轨道交通用气动夹钳的防冻化设计

赵飞 阚亚雄 张龙

摘要：本文对轨道交通用气动夹钳的制动缸從设计源头考虑低温下的防冻问题，采用安全阀和电加热控温设计以此来适应中国南北温差大、铁路线路长的特点，可以在不影响常温或高温运营的情况下，满足寒冷地区的运营，适用范围广阔。

关键词：轨道交通;气动夹钳;防冻化

1  概述

自2007年以来我国通过引进消化吸收再创新，系统掌握了时速200～250公里动车组制造技术，成功搭建了时速350公里的动车组技术平台。目前运营的动车组普遍采用盘式制动方式，由制动夹钳夹紧制动盘实现制动，具体为制动时向制动缸充气，带动活塞等部件运动，制动缸通过制动夹钳上的杠杆等部件将运动转化为闸片托的夹紧运动，从而实现对制动盘制动功能[1]。对于高寒地区运营的动车组，尤其是环境温度低于-40℃以后，活塞部件中的骨架密封圈和低温润滑油脂性能都会变差，导致单元制动缸气密性下降，会有偶发性的漏气风险，制动不可靠，待环境温度上升或连续制动后，单元制动缸气密性又会恢复正常，此种现象难于检测和控制，给在高寒地区运营的动车组带来行车上的危险隐患，同时，骨架密封圈和低温润滑油脂如长期运营在温度偏低的环境下，对骨架密封圈和低温润滑油脂的使用寿命也会有影响，为此需要在设计源头对制动缸的防冻问题加以考虑。

2  安全阀设计

在制动缸模块，由于波纹管积雪冻结，会导致制动或缓解不畅，在高寒雨雪天气时有发生，在设计阶段增加安全阀结构，以最简单的单元制动缸为例加以说明，如图1所示为单元制动缸结构图，如图2所示为安全阀结构图。单元制动缸的功能简单的讲就是将压缩空气压力转化为机械能的运动执行机构，通过向单元制动缸内充入一定压力的压缩空气推动活塞，从而带动丝杠和轭等构件完成直线运动，并通过杠杆机构最终驱动闸片托和闸片完成夹紧制动的功能。此外，单元制动缸还具有自动间隙调整功能，当闸片与制动盘之间的间隙过大时，经多次充排气可实现盘片间隙的自动调整，最终将盘片间隙稳定在要求值范围内[2]。

在制动缸的缸盖上安装安全阀，一方面可解决通气塞的脏堵、冰堵时的通风，一方面利用活塞的扫气效应，吹散波纹管上的积雪，防止冻结，安装安全阀的气动夹钳如图3所示。

3  电加热控温设计

随着环境温度的下降，骨架密封圈橡胶的弹性将下降，在外力作用下产生形变也将变小，同时低温润滑油脂的黏度将增大，密封效果变差。在低温试验中，尤其是环境温度-40℃低温试验，制动缸气密性检测时有不合格，存在偶发性的漏气，导致制动不可靠，待环境温度上升或连续制动后，制动缸气密性又会恢复正常，此种现象难于检测和控制，给在高寒地区运营的动车组带来行车上的危险隐患，此种偶发性漏气问题对于高寒动车组将是一个关键性的问题。在设计时增加PTC加热元件，电加热元件安装在缸盖上且在单元缸缸体内。电加热元件可以采用铆接、螺钉连接等形式进行固定，这样比较利于拆装和以后的日常维护，同时也有利于热量的传递。这样不但可以有效利用单元缸缸体内缸盖与活塞组件组成的自带容纳腔，使结构简单紧凑，同时有利于热传递，电加热元件通过缸盖及容纳腔内空气进行热传递，通过单元缸缸体和活塞组件保证使骨架密封圈和润滑油脂可以在比较合适的温度。电加热元件通过引线与车辆上的电源装置和控制器相连接，由电源装置为电加热元件提供所需的交流电源，由控制器控制电加热元件的工作状态。车辆在高寒地区运营时，当制动缸缸内温度传感器检测到缸内温度过低，或环境温度传感器检测到环境温度低于某一设定温度时（如环境温度低于-30℃），由控制器自动启动电加热元件工作，待电加热元件工作一段时间后，达到设置的缸内温度，此时电加热元件自动进行恒温控制，骨架密封圈和润滑油脂可以在比较合适的温度下运营，可以有效避免活塞的偶发性漏气问题，使制动缸具备防冻功能。

4  结束语

采取安全阀和电加热控温设计的制动缸将比较适合中国南北温差大、铁路线路长的特点，可以在不影响常温或高温下运营的情况下，满足寒冷地区的运营，适用范围广阔。

参考文献：

[1]曾梁彬.一种带有阻调功能的制动缸机构改进研究[J].轨道交通装备与技术，2016（6）：12-14.

[2]赵飞.基础制动单元梯形螺纹副的加工[J].机车车辆工艺，2019（2）：23-24.

[3]张义.纤维复合材料在轨道交通装备制造业的现状及展望[J].内燃机与配件，2019（22）：72-73.