夏宗京

(北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100094)

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膜板式單元制動缸新型膜片研究

夏宗京

(北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100094)

單元制動缸在運(yùn)用中會出現(xiàn)因膜片破裂而導(dǎo)致中途停車問題，有時(shí)造成設(shè)備故障事故。針對這一問題分析了膜片破壞機(jī)理、論述了開發(fā)新型膜片的必要性與可行性。通過從材料試驗(yàn)到型式試驗(yàn)的一系列試驗(yàn)研究結(jié)果，認(rèn)為新型膜片可替代目前產(chǎn)品。

新型膜片； 試驗(yàn)； 可替代

單元制動缸是鐵路客車實(shí)現(xiàn)制動、保證車輛正常運(yùn)用的關(guān)鍵部件。單元制動缸膜片破裂雖不至于造成行車安全問題，但會導(dǎo)致制動系統(tǒng)大量漏風(fēng)而中途停車，致使列車晚點(diǎn)。因此，對膜片進(jìn)行深入的研究，用來消除或大幅度減少此類問題發(fā)生，具有重要意義。

1　運(yùn)用現(xiàn)狀及原因分析

近年來，對SP13單元制動缸膜片破裂的故障進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同程度存在夾布斷裂(均由螺栓孔開始)問題，而其中夾布恰恰是膜片的承載材料。由此可見，膜片破裂的原因是由于內(nèi)部夾布的斷裂造成的。如圖1是典型的SP13單元制動缸膜片破裂故障現(xiàn)象，該膜片運(yùn)用時(shí)間不足一個(gè)段修期，破裂長度為60 mm。撕去破裂一側(cè)對面橡膠(該側(cè)未破裂)，內(nèi)部夾布斷裂長度為65 mm(從螺紋孔開始，沿經(jīng)緯線方向)。

根據(jù)以上問題進(jìn)行分析，以下因素為導(dǎo)致夾布斷裂的原因：

(1)膜片斷面形狀不平順，在壓制膜片時(shí)拉伸夾布造成初始拉伸變形大。

(2)制造時(shí)中間夾布在折疊區(qū)域偏離膠體中心，造成膜片使用中局部強(qiáng)度不足。如圖2(b)，制動時(shí)膜片以旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)彎曲，拉伸范圍局部夾布受拉伸，容易破損。

(3)使用中緊固螺栓對夾布拉伸造成內(nèi)部棉線局部斷裂。

單元制動缸膜片為帶增強(qiáng)夾布的橡膠制品，如圖3。折疊區(qū)域兩端部位橡膠太薄(最薄0.5 mm左右)，雖然通過改進(jìn)工藝使其最薄處≥1 mm，但強(qiáng)度提高有限，主要是由于棉線夾布本身的強(qiáng)度低決定的。

圖2　緩解與制動工況膜片變形

2　新膜片研究

根據(jù)目前運(yùn)用現(xiàn)狀有必要研究新型膜片。通過對多種織物材料的研究，可行的方案是采用強(qiáng)度較高的合成纖維帆布為夾布。

表1為厚度0.55～0.8 mm的橡膠工業(yè)用合成纖維帆布和橡膠工業(yè)用棉帆布的主要性能。表2為PA6帆布主要性能。

表1　橡膠工業(yè)用合成纖維帆布和棉帆布主要技術(shù)參數(shù)

由表1可見，橡膠工業(yè)用合成纖維帆布的斷裂強(qiáng)度是棉帆布的3倍以上，斷裂伸長率略有提高。由表2可見，PA6帆布斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率較棉帆布大幅度地提高，而二者黏合強(qiáng)度相當(dāng)。

由于夾布斷裂是膜片破壞的原因，使用合成纖維帆布可以成倍提高螺栓緊固力矩，同時(shí)彌補(bǔ)因制造時(shí)帆布偏離膠體中心的強(qiáng)度缺陷，因此，合成纖維帆布用于單元制動缸膜片是可行的。

3　試　驗(yàn)

通過對合成纖維帆布與棉帆布的對比，使用尼龍帆布膜片其可靠性應(yīng)更高，為驗(yàn)證此結(jié)論，進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，見表3。

表2　PA6帆布主要性能

表3　試驗(yàn)項(xiàng)目

在以上試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了現(xiàn)車運(yùn)用考核驗(yàn)證，運(yùn)用考核包括前期的樣品運(yùn)用驗(yàn)證和后期的產(chǎn)品運(yùn)用驗(yàn)證兩部分。

(1) 樣品運(yùn)用驗(yàn)證，裝用5輛份膜片進(jìn)行運(yùn)用考核，考核時(shí)間為一個(gè)段修期。在運(yùn)用過程中，沒有發(fā)生單元制動缸泄漏的問題，到期拆解后，膜片樣件良好。進(jìn)而對拆解下來的膜片繼續(xù)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，54萬次后每10萬次對膜片進(jìn)行一次拆解和組裝。共進(jìn)行125.7萬次后因拆解和組裝6次后漏泄而停止試驗(yàn)，試驗(yàn)件見圖4。

圖4　試驗(yàn)件

(2) 產(chǎn)品運(yùn)用驗(yàn)證，通過批量生產(chǎn)，裝用20輛份膜片進(jìn)行運(yùn)用考核，目前測試運(yùn)行狀態(tài)良好。在運(yùn)用14個(gè)月后，對其中一輛車制動缸進(jìn)行分解觀察，膜片無異常。

4　結(jié)　論

通過大量基礎(chǔ)試驗(yàn)、樣件運(yùn)用試驗(yàn)和產(chǎn)品運(yùn)用試驗(yàn)，合成纖維帆布膜片能夠滿足制動缸應(yīng)用?；谏鲜鲈囼?yàn)的可靠性，SP13型制動缸可以采用合成纖維帆布膜片。

[1]TB/T3106-2005 鐵道車輛單元制動缸[S].

[2]GB/T 2909-1994橡膠工業(yè)用棉帆布[S].

Research on the New Type Membrane Plate in the Unit Brake Cylinder

XIA Zongjing

(Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Development Co., Beijing 100094, China)

The membrane plate in the unit brake cylinder could rupture to cause emergency stop of running trains, sometimes causing equipment failure. In this paper, the mechanism of membrane damage is analyzed, and the necessity and feasibility of developing new diaphragm are discussed. A series of experimental results from the material test to the type test, it is believed that the new membrane plate can replace the current product.

new type membrane plate；test；replace

1008-7842 (2016) 01-0047-02

??)男， (

2015-07-24)

U279.3+3

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.01.11