韓曉輝

1 故障現(xiàn)象

2017年3月24日廣州地鐵二號線在對128項(xiàng)目增購車做日檢時發(fā)現(xiàn)8B155車的3號輪踏面溫度偏高，經(jīng)檢查和做制動器施加緩解試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)該輪對制動器閘瓦在緩解狀態(tài)下仍然貼合輪對踏面，閘瓦緩解狀態(tài)如圖1所示。

圖1 閘瓦緩解間隙對比

在對所有128項(xiàng)目增購車進(jìn)行普查時，發(fā)現(xiàn)共有10%的制動器都存在閘瓦緩解間隙變小的問題。

2 制動器原理

2.1 制動器制動作用原理

如圖2所示，制動缸充風(fēng)時，推動活塞往左移動，下連桿上端與活塞聯(lián)接，下端與閘調(diào)器聯(lián)接，活塞往左移動會推動下連桿繞銷軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動閘調(diào)器往右運(yùn)動，閘調(diào)器與絲桿通過非自鎖螺紋副聯(lián)接，絲桿與閘瓦托鉸接，當(dāng)閘調(diào)器往右運(yùn)動時，會推動絲桿運(yùn)動，進(jìn)而推動閘瓦托，產(chǎn)生制動作用[1]。

圖2 制動器結(jié)構(gòu)圖

2.2 制動器間隙補(bǔ)償原理

如圖3所示，圖3中標(biāo)注的A尺寸即閘瓦緩解的正常間隙值，設(shè)計(jì)為（13±2）mm，制動器裝配完成后正常間隙即已確定。

制動時，閘調(diào)器往右運(yùn)動（閘調(diào)器內(nèi)部制動力的傳遞過程為：下連桿—間隙調(diào)整套筒—離合機(jī)齒輪—調(diào)整螺母—絲桿—閘瓦托），當(dāng)調(diào)整開關(guān)耳部未與止擋環(huán)端面接觸時，進(jìn)給螺母和調(diào)整開關(guān)不受力，二者接觸時，制動器正好上閘，產(chǎn)生制動作用。如果因手動調(diào)整或其他原因使間隙比正常值大，二者接觸時，閘瓦仍未與車輪接觸上閘，閘調(diào)器與絲桿繼續(xù)往右運(yùn)動增大的間隙B，調(diào)整開關(guān)被止擋環(huán)限位不再運(yùn)動，絲桿上的進(jìn)給螺母被絲桿拉著與調(diào)整開關(guān)脫齒，并在彈簧力和軸承的作用下旋轉(zhuǎn)，直至上閘。絲桿總行程為A+B。

緩解時，在彈簧回復(fù)力的作用下，活塞、下連桿、閘調(diào)器、絲桿、閘瓦托等零部件與制動相反的過程運(yùn)動，當(dāng)調(diào)整開關(guān)耳部與止擋環(huán)左端面接觸時，其不再運(yùn)動，并且通過齒限制進(jìn)給螺母不再運(yùn)動，絲桿與進(jìn)給螺母通過螺紋連接，此時絲桿也不再運(yùn)動，絲桿回退距離為A，與制動相比，在一次制動緩解的過程中，絲桿往前運(yùn)動了增大的間隙B值，完成間隙補(bǔ)償。絲桿不再運(yùn)動時，間隙調(diào)整套筒繼續(xù)回退，直至活塞運(yùn)動到制動缸底部，該過程，調(diào)整螺母與離合機(jī)齒輪脫齒旋轉(zhuǎn)回退[1]。

圖3 閘調(diào)器結(jié)構(gòu)圖

3 故障排查

國產(chǎn)GFD型制動器為克諾爾PC7型制動器的仿制品，在實(shí)際運(yùn)營過程中克諾爾PC7型制動器不會出現(xiàn)閘瓦緩解間隙變小的問題，初步懷疑為國產(chǎn)制動器在某些零部件的裝配或尺寸上與克諾爾PC7型制動器存在差異，而導(dǎo)致該故障的產(chǎn)生。

根據(jù)對國產(chǎn)制動器和克諾爾PC7型制動器的動態(tài)狀態(tài)對比分析，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)制動器與PC7型制動器確實(shí)存在一定差異，具體情況如表1所示。

表1 GFD型與PC7型制動器對比

3.1 緩解工況下制動缸活塞是否落底

通過尺寸測量，PC7型制動器活塞完全緩解高度為91.5+3.1=94.6 mm，缸深度96 mm，活塞不落底；國產(chǎn)GFD制動器的活塞高度為101.1+3.1=104.2 mm，缸深度98 mm，完全緩解情況下活塞不能落底落底。

3.2 止動鐵與調(diào)整開關(guān)位置

從設(shè)計(jì)圖紙上可以看出來，PC7型的止動鐵與調(diào)整開關(guān)之間沒有間隙[2]，GFD型制動器的止動鐵與調(diào)整開關(guān)之間存在間隙[3]，現(xiàn)場查看制動器實(shí)物，和設(shè)計(jì)圖紙相符。

3.3 閘調(diào)器晃動

將制動器的絲桿拆出后，發(fā)現(xiàn)PC7型制動器閘調(diào)器不能晃動，初步分析認(rèn)為是緩解時止動鐵頂住調(diào)整開關(guān)，沒有晃動空間；GFD型制動器閘調(diào)器可以輕易晃動，進(jìn)一步說明緩解時止動鐵沒頂住調(diào)整開關(guān)，之間有間隙。結(jié)合前面活塞可以落底的現(xiàn)象，說明緩解時，調(diào)整開關(guān)耳部不受彈簧力約束，為虛接情況。

3.4 絲桿收到底是否可轉(zhuǎn)

由于GFD型制動器與PC7型制動器閘調(diào)器零部件止動鐵的尺寸差異，導(dǎo)致GFD型制動器進(jìn)給螺母存在脫齒空間，所以絲桿收到底后，如果絲桿繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，便可以帶動調(diào)整螺母克服彈簧力發(fā)生空轉(zhuǎn)，而PC7制動器進(jìn)給螺母不存在脫齒空間，所以絲桿不能帶動調(diào)整螺母發(fā)生空轉(zhuǎn)。

4 故障分析

4.1 閘瓦托受力分析

PC7型制動器由于止動鐵與調(diào)整開關(guān)之間沒有間隙，所以進(jìn)給螺母沒有脫齒空間，螺母不能旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而絲桿與進(jìn)給螺母之間不能發(fā)生相對運(yùn)動，即絲桿與整個閘調(diào)器不能發(fā)生相對運(yùn)動。此時制動缸內(nèi)活塞不落地，承受緩解彈簧力，然后通過連桿作用到閘調(diào)器上，再傳遞到絲桿上，絲桿如果要向右移動則必須克服該作用力和扭簧力。具體情況如圖4所示。

Fkb=緩解彈簧力*制動倍率+扭簧力≈1 840 N

圖4 PC7型制動器絲桿受力分析

根據(jù)前面對比分析，可知GFD型制動器由于止動鐵與調(diào)整開關(guān)之間有間隙，所以進(jìn)給螺母存在脫齒空間，特殊情況下螺母能夠旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而絲桿與進(jìn)給螺母之間能發(fā)生相對運(yùn)動，即絲桿與整個閘調(diào)器能發(fā)生相對運(yùn)動。并且由于GFD型制動器與PC7型制動器閘調(diào)器零部件止動鐵尺寸存在細(xì)微差異，即使GFD型制動器的止動鐵與調(diào)整開關(guān)貼合，進(jìn)給螺母仍然存在脫齒空間，所以GFD型制動器閘瓦拖的受力情況與PC7型制動器存在差異。具體情況如圖5所示。

在止動鐵與調(diào)整開關(guān)接觸前，絲桿向輪對側(cè)移動只需要克服補(bǔ)償彈簧力和扭簧力。

圖5 GFD型制動器絲桿受力分析

Fgfd=補(bǔ)償彈簧力+扭簧力≈388 N

在止動鐵與調(diào)整開關(guān)接觸后，絲桿向右移動還需要克服進(jìn)給螺母彈簧力。

Fgfd’=補(bǔ)償彈簧力+扭簧力+進(jìn)給彈簧力≈622 N

4.2 閘瓦托受沖擊分析

通過前面分析可知，在制動器緩解情況下，GFD型制動器閘瓦托和絲桿受到的限位較小，而PC7型制動器的限位力比GFD型制動器大得多。假設(shè)制動器在緩解后，閘瓦拖受到往外拉的力則有可能使得緩解間隙變小，而這個力極有可能是運(yùn)動沖擊[4]。

GFD型制動器、閘瓦托+絲桿+閘瓦重量m=19 kg，對PC7型制動器按18 kg計(jì)算。

計(jì)算PC7型制動器在縱向沖擊加速度下閘瓦托產(chǎn)生移動的最小加速度：

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

計(jì)算GFD型制動器在縱向沖擊加速度下閘瓦托產(chǎn)生移動的最小加速度：

akb=Fgfd’/m=622/19=32.74 m/s2

5 結(jié)論

國產(chǎn)GFD型踏面制動器間隙變小故障是因?yàn)橹苿悠髟O(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致，閘調(diào)器調(diào)整開關(guān)與止動鐵存在間隙，導(dǎo)致進(jìn)給螺母存在脫齒空間，后續(xù)裝車運(yùn)行制動器持續(xù)受運(yùn)動沖擊的影響，閘瓦拖受到向輪對側(cè)的外力，使得調(diào)整螺母產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而絲桿與閘調(diào)器發(fā)生相對運(yùn)動，導(dǎo)致緩解間隙變小，甚至抱閘。

6 整改方法

（1）更換閘調(diào)器止動鐵零件，確保絲桿收到最短位置后，止動鐵錐面能卡住進(jìn)給螺母錐面，限制進(jìn)給螺母脫齒旋轉(zhuǎn)，保證不空轉(zhuǎn)；

（2）規(guī)定止擋環(huán)安裝時凸出箱體端面（1～2）mm，如圖13，保證緩解時止動鐵壓住調(diào)整開關(guān)，限制鞲鞴不落底；

（3）切除活塞底部部分凸臺，保證緩解時活塞不落底[5]。

7 結(jié)束語

通過更換制動器閘調(diào)器的止動鐵零件，并優(yōu)化止擋環(huán)的安裝，切除活塞底部部分凸臺等有效解決了GZ128項(xiàng)目增購車制動器間隙持續(xù)變小的問題，這為今后國產(chǎn)制動器在設(shè)計(jì)裝配時有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］CSR.廣州地鐵28項(xiàng)目基礎(chǔ)制動單元說明書［Z］.2010.

［2］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目PC7型踏面制動單元使用與維護(hù)說明書［Z］.2012.

［3］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目GFD-3型及GFD-4型踏面制動單元使用與維護(hù)說明書［Z］.2012.

［4］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目踏面制動單元型式試驗(yàn)報(bào)告［Z］.2011.

［5］CSR.廣州地鐵128項(xiàng)目GFD-3型及GFD-4型踏面制動單元整改方案［Z］.2017.