HXD1D型电力机车制动盘拉伤原因分析及控制措施

张建辉

(郑州铁路局 郑州机务段，河南 郑州 450053)

HXD1D型电力机车制动盘拉伤原因分析及控制措施

张建辉

(郑州铁路局 郑州机务段，河南 郑州 450053)

针对HXD1D型电力机车运用过程中发生的多起制动盘拉伤擦出火花的故障，经过认真解体分析，认定是由于制动盘与闸片间隙太小和制动闸片的结构设计缺陷导致。通过改造制动夹钳的内部结构和制定定期清扫制动盘的有效措施，防止了此类故障的发生。

HXD1D型电力机车；制动盘拉伤；原因分析；措施

2016年2月到4月期间，郑州机务段的HXD1D型机车因制动盘与闸片接磨后拉伤制动盘故障，造成两起事故。经过对全段该型机车制动盘状态进行普查，发现已经有8台机车的制动盘出现不同程度的拉伤。此类故障是典型的走行部基础制动部分故障，轻则造成设备故障，影响运输安全，重则造成轮对抱死、机车脱轨或引发火灾。因此，立即查找故障发生的原因并制定行之有效的技术措施迫在眉睫。

1 原因分析

HXD1D型电力机车采用的是轮盘制动方式，制动装置采用轮装式制动盘加盘形制动单元，是适应高速客运机车的基础制动装置，其优点是制动功率大、制动性能可靠、使用维护性好、产品互换性好、性能先进、对踏面无损伤。在拉伤后的制动盘和闸片间取出的金属物，是铸钢制动盘被划伤后产生的细小碎片受热后重新凝结而成的。具体从以下6个方面进行分析。

1.1 制动盘结构分析

每个车轮制动盘由两个摩擦环组成，根据这两个摩擦环相对于轮缘的安装位置不同，分别被称作内摩擦环和外摩擦环。摩擦带厚度以及散热片的数量和设计型式使摩擦环的温度保持在允许范围内，并将热负荷和机械负荷降至最小。 为了对车轮上的制动盘进行固定、对中以及传递制动扭矩，制动盘有 6 个滑块和18 个螺纹连接件。 滑块为圆柱形构件，带有字母O形环，用于安装时将滑块保持在正确位置。滑块削平的两端卡入摩擦片背面的定心槽中。滑块不仅用于使摩擦环在车轮上对中以及摩擦片彼此对中，还可避免摩擦片单个转动，使螺纹连接件不必承受弯曲应力。螺纹连接件由全螺纹螺栓、伸缩套管和套管螺母组成，主要任务是将摩擦片固定在车轮上。螺纹连接件必须能抵抗进行制动操作时产生的极大的机械负荷，还必须允许有一定的受热膨胀。

1.2 闸片结构分析

一组闸片有上、下两片组成，上片由闸托和8个研磨子组合而成，下片由闸托、9个研磨子和到限台组成。所有摩擦研磨子呈现无规则排列，各研磨子之间隙也不同。机车运行过程中，靠组合后的研磨子表面与制动盘表面的摩擦作用实现机车制动缓解。而实际情况是，因为闸托结构和研磨子的材质条件，很难保证所有研磨子表面在一个平面上。

1.3 制动盘及闸片磨耗标准分析

HXD1D型电力机车制动盘采用铸钢材料加工而成，制动盘可供磨耗的限值为5 mm，制动盘上划痕允许值见表1。

表1 制动盘划痕宽度及深度允许值

HXD1D型电力机车闸片采用粉末冶金材料加工而成，如果闸片划痕宽度大于20 mm且深度超出1 mm时，须更换与其配合使用的闸片。闸片上单个闸片元件(研磨子)缺损及掉块面积约大于1 cm2，或整个闸片上所有摩擦粒子缺损及掉块面积约大于20%，须更换此闸片。

1.4 机车牵引制动原理分析

HXD1D型电力机车具有空气制动和动力制动联合作用功能，可通过低压柜内的转换开关来选择空电联合制动投入/切除。当投入时，机车动力制动优先使用。制动控制系统能实现自动制动手柄的指令与机车主控制系统之间进行通信，以使机车的动力制动能根据自动制动手柄的指令来实施。当用自动制动手柄实施列车常用操作时，机车动力制动与车辆空气制动可同时使用，机车动力制动力的大小与自动制动手柄对应的列车管减压量所产生的机车空气制动力相匹配。机车施行动力制动时，机车自动空气制动被切除，制动缸无压力。当机车通过自动制动施加动力制动时，可以通过单独制动手柄施加单独空气制动，当制动缸压力达到90 kPa 时，切除动力制动。

1.5 闸片与制动盘异常接磨分析

制动闸片与制动盘的间隙较小，技术规程要求两侧之和为2～4 mm。当制动夹钳在构架安装完成后，夹钳在缓解的自由状态下很难保证闸片与闸盘的内外摩擦环间的间隙均匀的为1～2 mm，可能一边间隙大，另一边间隙小。在制动状态，由于制动缸压力会使闸片内外同时抱闸，一旦缓解又会回到自由状态。按照设计技术要求，测量方法为：在缓解状态下使制动钳单元的一个制动闸片抱在摩擦环上，用量规测量其它制动闸片到其它摩擦环的距离，间距必须为2～4 mm。

1.6 机车运行过曲线分析

机车在过曲线时，轮对总是先于构架进入曲线，和构架产生一个相对角度。由于夹钳安装在构架上，闸盘在轮对上，此时原本闸片与闸盘摩擦环间的平行平面变成不平行，就可能造成闸片的局部与闸盘接触；如果再因安装产生的内外间隙不均匀，间隙小的一边更容易产生闸片与闸盘直接接触，对机车闸片或闸盘会形成一定的磨损。制动盘磨损后形成的金属粉末遇到雨水冲刷冷却，形成结晶，卡在闸片与制动盘之间，进一步拉伤闸盘，严重的会形成抱轮故障。

综合以上分析可以看出，HXD1D型制动盘拉伤主要原因是制动盘与闸片间隙太小和制动闸片的结构设计存在问题。

2 制定防止措施

根据HXD1D机车制动盘拉伤故障原因分析的结果，采取以下措施：

(1)建议夹钳设计厂家改变制动夹钳的内部结构，从而增大闸片与制动盘间隙，即由2～4 mm改为3～6 mm，使制动盘与闸片接磨产生的异物能够及时排除。2016年7月后新生产的机车已经采用大间隙制动夹钳，大大降低了故障的发生。

(2)把制动夹钳在构架上的吊杆销从直径20 mm改为直径18 mm，增大制动夹钳与转向架的相对活动量，尽量减少机车运行中闸片与制动盘接磨现象的发生。

(3)成立专门普查小组，一周内完成20台HXD1D型电力机车闸片的拆除清扫检查工作。

(4)全部吹扫工作完成后，每10～15天对HXD1D型电力机车制动闸片进行一次拆除清扫检查，每天不少于2台。

(5)要求客运车间五项专检人员在机车出库前认真检查制动盘状态，用2 mm厚的专用通规检查闸片与制动盘间隙，发现制动盘有新划伤痕迹且闸片故障的立即维修。

3 结语

根据对HXD1D电力机车制动盘拉伤故障原因分析结果所采取的措施得当，该机型从2016年5月份以来再未出现因制动盘拉伤造成的机破故障。同时，经专检把关后，HXD1D型电力机车制动盘拉伤故障也大大减少，延长了机车制动盘的使用寿命，提高了机车的运行效率，保证了机车走行部的安全可靠，经济及社会效益显著。

[1]杜利清，黄彪，方明刚，等.机车制动盘的技术现状及应用分析 [J].铁道机车车辆，2016，36(3)：34-36.

[2]王京波，杨金生，钱坤才，等.解读铁道行业标准《机车用合成闸片》[J].铁道技术监督,2015，43(11)：1-5.

[3]齐斌.高速机车制动盘及其优化设计[J].机车电传动，2015(4):31-33.

[责任编辑:赵 伟]

Reason Analysis and Control Measures of Brake Disc Damage of HXD1D Electric Locomotive

ZHANG Jianhui

(Zhengzhou Railway Bureau Zhengzhou Locomotive Depot Technical department, Zhengzhou 450053,China)

A number of HXD1D type locomotive brake disc strain sparks fault occurred in the running process, by carefully disassembly analyzing, that is because the brake disc and brake clearance is too small and the structure of the brake piece design flaws. Through reforming the internal structure of brake clamps and formulate effective measures for regular cleaning of the brake disc, prevents the occurrence of such failures.

HXD1D type electric locomotive;Brake disc strain;reason analysis; measures

2016 - 09 -30

张建辉(1980—)，男，河南许昌人，郑州铁路局郑州机务段工程师，研究方向为机车检修。

U264.8

B

1008-6811(2016)-04-0003-03