闸调器异常工况对车辆产生抱闸的分析

贺 东，吕 英，伊松年，刘晓军

（1 驻北京（南口）机车车辆验收室，北京102202；2 北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京102249）

闸调器异常工况对车辆产生抱闸的分析

贺 东1，吕 英2，伊松年2，刘晓军2

（1 驻北京（南口）机车车辆验收室，北京102202；2 北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京102249）

通过对目前现场使用中因闸调器故障所产生的各种异常工况，尤其对可能导致车辆抱闸的异常工况进行详细分析、专用试验台试验验证以及模拟故障闸调器在现车上的使用情况试验，指出不同闸调器故障对车辆运行安全可靠性影响是不同的，并非所有的闸调器故障都会导致车辆抱闸。

闸调器；异常工况；车辆；抱闸

1 闸调器的运用现状及异常工况分析

1.1 闸调器作用原理分析

目前现场使用的ST系列闸调器包括ST1－600型和ST2－250型2种，两种闸调器的动作原理相同，但调整能力和控制方法不同。目前新造货车普遍使用ST2－250型闸调器；部分修理货车和少量25型客车仍使用ST1－600型闸调器。从现场反映的情况看，两种闸调器均有抱闸的事故反馈，且占运用故障的比例较高。现以货车普遍使用的ST2－250型闸调器为例对可能产生抱闸的情形进行分析。

闸调器在基础制动装置中的作用相当于一根可根据闸瓦磨耗与更换新闸瓦而自动缩短和伸长的拉杆。在初始安装状态，闸调器处于全伸长状态，随着闸瓦的不断磨耗，为保证制动缸行程保持不变，闸调器工作长度（螺杆刻线与拉杆头的距离）将逐渐变短；当闸瓦磨耗到限，并更换新闸瓦时，车辆制动缓解后，闸调器工作长度变长，从而使制动缸活塞行程保持不变。在实际运用中闸调器是否起作用，可通过改变闸瓦间隙，测定制动缸活塞行程是否在规定范围内来判断。

从闸调器的结构原理分析，车辆运用中，当闸瓦没有产生磨耗，而闸调器长度缩短，会使闸瓦间隙变小；如果闸调器长度连续变短将会使闸瓦间隙进一步减少进而使车辆产生抱闸。闸调器长度的变化是由调整螺母在螺杆上的位置所决定的，而调整螺母移动的距离和方向由引导螺母决定。制动时，如果引导螺母旋转带动闸调器体旋转，缓解时调整螺母转动会使闸调器工作长度变长；制动时如果挡铁与闸调器后盖接触，引导螺母在螺杆上旋转时不会带动闸调器体转动，缓解时调整螺母在螺杆上转动使闸调器工作长度变短；在消除基础制动装置弹性变形后期，闸调器体也会随着引导螺母的转动而产生旋转。由此可见，闸调器调整动作异常必将伴随着闸调器体旋转动作的异常。

1.2 闸调器作用不良的故障原因

从闸调器的结构、作用原理以及现场人员对闸调器故障现象的描述等方面进行分析，因闸调器作用不良，甚至引起车辆抱闸的原因主要有以下几方面：

（1）运用中闸调器体磕碰导致闸调器体变形，使闸调器体与套筒体之间摩擦过大，闸调器动作时，主弹簧推动引导螺母不能带动闸调器体转动，引起闸调器作用不良。

（2）主弹簧断裂，断裂后弹簧高度变小、作用力变小，同时与闸调器体之间产生较大摩擦，阻碍了闸调器体的转动，引起闸调器作用不良。

（3）随着使用期的增加，主弹簧工作负荷变小，从而影响闸调器体的转动，引起闸调器作用不良。

（4）非自锁螺纹副作用不良，例如缓解开始时引导螺母60齿与前盖60齿处于分离状态，随着螺杆的移动，带动引导螺母使其与前盖60齿啮合，因螺纹之间存在间隙，在闸调器水平状态下，受自身重力的影响，引导螺母及螺杆均不在水平位置，在此状态下60齿啮合时使螺纹副受力状态发生变化，影响闸调器的调整动作。

（5）引导螺母、调整螺母、主弹簧座处的单向推力球轴承旋转不良，影响闸调器的调整动作。

（6）杂质进入闸调器体内部，从而导致闸调器内部各离合面接合不良，影响闸调器的调整动作。

（7）后盖与拉杆之间存在杂质，导致闸调器体的转动受阻。

（8）内部零件损坏（如挡圈破损、弹性圆柱销松动后脱离）影响闸调器的调整动作。

以上对闸调器故障所引起的动作异常分析，需经过试验验证，在专用试验台上，有些还需专门的试验装置加以验证。试验验证的结果应该和现场实际运用工况相比较，判断试验的工况与实际运用工况是否相同，即试验条件是否符合现场运用条件。

2 闸调器故障导致作用不良的专用试验台试验验证

对上述产生闸调器作用不良的故障，逐项在闸调器专用试验台上进行了模拟试验。

为了能清楚地观察到闸调器各部件在不同工况下的动作情况，尤其在模拟闸调器某个部件有异常时，对闸调器作用的影响，通过把筒体、前盖、套筒体组成等剖开（见图1），以方便看清闸调器在制动、缓解时每个部件的状态。

2.1 闸调器体磕碰对闸调器性能影响的模拟试验

分别取检验合格的250闸调器体在距前盖100～200 mm位置（闸调器动作时套筒体的位置）敲击出深度为1和1.5 mm的凹陷。将敲击后的闸调器体组装并进行性能试验，记录下闸调器全行程伸长、缩短、灵敏度数据（见图2）。

从试验台试验情况看，当闸调器体发生磕碰，其深度大于1.5 mm，磕碰位置在距前盖100～200 mm范围内时，会使闸调器在闸瓦间隙减小时不能伸长。在正常间隙及间隙增大时，施行制动，闸调器将对基础制动的弹性变形进行调整，在试验台上如不断增加弹性变形量（即在试验台后部减少模拟弹性变形的垫块厚度），外在表现为筒体磕碰后首次制动闸调器制动时只缩短不伸长，其后随着模拟弹性变形量的增加闸调器继续缩短，当弹性变形不变，闸调器长度也不发生变化。

2.2 螺杆弯曲对闸调器动作影响的模拟试验

取检验合格的250型闸调器螺杆，在螺杆校直工装上将其压弯，当分别压弯到2，3，4，5 mm时组装进行性能试验。

当螺杆弯曲为2，3 mm时闸调器性能正常，当达到4 mm时，全行程伸长试验时出现不转或半转。当弯曲达到5 mm时螺杆不能正常安装。

试验表明，对250型闸调器，当螺杆弯曲达到4 mm以上时，导致全行程伸长时一次伸长量不足，在正常间隙时对弹性变形发生调整，在其后的制动缓解过程中，如果弹性变形量增加，闸调器将继续对增加的弹性变形量进行调整，闸调器工作长度将继续缩短。如果弹性变形不变或减小，闸调器的工作长度在第一次吃掉弹性变形缩短后，将保持不变。

对600型闸调器，当螺杆弯曲达到2.5 mm以上时对闸调器的性能会产生影响，与250型闸调器螺杆弯曲达到4 mm以上的情况是一致的。

2.3 主弹簧折断后对闸调器动作影响的模拟试验

将主弹簧从中间折断后再组装到闸调器里，进行制动、缓解试验，观察对闸调器调整动作的影响。试验时考虑到闸调器在实际过程始终处于受压状态，而两段旋向、直径相同的已折断的弹簧在受力时必将产生缠绕、因此在组装时预先将两段弹簧的两个端头相互少量搭接缠绕（见图3）。

从试验过程看，虽然主弹簧折断和缠绕会使弹簧力变小，但在试验初期，两段弹簧并没有进一步缠绕，两段弹簧的总作用力仍大于引导螺母弹簧盒内弹簧的工作负荷，闸调器仍然可以正常进行调整。随着试验次数的增加，两段弹簧进一步缠绕，使弹簧力减小到不足以克服摩擦阻力和引导螺母弹簧盒内的弹簧力时，闸调器在受拉时，闸调器体不再产生旋转。而在缓解时，由于套筒体内部零件作用正常，小弹簧将推动调整螺母在螺杆上移动，当闸调器的工作长度缩短后，制动时挡铁与后盖不接触，闸调器的工作长度不再缩短。

2.4 闸调器前盖与引导螺母60齿磨耗后对闸调器性能影响的模拟试验

分别将没有齿的前盖和引导螺母、一半齿高的前盖与引导螺母、一半齿高的引导螺母与没有齿的前盖3种组合，分别组装后进行性能试验。3种工况的前盖与引导螺母组合组装前在啮合部位用低温润滑脂充分润滑，在试验台上进行性能试验，重点对全伸长、灵敏度进行考察。车削一半齿高后的前盖和引导螺母。

试验表明，60齿部位所形成的离合器在齿形有较大磨损的情况下内部的弹簧对啮合部位的压力也可以产生足够的摩擦力，能够实现啮合与分离，闸调器的伸长和缩短动作正常，不会导致车辆产生抱闸故障。

关于60齿的试验还有以下情况说明：本次试验中车削后的60齿表面粗糙度约为6.3，在加足量润滑的情况下两个锥面配合也可以实现离合器的作用。调整作用正常是全伸长和全缩短试验符合试验要求，但从全伸长到全缩短的第一次制动时锥面所形成离合器与啮合的60齿所形成离合器不同，在拉力增加时非自锁螺纹副产生的圆周方向的力不会产生打滑，所以在试验时没有了齿错动打滑的声音。闸调器在该次制动缓解过程中，没有对长度进行完整的调整，其调整量可以在随后的制动中得到补偿。

2.5 60齿离合器存在异物对闸调器作用影响的模拟试验

将引导螺母60齿部位钻孔攻丝后旋入M6螺钉，再将螺钉切断，使剩余部分与齿高相同，以模拟较大异物进入闸调器前盖与引导螺母60齿之间。再将试验用引导螺母正常组装进行性能试验，重点对全行程伸长，灵敏度进行考察（见图4）。

试验时螺杆在全行程伸长时常出现伸长不足30 mm，即半转的现象。灵敏度也出现不正常的情况。出现以上异常工况是由于引导螺母与前盖60齿处存在较大异物时，破坏了引导螺母与前盖的啮合，出现闸调器在制动过程中对弹性变形进行调整，试验台上增大弹性变形量将发生在该次试验时只缩短不伸长现象。

2.6 离合片与套筒盖离合器处存在异物对闸调器作用的影响

取检验合格的离合片，在离合面处钻孔攻丝，将旋紧一M6螺钉，保留高于锥面2 mm螺钉，将其余部分螺钉切除，以模拟较大异物进入闸调器离合片与套筒盖之间。将试验用离合器正常组装进行性能试验（见图4）。

制动时，在全行程伸长时，由于离合面处存在异物，导致受力时离合面不能正常脱开，闸调器不能伸长，但用扳手可以转动闸调器，使其伸长，但伸长试验后全行程缩短试验正常。在正常间隙状态下，如具有该故障将使闸调器对基础制动的弹性变形进行调整，但调整后，在以后的制动过程中挡铁不与后盖接触，闸调器不会继续缩短。

2.7 杂质进入闸调器体内部对闸调器动作影响的模拟试验

将试验用的螺杆梯形螺纹表面附着泥沙后进行正常组装，并进行性能试验。全行程伸长试验时闸调器工作长度不变化。全行程缩短试验中，制动时螺杆收回到护管内部，缓解时螺杆放出，闸调器的工作长度不变化。

试验表明，当杂质进入闸调器体内部时，会使闸调器成为一根长度不变化的拉杆。因此杂质进入闸调器体内不会使车辆产生抱闸故障。在该情况下，闸调器本身不会使车辆产生抱闸的故障，但此时仍然可以手盘对闸调器的工作长度进行调整，如在该工况下旋转闸调器使其长度缩短至闸瓦与踏面接触的程度，制动时闸调器不能完成伸长调整动作，使车辆产生抱闸故障。

2.8 轴承转动不灵活对闸调器动作影响的模拟试验

轴承转动不良会对闸调器的调整动作产生影响。试验时将引导螺母处的51109轴承破坏，取出其中一个滚动体，并对保持架进行敲击，使轴承转动不灵活。

试验表明，如果轴承的保持架在水平方向的翘曲不能达到与轴承松缓或引导螺母接触的状态，且滚动体可以转动的情况下，闸调器是可以正常动作的。当保持架翘曲达到与两侧均接触的状态时，即滚动体不能完全正常滚动时，闸调器的调整动作将受到影响。在制动过程由于轴承转动不灵活，调整螺母和引导螺母在螺杆上的位置均未发生变化，闸调器不会对闸瓦间隙进行调整，此时制动缸活塞行程加大，车辆将会产生制动力不足，不会产生抱闸。

3 专用试验台故障模拟试验结论

从以上试验台故障模拟试验看，闸调器作用不良可分为两大类：

3.1 闸调器仅缩短不伸长

在试验台模拟弹性变形不断增加的前提下，引起闸调器仅缩短不伸长的原因主要有闸调器体磕碰严重、主弹簧折断、螺杆弯曲、引导螺母与前盖之间有较大异物、离合片与套筒盖之间有较大异物等几种故障。这几种故障对闸调器所带来的共性外在表现均为闸调器体不能正常转动，使闸调器仅缩短不伸长。

在闸调器试验台上进行试验验证的过程中，因试验台只能模拟15 mm弹性变形，制动缓解后闸调器工作长度缩短了15 mm，为了进一步验证闸调器对基础制动弹性变形的调整，移去挡环模拟更大的弹性变形，继续制动，缓解后闸调器对增加的模拟弹性变形再次进行了调整，闸调器工作长度再次缩短。如弹性变形不继续增加，则在其后的制动缓解过程中闸调器的工作长度不再发生变化。由于第2次或多次的弹性变形只能在试验台上模拟，相当于模拟不同车辆基础制动的弹性变形。而在某一车辆上其基础制动的弹性变形是固定的，因此现车试验时闸调器吃掉该车的弹性变形使工作长度缩短后，在其后的制动缓解过程中工作长度将不再发生变化。

另对于上述几种模拟的闸调器故障均为较极端的情况，在实际运用及检修中并没有出现或极少发现。

3.2 闸调器不调整成为一根固定拉杆

引起闸调器不调整成为一根固定拉杆的主要原因有调整螺母与套筒体及活动套离合面间存在较大异物、轴承损坏失效、大量泥沙侵入闸调器体内等故障。这些故障将导致闸调器在缓解时拉杆不回位，或制动时拉杆被拉出闸调器体而螺杆收回到护管内部，在缓解时拉杆收回到闸调器体内而螺杆收入护管内，两种情况下闸调器均成为一根尺寸固定的拉杆。闸调器的长度不变化，不能随着闸瓦的磨耗而变短，车辆将会产生制动缸行程增大，制动不足的故障而不会使车辆产生抱闸。

4 现车验证

从上述原因分析及试验台验证可看出，如闸调器工作长度不断缩短将引起车辆抱闸。以上不同故障的闸调器在试验台上的验证都表现为故障闸调器受力时闸调器体没有旋转，进而对基础制动的弹性变形进一步调整，使闸调器的工作长度缩短。所以在现场单车验证时选取了其中一种使闸调器工作长度有缩短趋势的故障为代表进行试验，采用闸调器体磕碰为代表进行验证。

将闸调器体磕碰严重并已在试验台上试验，确认其能够对多次弹性变形进行调整，有缩短趋势的闸调器装车。试验前分别将单车试验已合格的C64、C70车上的闸调器取下，将试验用故障闸调器的工作长度、挡铁在控制杆上的位置调整至与原车辆用闸调器相同，将试验用故障闸调器安装在车上。调整空重车调整装置，使其处于重车位再进行试验。

4.1 现车试验结果

单车试验器减压200 kPa后缓解，测量闸调器工作长度。反复制动缓解后测量闸调器的工作长度。

第1次制动缓解后，闸调器工作长度较安装位置缩短18 mm。第2次及其后制动缓解后，闸调器的工作长度不再变化。第1次制动时闸调器工作长度缩短了18 mm，是由于闸调器对基础制动所产生的弹性变形进行了调整。

4.2 现车试验结果分析

第1次制动缓解时因闸瓦与车轮处于正常间隙状态，制动过程中，当闸瓦与车轮踏面接触后，挡铁与后盖接触，其后，基础制动产生弹性变形，闸调器螺杆收入护管内直至制动结束。缓解时，在消除基础制动的弹性变形阶段，螺杆未能从护管中伸出，仍留在护管内部，但拉杆受主弹簧作用回复到正常位置。第2次制动时，因闸调器工作长度变短，闸瓦与车轮踏面接触时闸调器挡铁还未与后盖接触，由于闸调器体磕碰严重，闸调器受拉力而不产生旋转，此时制动力在闸调器内部的传递过程是后拉杆头→螺杆→调整螺母→套筒体→套筒盖→压紧弹簧→活动套→拉杆端头→拉杆→拉杆头。即基础制动的弹性变形从第2次制动开始，将不会使闸调器的工作长度发生变化，多次制动缓解后闸调器的工作长度也不会继续缩短。

单车试验缓解后，闸瓦未与踏面分离，制动缸推杆仍处于推出位置，但制动缸活塞已收回，此现象说明缓解后车轮踏面与车辆闸瓦间仍然有间隙，没有发生抱闸现象。对于验证的车辆，由于闸调器对基础制动弹性变形的调整所引起的车轮闸瓦间隙变小量小于车辆正常闸瓦间隙，所以不会产生抱闸。装用250型闸调器的车辆，闸瓦的磨耗量与闸调器调整量存在如下关系：

闸调器调整量＝2×n1×L/［1＋（2×n1）/n］

式中L为一次闸瓦磨耗量；n1为转向架制动倍率；n为全车制动倍率。

按C70车计算，转向架倍率4，全车制动倍率7.8，当闸调器长度缩短18 mm，相当于每块闸瓦磨耗4.56 mm。C70使用12英寸制动缸，制动缸标准行程为155 mm，正常闸瓦间隙为155/7.8＝19.87 mm。闸调器调整后，相当于闸瓦间隙减小到15.31 mm，即闸调器对弹性变形调整后，缓解后闸瓦与车轮踏面之间仍然存在间隙，只是间隙减小了。

5 闸调器故障对车辆产生抱闸的影响分析

综上所述，闸调器故障对其本身所产生的外在表现有两种：

（1）不调整，相当于一根固定尺寸的拉杆；

（2）产生故障后，在第1次的制动缓解过程中对基础制动的弹性变形进行调整，使其工作长度缩短，在其后的制动缓解中因基础制动的弹性变形没有增加，闸调器不再对弹性变形进一步调整，仍保持第1次缩短后的工作长度不变，因此不存在闸调器持续变短的现象。

对于第1种情况会带来因闸瓦间隙的不断变大而引起制动力降低的结果，当然不会导致车辆抱闸。而第2种情况会引起闸瓦间隙的一次性变小，如闸调器对弹性变形调整所引起的闸瓦间隙减少量小于正常闸瓦间隙，只是将闸瓦间隙减小了一些，但闸瓦与车轮踏面间仍有间隙，不会导致车辆产生抱闸故障。

6 现场运用中车辆抱闸故障分析

在实际运用中，时常有闸调器导致抱闸的故障反映，我们也曾经对多起“抱闸”车辆的闸调器进行试验台性能检测，到目前为止仅发现一例因内部杂质过多而引起闸调器长度不变化的故障，其余抱闸车辆的闸调器均作用良好。从上述分析可知，闸调器长度不发生变化不会引起车辆抱闸，而闸调器作用正常的情况下引起车辆抱闸更是没有理论依据。随着闸瓦的磨耗，闸调器变短是闸调器正常动作的表现，然而在实际运用中也确实出现过车辆的全部闸瓦已磨至瓦背，闸调器也处于全缩短的情况，但仍判定是因闸调器而引起的车辆抱闸，此结论不合理。另外，受基础制动装置摩擦的影响，有的车辆在静止状态时制动缓解后其闸瓦与踏面不能彻底分离，这样将造成车辆运行时因踏面与闸瓦不分离而产生火花。如果此时更换闸调器，在更换时需对基础制动装置的各杠杆进行推拉，使闸瓦与踏面分离，由此消除故障。此时将故障原因归咎于闸调器不合理，因在对各杠杆进行推拉调整的过程中，已把基础制动装置在某个部位的摩擦卡滞等不良状况消除掉了，所以不再有抱闸出现。由于车辆及故障现场不能重现，很难找到引起抱闸故障的真实原因。

鉴于因闸调器引起的“抱闸”故障较多，建议对抱闸车辆首先进行车辆制动试验，将制动缸活塞行程作为一项重要的检测指标，在单车试验时对闸调器作用是否正常的判定标准是制动缸活塞行程是否符合要求。因闸调器动作不正常，例如每次制动、缓解后，不论闸瓦是否磨耗，闸调器工作长度都变短，会导致闸瓦间隙持续变小，进而导致抱闸，而此时的制动缸活塞行程也应该持续变短，当闸调器档铁与后盖间距离小于基础制动系统在闸调器位置的弹性变形量，即缓解时基础制动装置弹性变形未消除，缓解后闸瓦与车轮踏面仍然接触，车辆必然会产生抱闸。如果闸调器档铁与后盖距离大于基础制动系统在闸调器位置的弹性变形量，则缓解后理论上车轮与踏面间仍可产生间隙，由于基础制动装置弹性变形所引起的闸调器长度变化较小，此时制动缸活塞行程也将变化较小。

闸调器本身不会产生持续变短的调整动作，除非有外力施加，同时闸调器存在对弹性变形进行调整的故障时，才会引起车辆抱闸故障的发生。

抱闸是车辆运行中一个较为严重的事故，需对发生抱闸故障的车辆进行科学的分析，确定产生故障的真正原因并进行改进，才能提高车辆运行的安全性。

Analysis of Vehicle Brake Due to Abnormal Conditions of Slack Adjuster

HE Dong1，LYU Ying2，YI Songnian2，LIU Xiaojun2
（1 （Nankou）Locomotive and Rolling Stock Inspection Office，Beijing 102202，China；2 Beijing CSR Times Locomotive and Rolling Stock Mechanics Co.，Ltd.，Beijing 102249，China）

The paper analyzes in detail the variou4s abnormal conditions due to the failure of slack adjuster in the field use，especially the abnormal conditions which lead to the vehicle brake，the test verification of especial test bench，and the fault simulation test of slack adjuster’s application conditions.Different slack adjuster faults have different impact to the vehicle’s safety operation.Not all of the slack adjuster failure will cause the vehicle to brake.

slack adjuster；abnormal conditions；vehicle；brake

U270.351

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.06.28

1008－7842（2014）06－0108－05

�）男，工程师（

2014－05－23）