SS4B机车单元制动器结构原理及检修环节要素控制分析

任斌

摘 要：单元制动器是执行对运行中的机车减速和停车的一种机械装置，对机车制动效率及行车安全具有重要影响。本文对SS4B型电力机车单元制动器基本结构和工作原理进行了简要介绍，并对单元制动器在大修过程中的关键控制要素进行了分析，为制定检修工艺和提高检修质量提供参考。

关键词：单元制动器 大修 机车

中图分类号：U260.3 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）09-0-02

一、单元制动器简介

单元制动器是执行对运行中的机车减速和停车的一种机械装置，主要由制动缸、杠杆传动系统、闸瓦间隙调整装置和闸瓦等几部分组成。当机车进行制动时，制动缸内充入压缩空气推动活塞向前运动，勾贝杆带动杠杆传动系统经放大后通过闸瓦作用到车轮踏面上，使闸瓦和踏面产生摩擦，将动能转化为热能，从而使机车达到减速和停车的目的。

目前SS4B型电力机车上使用的单元制动器有两种型号，只有少部分机车还在使用比较早期的178×2.85型单元制动器，大部分机车采用更为先进的JDYZ-4E/F型单元制动器，这两种单元制动器的结构原理基本上相同，只是两者的闸瓦间隙调整机构有所区别，178×2.85型单元制动器间隙调整器为棘轮棘钩式，一次间隙调整量设计值为0.2mm，一次调整量较小且间隙调整不灵敏。JDYZ-4E/F型单元制动器间隙调整器为非自锁螺纹式，一次间隙调整量可以达到4mm以上，一次调整量大，动作灵活，闸瓦间隙控制准确。

二、單元制动器工作原理

1.制动与缓解工作原理

当机车进行制动操作时，压缩空气就会向制动缸内充气推动活塞向外伸展，通过勾贝杆推动杠杆，杠杆带动间隙调整机构移动，进一步带动传动螺杆和闸瓦托发生运动，使安装在闸瓦托上的闸瓦作用于车轮踏面上，从而对机车进行制动。当机车进行缓解操作时，制动缸内的压缩空气就会向外排出，活塞在弹簧反力作用下恢复到原来状态，进而带动杠杆、调整机构和闸瓦托向着制动相反方向运动，闸瓦离开车轮踏面使机车缓解。

2.闸瓦间隙自动调整原理

机车在运行过程中，由于闸瓦和轮箍踏面的磨耗，会使得闸瓦间隙越来越大，为了消除增大的间隙，专门设计了闸瓦间隙磨耗自动补偿机构。

2.1 JDYZ-4E/F型单元制动器闸瓦间隙自动调整原理

1—卡环；2—导向套；3—调整弹簧；4—轴承；5—力推挡圈；6—调整螺母套；7—调整螺母；8—导向螺母；9—导向螺母套；10—压圈；11—调隙挡；12—端盖；13—挡套螺母；14—复位挡圈；15—弹簧；16—传动螺杆。

图1 JDYZ-4E/F型单元制动器闸瓦间隙调整机构

如图1所示，当单元制动器执行制动时，传动螺杆的左移带动导向螺母、导向螺母套、调隙挡左移，如果制动前闸瓦与踏面的间隙小于调隙挡与压圈之间的间隙X，则在制动全过程中，导向螺母、导向螺母套、调隙挡与转动螺杆左移量相等。如果制动前和制动中闸瓦间隙大于X（设为X+a），则当传动螺杆带动导向螺母、导向螺母套、调隙挡左移X之后，调隙挡被压圈挡住不能继续左移，导向螺母套也不能继续左移，这时传动螺杆和导向螺母的左移压缩调整弹簧，导向螺母与导向螺母套之间的锥齿啮合脱开，由于导向螺母与传动螺杆之间是通过非自锁螺纹连接的，所以此时导向螺母在调整弹簧力的作用下绕传动螺杆旋转后退而不再随之左移。在制动过程中，传动螺杆左移了X+a，而导向螺母、导向螺母套和调隙挡只左移了X。

当单元制动器执行缓解时，杠杆推动复位挡圈带动调整螺母套、导向套、调整弹簧、调整螺母、传动螺杆、导向螺母、导向螺母套和调隙挡右移，当右移行程达到X之后，调隙挡被端盖挡住，传动螺杆、导向螺母、导向螺母套也不能继续右移。由于此时转动螺杆不能右移，调整螺母也不能右移，调整螺母套的继续右移便与调整螺母的锥齿啮合脱开，由于调整螺母与传动螺杆之间也是通过非自锁螺纹连接的，所以调整螺母在调整弹簧的弹力作用下绕螺杆旋转后退，直到调整螺母套被导向螺母挡住，调整螺母套与调整螺母的锥齿重新啮合，此时缓解到位。在这个过程中，调整螺母套右移了X+a，而传动螺杆右移了X，闸瓦与踏面的间隙仍保持X，即闸瓦间隙得到了自动调整。

2.2 178×2.85型单元制动器闸瓦间隙自动调整原理

1—杠杆；2—棘钩；3—手轮；4—脱钩杆；5—棘轮；6—条簧；7—滑套；8—传动螺杆。

图2 178×2.85型单元制动器闸瓦间隙调整机构

如图2所示，当单元制动器的充气缸内充满压缩空气之后，勾贝杆会在压缩空气力的作用下推动制动杠杆绕着上轴销发生转动，带动焊接在制动杠杆上的关节肘销作平面圆周运动。整个棘钩向下位移的大小与杠杆的摆动幅度有着密切关系，杠杆摆动角度越大，其向下的位移量也就越大。当制动缓解时，棘钩随杠杆复原向上移动，同时勾住新达到位置的一个棘轮轮齿，使棘轮转动一个角度，由于棘轮与传动螺母是紧固在一起的，所以带动传动螺母转动，传动螺母的转动使螺杆向外直线移伸，从而达到调整闸瓦与踏面之间间隙的目的。

178×2.85型单元制动器设计当闸瓦与轮对踏面之间间隙不超过6mm时棘钩齿尖不勾棘轮齿，一旦超过6mm时闸瓦调整器就动作，传动螺杆螺距为6mm，棘轮齿数为30个，所以调整闸瓦间隙为6/30=0.2mm。

三、单元制动器检修及试验环节要素控制

单元制动器作为执行对运行中的机车减速和停车的一种机械装置，是影响机车行车安全的重要部件，在大修过程和试验环节应对以下要素进行重点控制，以确保其性能良好、安全可靠。

1.受力部件的探伤

由于单元制动器采用机械杠杆系统，而且在机车运行过程中制动、缓解使用频次特别高，再加上其传力、受力部件较多，长期使用过程中零件容易出现磨损和疲劳裂纹，因此大修规程中明确规定要对基础制动装置各杆进行探伤，所以根据要求对于单元制动器的棘钩、杠杆、滑套、勾贝杆及闸瓦托板应采用磁粉探伤的方式来检测零件表面和近表面的裂纹等缺陷，探伤时要对棘钩的钩部、销孔处，杠杆的圆弧处、销孔处，滑套的圆根部位，勾贝杆的根部、杆部、销孔处，闸瓦托板的圆弧处、销孔处部位进行重点探伤，各部位均不允许有裂纹等缺陷存在，其他部件可通过目视检查方式确定裂损情况，根据结果进行相应修复或者更新。

2.磨耗部件的尺寸检测

单元制动器的运动及受力零件较多，长期使用过程中必然会发生零部件的磨耗，磨耗超限会导致单元制动器的动作、气密性及间隙调整等性能不达标，从而影响机车制动力和行车安全，因此大修时要对单元制动器的销轴直径、钢套内径、力推挡圈厚度、杠杆凸轮面直径、制动缸内径、制动缸弹簧及调整弹簧的高度进行测量和重点检查，对各部尺寸及限度应进行严格卡控，确保各部尺寸均应在规定的限度以内，超限时应予以更新。

3.更新件的控制

机车到大修期时，单元制动器的一些如各销、滚动轴承、紧固件等配件由于磨损和疲劳已经不能再使用，制动缸皮碗、防尘罩等橡胶件也已经磨损、老化严重，运动关节的润滑油脂也需要更换，因此在大修时对这些部件应全部更新，以保证检修质量。

4.气密性检查

气密性检查是单元制动器的一个重要的试验项目，目的是确保制动缸不泄漏，保证制动不失效，因此大修时必须对制动缸进行常温下的低压及高压气密性试验，向制动缸分别冲入100kPa及450kPa风压，各压力下的试验均应保压3min以上，总泄漏量控制在10kPa以内。

5.性能试验

单元制动器的性能试验主要包括最小风压试验、制动及缓解试验、间隙调整试验及制动力测试试验。

5.1最小风压试验是向制动缸内充入50kPa压缩空气制动器应该有出闸动作，并能缓解到位。

5.2制动及缓解试验是额定工作压力下（450kPa）单元制动器在制动及缓解过程中动作应该快速平稳，不能出现卡滞。

5.3间隙调整试验是将闸瓦调整到初始位置，使用450kPa±10kPa的压缩空气对制动器进行连续多次充风缓解，在闸瓦托行程达到30mm～80mm之间时测量制动器每一次制动缓解过程的一次调整量及缓解间隙。JDYZ-4E/F型单元制动器一次调整量应≥4mm，闸瓦间隙为6mm～9mm。当闸瓦托推出量不再增加时，在排风状态下测量闸瓦托总行程应>85mm。

5.4制动力测试试验是将闸瓦间隙调整在正常范围内，向制动缸充入450kPa的压缩空气，单元制动器对踏面的压力不能低于42.5kN。

性能试验主要是检测单元制动器检修完成以后的各项性能指标是否符合检修工艺的要求，也是对各零部件的检修质量和组装过程的有效验证，所以性能试验应该作为每一个单元制动器的例行试验进行重点控制，各项试验结果都必须达到规定的要求。

參考文献

[1]刘友梅.SS4B型电力机车[M].中国铁道出版社，1999.

[2]张有松，朱龙驹.SS4型电力机车[M].国铁道出版社，2014.

[3]TB/T 3145-2007，机车单元制动器[S].