既有貨車換裝高摩合成閘瓦方案的制動缸研究

肖維遠

（四川制動科技股份有限公司 制動技術研究所，四川眉山620010）

為實現將裝用低摩閘瓦轉K2、轉K4型轉向架的既有貨車換裝高摩合成閘瓦組合式制動梁，有兩種方案：第1種方案采用保留356×254制動缸、調整杠桿制動倍率；第2種方案更換加高缸座的254×254制動缸（即254×254G型旋壓密封式制動缸）、整車制動倍率不變。同時兩級手動空重車調整裝置換裝KZW-A型空重車自動調整裝置。

第2種方案是將制動缸換下，車體附屬件不作任何改變，其目的是為防止制動力過大超過車輪與鋼軌的黏著力，引起車輪擦傷，而將這些車輛上的356×254制動缸更換為254×254G型旋壓密封式制動缸（以下簡稱254×254G型制動缸）。

1 方案研究

1.1 方案1

更換現254×254制動缸缸座組成，將254×254G型制動缸缸體中心至缸座安裝面的距離調整為200 mm。

356×254制動缸缸體中心至缸座安裝面的距離為200mm（見圖1），254×254制動缸缸體中心至缸座安裝面的距離為145mm（見圖2）。在車體組裝中，為了滿足254×254制動缸換裝356×254制動缸后，缸體中心在同一垂向高度，254×254G型制動缸是在原254×2 54制動缸的基礎上改動了缸座組成，將原制動缸缸座安裝面至缸體中心線的高度由145mm加高至200mm（見圖3、圖4）。

圖1 356×254旋壓密封式制動缸

圖2 254×254旋壓密封式制動缸

圖3 254×254G型旋壓密封式制動缸

圖4 254×254G型旋壓密封式制動缸缸座組成

1.2 方案2

加裝轉接座（見圖5）

356×254制動缸在裝車使用時一般有兩種加墊板安裝基本方式：配15mm墊木，采用M16×65螺栓；配8mm墊鋼板，采用M16×55螺栓。為充分利用原有資源和結合現制動缸組裝的情況（由于硬木的物理性質，現裝車不再使用，因此，原來使用硬木墊板的用15mm的鋼板進行替換），在8mm墊鋼板和高55mm轉接座之間采用數量為6個的M16×55螺栓連接來實現356×254制動缸換裝254×254制動缸。

轉接座為厚度為10mm鋼板組焊而成，轉接座上面為356×254制動缸的6個φ18的安裝孔，下面為254×254制動缸的6個φ18的安裝孔，質量為14.5kg，帶箭頭一面與356×254制動缸安裝面固定，箭頭方向與356×254制動缸活塞桿伸出方向一致。

圖5 轉接座安裝圖

圖6 加裝轉接座進行換裝制動缸方案圖

圖6為加轉接座換裝254×254制動缸后，254×254制動缸與原356×254制動缸的位置關系圖?？梢钥闯?，在原有墊板的基礎上254×254制動缸安裝位置比356×254制動缸安裝位置低了一個轉接座的厚度55mm，接制動缸管的水平位置沒變，但橫向位置比原356×254制動缸高了15mm。中間安裝螺栓中心偏差12.5mm。活塞桿位置縮短了14mm。356×254制動缸標準行程為125mm，254×254制動缸標準行程為155mm，兩者相差30mm。換上254×254制動缸后活塞桿行程應增加16mm，需要重新調整閘調器A值。

取下356×254制動缸后，裝上轉接座后將254×254制動缸安裝上如圖7所示。

圖7 254×254制動缸安裝

1.3 方案3

本方案是大缸套小缸方案不改變底架附屬件中的制動缸安裝座和原空氣制動系統中其他裝置，保留356×254制動缸的缸體組成和缸座組成，即原356×254制動缸的安裝方式，拆除254×254制動缸的缸座組成，然后安裝在356×254制動缸的缸體內，將356×254制動缸換裝為254×254制動缸，即所謂的“大缸套小缸”（見圖8）。該方案增加了序號1軸套，質量為17.2kg（見圖9），序號5 254×254制動缸前法蘭盤（見圖10）的尺寸，增加序號4T型螺栓的長度和增加了一橡膠前蓋墊。加長絲堵的長度。

1.4 方案分析

由上面的3個方案介紹可以看出：

方案1簡單可靠，只需要把254×254制動缸的缸座組成進行重新設計，以滿足車體上制動缸吊座為356×254制動缸的安裝接口的要求。

圖8 大缸套小缸方案

圖9 軸套

圖10 254×254制動缸前法蘭盤

方案2需要安裝轉接座，直接安裝現有254×254旋壓密封式制動缸，充分利用了原有資源，不足之處安裝煩瑣，需要的安裝緊固件多，增加了制動缸脫落的危險。

方案3直接將拆除了缸座組裝的254×254制動缸組裝在356×254制動缸內，換裝簡單方便。但成本較高，而且由于356×254制動缸后部的螺堵位置和管接法蘭盤位置在垂向方向上與254×254制動缸相差15 mm。為此，要在356×254制動缸缸座組成上進行擴孔才能實現換裝254×254制動缸。

綜上所述，最終采用第1方案作為設計方案。

2 254×254G型制動缸靜強度有限元分析

為了檢測254×254G型制動缸缸座相比原254×254制動缸加高后承受重車制動力作用的情況，我們利用NX NASTRAN軟件對該缸座進行了有限元分析。在加載600kPa的作用壓強下，缸座的最大當量應力只有49.9MPa，小于在該工況下材料的許用應力136 MPa，制動缸組成整體強度滿足相關標準的要求。而且和原254×254制動缸進行了對比，原缸座的最大當量應力為70.16MPa，說明254×254G型制動缸缸座的強度得到了加強，完全滿足運用要求。

3 試驗情況

試驗內容包括制動缸缸座組成靜強度試驗、制動緩解試驗、耐久試驗。

3.1 制動缸缸座組成靜強度試驗

制動缸缸座組成試制完成后，裝車進行了靜強度試驗，試驗發現：

（1）在重車狀態下的制動缸缸座應力值較空車狀態的應力值要大。

（2）最大應力出現在重車狀態下，座板A2′測點，應力值大小為53.6MPa，遠小于制動零件的許用應力136MPa。

3.2 制動緩解試驗

由于本次閘瓦壓力試驗是針對P64C車，其P64C車輛的基本參數為：自重25.56t，載重58t，全車制動倍率10.78。

空車狀態下，進行了2次制動緩解試驗，重車狀態下，進行了3次制動緩解試驗，試驗表明，制動緩解試驗性能正常。

3.3 耐久試驗

制動缸組裝完成后，對其進行了25萬次的耐久試驗，結果表明，該制動缸的缸座組成未產生任何變形，焊縫質量良好。

4 換裝254×254G制動缸后，對車體制動裝置的調整

將356×254制動缸換裝成254×254G型制動缸后，須做出如下調整：

（1）為滿足254×254G型制動缸的活塞行程在155±10mm（356×254型制動缸活塞行程在125±10 mm），調整閘調器A值。

（2）調整連接制動缸后部的制動支管（在保證制動缸推桿中心一致，制動缸法蘭接頭中心垂向相差15 mm，法蘭安裝面縱向相差3mm）。

（3）為防止以后段修時，該批裝用低摩閘瓦換裝高摩合成閘瓦組合式制動梁的既有貨車誤裝356×254制動缸，在改造時，在該批既有貨車上的356×254制動缸吊座下部中心位置焊接一個254×254G型制動缸防誤裝U形擋。

5 結束語

通過對原254×254制動缸的缸座進行設計的254×254G型制動缸采用254×254制動缸缸體、安裝尺寸與356×254制動缸相同，在原車制動缸安裝座和制動倍率不變的條件下，滿足裝用低摩閘瓦轉K2、轉K4型轉向架的既有貨車換裝高摩合成閘瓦組合式制動梁改造要求，具有改造方便、簡單的特點，而且充分考慮了254×254G型制動缸的防誤裝，不會造成現場254×254G與356×254制動缸使用混亂的問題。