被壓縮幅度不足，進(jìn)而導(dǎo)致施加彈簧停車功能時(shí)的制動(dòng)力下降。

發(fā)生嚴(yán)重泄漏時(shí)，即使機(jī)車總風(fēng)缸的壓力充足，補(bǔ)充的風(fēng)壓也不足以抵償泄漏造成的影響。這時(shí)停放制動(dòng)缸將出現(xiàn)顯著的壓降，其殘余風(fēng)壓將不足以使停放制動(dòng)缸內(nèi)的大彈簧保持在壓縮狀態(tài)，可能會(huì)在機(jī)車運(yùn)行過程中出現(xiàn)彈簧停車功能意外施加，造成機(jī)車在閘瓦長時(shí)間抱輪的情況下運(yùn)行，導(dǎo)致車輪被閘瓦擦傷，釀成事故。

1.3 故障現(xiàn)象及原因分析

有的故障單元制動(dòng)器在機(jī)車上并無功能上的異常，只在呼吸器位置發(fā)現(xiàn)緩慢漏風(fēng);有的則不但在呼吸器位置發(fā)現(xiàn)較嚴(yán)重的漏風(fēng)，而且同時(shí)出現(xiàn)彈簧停車功能意外施加現(xiàn)象。

為對(duì)故障機(jī)理進(jìn)行深入研究與分析，在故障件從車上拆下返廠后，依次對(duì)其進(jìn)行了性能試驗(yàn)和拆解。

向停放制動(dòng)缸的壓力腔充風(fēng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，單元制動(dòng)器沒有制動(dòng)動(dòng)作，只在呼吸器位置出現(xiàn)漏風(fēng)。單元制動(dòng)器沒有制動(dòng)動(dòng)作是正?，F(xiàn)象，說明壓力腔內(nèi)的壓縮空氣沒有竄入常用制動(dòng)缸，也就是說停放制動(dòng)缸與常用制動(dòng)缸之間的密封是有效的。呼吸器位置出現(xiàn)漏風(fēng)則說明壓力腔內(nèi)壓縮空氣的泄露路徑向下穿過了活塞，這種壓力泄露只能是活塞的密封失效導(dǎo)致的?；钊谕鈭A處裝有皮碗，在中間的沉臺(tái)處裝有唇形密封圈，壓縮空氣一定是通過這兩個(gè)位置泄露的。

為進(jìn)一步查清故障原因，我們對(duì)故障單元制動(dòng)器進(jìn)行了解體檢查。

在拆檢過程中發(fā)現(xiàn)，有的故障單元制動(dòng)器的唇形密封圈存在安裝不正的情況，這種情況下唇形密封圈與活塞和彈簧停車螺桿配合的過盈不均勻，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用過程中存在泄露的可能。在組裝的過程中，唇形密封圈采用手工壓裝，如操作過程中施力不均勻，且組裝后未仔細(xì)檢查，則存在裝偏的可能。而皮碗則因?yàn)檫^盈較大，壓裝力也較大，無法手工完成壓裝，在裝配過程中使用了專用工裝進(jìn)行壓裝。因?yàn)楣ぱb的定位和導(dǎo)向作用，未發(fā)現(xiàn)皮碗安裝不正的現(xiàn)象。

為驗(yàn)證上述分析，我們將唇形密封圈拆下，重新安裝后進(jìn)行試驗(yàn)，泄露現(xiàn)象完全消失。

此外，拆檢過程中還在有的故障單元制動(dòng)器的壓力腔內(nèi)發(fā)現(xiàn)了異物，包括砂粒2個(gè)和生料帶1段。這些異物一旦運(yùn)動(dòng)到唇形密封圈與彈簧停車螺桿配合處或皮碗與停放制動(dòng)缸內(nèi)腔配合處同樣會(huì)導(dǎo)致密封失效。出現(xiàn)上述污物的原因，可能是單元制動(dòng)器自身清洗或組裝過程中零件清理不徹底;也可能是單元制動(dòng)器在機(jī)車上安裝時(shí)，外部環(huán)境或制動(dòng)管路中存在污物，通過單元制動(dòng)器的充風(fēng)口進(jìn)入停放制動(dòng)缸內(nèi)部。比如生料帶一般用于制動(dòng)管路螺紋聯(lián)接的密封，在單元制動(dòng)器本身的裝配中是完全禁止使用的，就很可能來自制動(dòng)管路的安裝過程。

清除壓力腔內(nèi)異物后，我們將該單元制動(dòng)器重新組裝后進(jìn)行了試驗(yàn)，泄露現(xiàn)象完全消失。

另外，拆檢中還發(fā)現(xiàn)1起唇形密封圈開裂破損的情況，開裂位置位于唇形密封圈主唇與骨架結(jié)合處（如圖3，AB線段所示位置）。唇形密封圈主體為橡膠材質(zhì)，內(nèi)包金屬骨架，在主唇部安裝有彈簧。唇形密封圈安裝在活塞的沉臺(tái)內(nèi)，內(nèi)孔中穿有彈簧停車螺桿（見圖2）。依靠唇形密封圈與活塞和彈簧停車螺桿的過盈配合造成的橡膠壓縮來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣壓的密封。

如前所述，唇形密封圈采用手工壓裝，要求通過按壓唇形密封圈骨架的上端面（圖4，A1-A2所示環(huán)形端面）將唇形密封圈裝入活塞的沉臺(tái)內(nèi)。而組裝時(shí)操作人員手上沾有油脂，極個(gè)別情況下可能會(huì)手滑按到主唇上（圖4，B1-B2所示環(huán)形端面）。主唇的材質(zhì)是橡膠，為非承載結(jié)構(gòu)。手按到主唇上，將使柔軟的橡膠主唇被用力壓到金屬骨架的內(nèi)孔邊緣上，這可能造成主唇與骨架結(jié)合處裂損。運(yùn)用一段時(shí)間后，就有可能導(dǎo)致唇形密封圈完全開裂、破損。

綜上所述，停放制動(dòng)缸緩慢漏風(fēng)是活塞的密封失效，直接造成壓力腔內(nèi)的壓縮空氣泄露導(dǎo)致的。具體原因是唇形密封圈安裝不正、壓力腔內(nèi)存在異物和唇形密封圈手工壓裝操作失誤導(dǎo)致的主唇與骨架結(jié)合處裂損。

2 ?改進(jìn)措施

2.1 針對(duì)唇形密封圈安裝不正和開裂破損的改進(jìn)措施

設(shè)計(jì)唇形密封圈專用壓裝工裝，保證在唇形密封圈壓裝過程中主唇位置得到可靠保護(hù)，壓裝力完全施加在骨架的上端面。通過壓裝工裝的導(dǎo)向定位功能，控制壓裝力均勻施加，確保安裝到位，不發(fā)生偏斜。同時(shí)加強(qiáng)壓裝后質(zhì)量的檢查確認(rèn)。通過唇形密封圈專用壓裝工裝的使用，在組裝過程中盡可能排除了人為因素的影響，確保安裝質(zhì)量的穩(wěn)定可靠。（圖5）

2.2 針對(duì)壓力腔內(nèi)存在異物的改進(jìn)措施

首先是加強(qiáng)組裝前清洗和組裝過程中的外觀檢查，對(duì)內(nèi)腔等不便觀察的位置使用手電照明輔助觀察，確保單元制動(dòng)器自身的清潔度。同時(shí)加強(qiáng)單元制動(dòng)器在機(jī)車上安裝時(shí)的工藝控制，避免外部環(huán)境或制動(dòng)管路中的污物，通過單元制動(dòng)器的充風(fēng)口進(jìn)入停放制動(dòng)缸內(nèi)部。尤其在制動(dòng)管路的螺紋聯(lián)接處盡可能不使用生料帶，如非使用不可也要嚴(yán)格控制在螺紋端部的前3個(gè)螺距不能纏有生料帶。針對(duì)上述改進(jìn)，組織對(duì)操作人員、檢查人員進(jìn)行了專項(xiàng)培訓(xùn)，同時(shí)與客戶進(jìn)一步明確了單元制動(dòng)器在機(jī)車上安裝時(shí)的工藝要求，確保所有措施得到可靠落實(shí)。

3 ?實(shí)施效果

通過采取上述措施，單元制動(dòng)器組裝質(zhì)量的穩(wěn)定性得到了顯著提高。改進(jìn)后單元制動(dòng)器出廠前嚴(yán)格進(jìn)行了靈敏度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、間隙調(diào)整試驗(yàn)、常用行車制動(dòng)/緩解試驗(yàn)、停放制動(dòng)/緩解試驗(yàn)、制動(dòng)效率試驗(yàn)等項(xiàng)目的檢測(cè)[3]，全部滿足試驗(yàn)要求。后續(xù)裝車使用再未出現(xiàn)由上述原因引發(fā)的停放制動(dòng)缸漏風(fēng)故障。該型機(jī)車用單元制動(dòng)器的C5修質(zhì)量得到有效控制，為行車安全提供了有力保障，也為今后類似故障的解決提供了思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]舒新譯，夏寅蓀校，[美]空氣制動(dòng)協(xié)會(huì)編.鐵道制動(dòng)工程設(shè)計(jì)[J].北京：中國鐵道出版社，1986.

[2]胡志軍.O′ZBEKISTON型機(jī)車單元制動(dòng)器的技術(shù)難點(diǎn)及解決方案[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2006（3）：32-34.

[3]王國明.某型機(jī)車單元制動(dòng)器閘瓦托轉(zhuǎn)軸螺釘松弛原因分析及改進(jìn)措施[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（5）：129-130.

作者簡(jiǎn)介：王國明（1979-），男，吉林舒蘭人，中車大連機(jī)車車輛有限公司機(jī)械裝備分廠，高級(jí)工程師，工程碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及制造。