国产踏面制动器缓解间隙变小故障分析

韩晓辉

1 故障现象

2017年3月24日广州地铁二号线在对128项目增购车做日检时发现8B155车的3号轮踏面温度偏高，经检查和做制动器施加缓解试验时，发现该轮对制动器闸瓦在缓解状态下仍然贴合轮对踏面，闸瓦缓解状态如图1所示。

图1 闸瓦缓解间隙对比

在对所有128项目增购车进行普查时，发现共有10%的制动器都存在闸瓦缓解间隙变小的问题。

2 制动器原理

2.1 制动器制动作用原理

如图2所示，制动缸充风时，推动活塞往左移动，下连杆上端与活塞联接，下端与闸调器联接，活塞往左移动会推动下连杆绕销轴旋转，进而推动闸调器往右运动，闸调器与丝杆通过非自锁螺纹副联接，丝杆与闸瓦托铰接，当闸调器往右运动时，会推动丝杆运动，进而推动闸瓦托，产生制动作用[1]。

图2 制动器结构图

2.2 制动器间隙补偿原理

如图3所示，图3中标注的A尺寸即闸瓦缓解的正常间隙值，设计为（13±2）mm，制动器装配完成后正常间隙即已确定。

制动时，闸调器往右运动（闸调器内部制动力的传递过程为：下连杆—间隙调整套筒—离合机齿轮—调整螺母—丝杆—闸瓦托），当调整开关耳部未与止挡环端面接触时，进给螺母和调整开关不受力，二者接触时，制动器正好上闸，产生制动作用。如果因手动调整或其他原因使间隙比正常值大，二者接触时，闸瓦仍未与车轮接触上闸，闸调器与丝杆继续往右运动增大的间隙B，调整开关被止挡环限位不再运动，丝杆上的进给螺母被丝杆拉着与调整开关脱齿，并在弹簧力和轴承的作用下旋转，直至上闸。丝杆总行程为A+B。

缓解时，在弹簧回复力的作用下，活塞、下连杆、闸调器、丝杆、闸瓦托等零部件与制动相反的过程运动，当调整开关耳部与止挡环左端面接触时，其不再运动，并且通过齿限制进给螺母不再运动，丝杆与进给螺母通过螺纹连接，此时丝杆也不再运动，丝杆回退距离为A，与制动相比，在一次制动缓解的过程中，丝杆往前运动了增大的间隙B值，完成间隙补偿。丝杆不再运动时，间隙调整套筒继续回退，直至活塞运动到制动缸底部，该过程，调整螺母与离合机齿轮脱齿旋转回退[1]。

图3 闸调器结构图

3 故障排查

国产GFD型制动器为克诺尔PC7型制动器的仿制品，在实际运营过程中克诺尔PC7型制动器不会出现闸瓦缓解间隙变小的问题，初步怀疑为国产制动器在某些零部件的装配或尺寸上与克诺尔PC7型制动器存在差异，而导致该故障的产生。

根据对国产制动器和克诺尔PC7型制动器的动态状态对比分析，发现国产制动器与PC7型制动器确实存在一定差异，具体情况如表1所示。

表1 GFD型与PC7型制动器对比

3.1 缓解工况下制动缸活塞是否落底

通过尺寸测量，PC7型制动器活塞完全缓解高度为91.5+3.1=94.6 mm，缸深度96 mm，活塞不落底；国产GFD制动器的活塞高度为101.1+3.1=104.2 mm，缸深度98 mm，完全缓解情况下活塞不能落底落底。

3.2 止动铁与调整开关位置

从设计图纸上可以看出来，PC7型的止动铁与调整开关之间没有间隙[2]，GFD型制动器的止动铁与调整开关之间存在间隙[3]，现场查看制动器实物，和设计图纸相符。

3.3 闸调器晃动

将制动器的丝杆拆出后，发现PC7型制动器闸调器不能晃动，初步分析认为是缓解时止动铁顶住调整开关，没有晃动空间；GFD型制动器闸调器可以轻易晃动，进一步说明缓解时止动铁没顶住调整开关，之间有间隙。结合前面活塞可以落底的现象，说明缓解时，调整开关耳部不受弹簧力约束，为虚接情况。

3.4 丝杆收到底是否可转

由于GFD型制动器与PC7型制动器闸调器零部件止动铁的尺寸差异，导致GFD型制动器进给螺母存在脱齿空间，所以丝杆收到底后，如果丝杆继续旋转，便可以带动调整螺母克服弹簧力发生空转，而PC7制动器进给螺母不存在脱齿空间，所以丝杆不能带动调整螺母发生空转。

4 故障分析

4.1 闸瓦托受力分析

PC7型制动器由于止动铁与调整开关之间没有间隙，所以进给螺母没有脱齿空间，螺母不能旋转，进而丝杆与进给螺母之间不能发生相对运动，即丝杆与整个闸调器不能发生相对运动。此时制动缸内活塞不落地，承受缓解弹簧力，然后通过连杆作用到闸调器上，再传递到丝杆上，丝杆如果要向右移动则必须克服该作用力和扭簧力。具体情况如图4所示。

Fkb=缓解弹簧力*制动倍率+扭簧力≈1 840 N

图4 PC7型制动器丝杆受力分析

根据前面对比分析，可知GFD型制动器由于止动铁与调整开关之间有间隙，所以进给螺母存在脱齿空间，特殊情况下螺母能够旋转，进而丝杆与进给螺母之间能发生相对运动，即丝杆与整个闸调器能发生相对运动。并且由于GFD型制动器与PC7型制动器闸调器零部件止动铁尺寸存在细微差异，即使GFD型制动器的止动铁与调整开关贴合，进给螺母仍然存在脱齿空间，所以GFD型制动器闸瓦拖的受力情况与PC7型制动器存在差异。具体情况如图5所示。

在止动铁与调整开关接触前，丝杆向轮对侧移动只需要克服补偿弹簧力和扭簧力。

图5 GFD型制动器丝杆受力分析

Fgfd=补偿弹簧力+扭簧力≈388 N

在止动铁与调整开关接触后，丝杆向右移动还需要克服进给螺母弹簧力。

Fgfd’=补偿弹簧力+扭簧力+进给弹簧力≈622 N

4.2 闸瓦托受冲击分析

通过前面分析可知，在制动器缓解情况下，GFD型制动器闸瓦托和丝杆受到的限位较小，而PC7型制动器的限位力比GFD型制动器大得多。假设制动器在缓解后，闸瓦拖受到往外拉的力则有可能使得缓解间隙变小，而这个力极有可能是运动冲击[4]。

GFD型制动器、闸瓦托+丝杆+闸瓦重量m=19 kg，对PC7型制动器按18 kg计算。

计算PC7型制动器在纵向冲击加速度下闸瓦托产生移动的最小加速度：

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

计算GFD型制动器在纵向冲击加速度下闸瓦托产生移动的最小加速度：

akb=Fgfd’/m=622/19=32.74 m/s2

5 结论

国产GFD型踏面制动器间隙变小故障是因为制动器设计不合理导致，闸调器调整开关与止动铁存在间隙，导致进给螺母存在脱齿空间，后续装车运行制动器持续受运动冲击的影响，闸瓦拖受到向轮对侧的外力，使得调整螺母产生旋转，进而丝杆与闸调器发生相对运动，导致缓解间隙变小，甚至抱闸。

6 整改方法

（1）更换闸调器止动铁零件，确保丝杆收到最短位置后，止动铁锥面能卡住进给螺母锥面，限制进给螺母脱齿旋转，保证不空转；

（2）规定止挡环安装时凸出箱体端面（1～2）mm，如图13，保证缓解时止动铁压住调整开关，限制鞲鞴不落底；

（3）切除活塞底部部分凸台，保证缓解时活塞不落底[5]。

7 结束语

通过更换制动器闸调器的止动铁零件，并优化止挡环的安装，切除活塞底部部分凸台等有效解决了GZ128项目增购车制动器间隙持续变小的问题，这为今后国产制动器在设计装配时有一定的借鉴作用。

参考文献：

［1］CSR.广州地铁28项目基础制动单元说明书［Z］.2010.

［2］CSR.广州地铁128项目PC7型踏面制动单元使用与维护说明书［Z］.2012.

［3］CSR.广州地铁128项目GFD-3型及GFD-4型踏面制动单元使用与维护说明书［Z］.2012.

［4］CSR.广州地铁128项目踏面制动单元型式试验报告［Z］.2011.

［5］CSR.广州地铁128项目GFD-3型及GFD-4型踏面制动单元整改方案［Z］.2017.