關于提高貨車制動系統關鍵部件可靠性方法的探討

陸正濤，徐 毅

（中國北車集團 齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司 大連研發中心，遼寧大連116052）

制動系統作為鐵路貨車的重要組成部分，是確保列車運行安全的必備裝置，是整車技術水平的重要體現。隨著列車速度、載重量的提高，貨車制動系統的可靠性問題日益突出，對現代鐵路貨車而言，制動系統的可靠性問題不僅僅是安全問題，已經成為制約列車速度和牽引質量進一步提高的重要因素。

多年運用經驗表明，我國制動系統性能優良，作用可靠，制造和檢修技術成熟。但與國外先進制動系統相比，我國貨車制動系統還有很大差距，主要體現在檢修周期短，全壽命周期內可靠性差兩方面。國外制動系統中控制閥、空重車調整閥、閘調器等大部件的檢修周期均超過8年，而我國的同類產品檢修期現階段均沒有達到該水平，基本為2～6年，極大的降低了我國貨車制動系統的競爭力，整車的競爭力，制約了整車的整體性能。

主要對我國貨車制動系統的控制閥、空重車調整裝置和閘調器進行分析論述，從提高零部件的耐用性、設計的可靠性兩方面，闡述提高制動系統可靠性的觀點。

1 控制閥

控制閥是車輛制動系統的心臟，其性能、技術水平直接決定整車制動系統性能的優劣。經過多年的改進發展，現階段，我國貨車制動系統的主型控制閥是適用長大編組列車的120、120－1型空氣控制閥。

近20年的運用表明，120系列空氣控制閥因橡膠件、油脂及零部件防腐等方面存在問題，導致120系列空氣控制閥檢修周期短，可靠性不高。目前，為保證控制閥性能，120系列空氣控制閥檢修期僅為2年，與國外先進控制閥檢修期相差甚遠，一方面說明我們的控制閥技術還不夠成熟，另一方面說明，提高120系列控制閥的可靠性，延長其檢修周期潛力巨大。

1.1 提高控制閥零部件的耐用性

（1）改進橡膠膜板

橡膠件是120系列空氣控制閥中最重要的零部件，包括橡膠膜板、O型密封圈、夾心閥和閥墊等，其性能與質量的好壞直接影響控制閥的性能，進而影響列車行車安全，其壽命也影響到整個制動系統的壽命及車輛檢修周期。目前，橡膠件是制約120系列控制閥可靠性、檢修周期的決定性因素。現階段，為保證控制閥性能，在到達2年檢修期時，橡膠件全部更換新品。

橡膠件中技術難度最大、問題最多的是膜板問題，膜板問題已成為120系列控制閥的主要故障之一，是提高控制閥可靠性必須解決的問題。通過調研發現，經常有運用1年或更短時間就出現膜板穿孔、破裂等現象。

膜板壽命與膜板形式、結構、橡膠質量等因素有很大關系，120系列控制閥現采用天然橡膠膜板，存在耐油性差，使用壽命短等先天缺陷。從長遠發展看，應借鑒國外經驗，研發高品質的夾布橡膠膜板，夾布橡膠膜板是提高膜板壽命、解決膜板問題的有效手段。

采用夾布橡膠膜板，膜板的外形尺寸以及閥體的型腔尺寸可能需要重新設計，以保證產品質量，達到最佳的使用效果。例如現有膜板為“S”型結構（見圖1），外形較復雜，可能不適合夾布橡膠工藝特點，可借鑒國外控制閥的錐型膜板結構。最終，采用夾布橡膠膜板應保證120系列控制閥的各項性能指標，并在現有使用條件下，具備長期的可靠性。

圖1 120型控制閥主膜板外型圖

（2）改進油脂

油脂也是制約120系列控制閥可靠性的重要因素。通過調研發現，在檢修時，120閥內部的油脂大部分已經失效或揮發掉，造成金屬件與金屬件之間、金屬件與橡膠件之間直接摩擦接觸，導致運動阻力增大，零部件損耗加劇，最終造成控制閥的失效。因此，研發性能穩定、適應性強的專用油脂是十分必要的，同時應考慮油脂與橡膠件之間的兼容性。

（3）提高零部件防腐能力

彈簧與橡膠件類似，同樣是保證控制閥性能的重要零件。彈簧的主要問題為銹蝕，現階段，120系列控制閥的彈簧均采用碳素彈簧鋼絲，防腐處理基本為鍍鋅，運用一段時間后，彈簧表面的鍍鋅層會脫落，失去防腐作用。因此，要提高控制閥的可靠性，必須提高控制閥彈簧的防腐性能力。提高彈簧的防腐能力，可以采用新的防腐處理方法或借鑒國外控制閥彈簧，采用不銹鋼彈簧，從發展趨勢看，采用不銹鋼彈簧應是徹底解決彈簧銹蝕問題最可靠的方法。

從整個120系列控制閥的材質上分析，控制閥大部分零部件采用了具有自防腐能力的材質，如銅件、鋁合金件和不銹鋼件等，剩余不具有自防腐能力的零部件主要為主閥體、中間體和緊急閥體。與國外先進控制閥對比（見圖2），閥體全部采用鋁合金材質是解決閥體防腐能力的最好解決方法，并可大幅度降低控制閥自重，提高閥體內部清潔程度。

1.2 提高控制閥設計可靠性

（1）提高濾塵性能

濾塵器是保持控制閥內部清潔的重要部件。目前，在120系列控制閥的中間體內，安裝有60～80目的銅基粉末冶金濾塵器，凈化進入控制閥內壓力空氣中的水汽、油污及雜質，因此，濾塵器性能的優劣直接影響閥內各部件的使用壽命。60～80目的銅基粉末冶金濾塵器對較大顆粒的浮塵、雜質有較好的濾塵效果，但對較小顆粒的浮塵、雜質、水汽及油污濾塵效果不明顯，因此，提高濾塵器的性能，對提高控制閥的可靠性十分重要。

提高濾塵器的性能，可以借鑒國外控制閥的濾塵器，采用高性能的濾紙作為過濾介質，在保證濾塵器通量的前提下，有效增大過濾面積，提高過濾精度。

（2）提高控制閥振動可靠性

曾有研究人員做過對比，在常溫條件下，對3套ABDX控制閥的常用部和3套120－1控制閥的常用部進行均方根加速度為4g r ms的隨機振動試驗（見圖3），試驗總時間為48 h。試驗結果為3臺120－1控制閥常用部在試驗過程中均發生性能故障，故障出現時總的振動時間分別為2，4，4 h；3臺ABDX控制閥有一臺在試驗過程中發生故障，故障出現時總的振動時間為28 h，另外兩臺順利完成48 h的試驗。試驗結果表明，120系列控制閥在振動條件下可靠性不高，與國外先進控制閥相比，差距很大。由于車輛在運行過程中時時刻刻存在振動，因此，提高控制閥在振動條件下的可靠性十分必要。提高120系列控制閥的振動可靠性，應從多方面考慮，可借鑒先進、成熟的設計進行改進，例如圖4所示，為ABDX控制閥提高振動可靠性的改進措施，在主活塞桿上增加非金屬減振環，該設計可有效減小主活塞桿與滑閥套間有害間隙，減小振動幅度，提高振動可靠性。

圖3 振動對比試驗

圖4 ABDX主活塞

2 空重車調整裝置

隨著列車速度的提高及車輛空重比的進一步加大，若要保證車輛在重車情況具有足夠的制動力，能在規定的距離內停住車；空車情況下，制動力不至于太大，防止車輪踏面擦傷，則空重車調整裝置已必不可少。同時，速度的提高伴隨著車輛振動的加大，對空重車調整裝置性能的要求也隨之提高。

2.1 提高空重車調整裝置零部件的耐用性

我國鐵路貨車普遍裝用KZ W－A型空重車調整裝置，該空重車調整裝置通過檢測轉向架枕簧撓度變化來無級調整空重車壓力。多年的運用經驗表明，與國外空重車調整閥相比，KZW－A型空重車調整裝置性能可靠，特點鮮明，但同樣存在檢修周期短、對振動工況適應性不強等問題。

KZ W－A型空重車調整裝置主要由傳感閥和限壓閥兩部分組成，其零部件類型與120系列控制閥類似，屬于閥類零部件，檢修周期同樣為2年。因此，提高空重車調整裝置可靠性的方法與提高120系列控制閥可靠性的方法基本一致，主要為橡膠件、彈簧、油脂的改進及其他相關零部件的防腐處理等，此處不在進行具體論述。主要介紹一下KZ W－A型空重車調整裝置在振動工況下的適應性問題。

2.2 提高空重車調整裝置振動可靠性

車輛在運行過程中，由于車輪、鋼軌存在缺陷等問題，時刻伴隨著振動，可以說，整個車輛的運行環境就是一個振動環境，因此，要提高零部件的可靠性，必須考慮其在振動環境下的可靠性。目前，KZW－A型空重車調整裝置傳感閥部分缺少有效的振動保護設計，不足以確保該裝置在振動工況下性能與靜態工況下性能一致，影響運行中車輛制動系統的調壓精度。參考國外標準對空重車調整閥的要求，一般均有一個對振動延遲的要求，可以保證空重車裝置在振動工況下性能的穩定性。例如，俄羅斯鐵路用的空重車調整閥，其傳感閥設計采用彈簧阻尼結構，可有效消除車輛振動對空重車調整閥調壓精度的影響。所以，增加KZ W－A型空重車調整裝置適應振動環境的設計，是提高該裝置性能可靠性的重要手段。

3 閘調器

為了控制閘瓦與車輪踏面之間的間隙，確保車輛在制動過程中制動缸活塞行程保持在規定的范圍內，閘瓦間隙調整器（以下簡稱閘調器）已成為車輛基礎制動系統中必不可少的重要部件（典型基礎制動系統簡圖見圖5），是減少維護成本，提高行車安全的重要保證。隨著鐵路技術的快速發展，自20世紀90年代以來，我國鐵路貨車普遍裝用了ST2－250型雙向閘瓦間隙自動調整器。

ST2－250型閘調器性能優良，作用可靠，制造和檢修技術成熟。目前，ST2－250型閘調器的檢修期為6年。為進一步提高閘調器的可靠性，延長閘調器的使用壽命和檢修周期，我公司對閘調器的運用、檢修情況進行了全面的現場調研，并針對調研中反映出的少量零部件銹蝕、磨損嚴重等慣性問題，開展了專項試驗研究工作，并制定相應的改進方案。

圖5 典型基礎制動系統簡圖

3.1 提高閘調器零部件的耐用性

通過調研發現，ST2－250型閘調器主要存在磨損、銹蝕、油脂揮發等問題：磨損主要為前蓋和引導螺母間的傘齒磨損，通過選擇耐磨材質，采用鍛造工藝，減少缺陷來解決該問題。銹蝕問題主要為筒體、拉桿、螺桿及引導螺母彈簧盒的表面銹蝕等，可以通過材質改進或采用新的防腐處理方法解決該問題。關于油脂，閘調器原來采用2號低溫潤滑脂，在使用中反映出易揮發、抗水性差、化學成分不穩定等弱點，在長期使用中，造成引導螺母和螺桿、前蓋和引導螺母等摩擦副之間出現＂干摩擦＂，加劇了摩擦副金屬的磨損，導致閘調器卡滯。因此，應開發適用閘調器運用工況的專用潤滑脂，提高閘調器的可靠性。

3.2 提高閘調器設計可靠性

（1）增加密封結構

閘調器體兩端，后蓋和護管頭處原采用聚甲醛支撐環進行支撐（見圖6），并具有簡易密封作用，在運用過程中，雨水、灰塵可通過支撐環切口進入閘調器內，造成內部零件的銹蝕。因此，應在設計中增加密封結構，改進閘調器的密封性能，以保證閘調器內部零部件具有較好的運用環境。例如，在支撐環前部增加密封圈（見圖7），該方案在設計中應考慮合適的溝槽尺寸，在確保密封效果的同時還應避免阻力過大，影響閘調器性能。

圖6 改進前結構圖

圖7 改進后結構

（2）改進螺桿與拉桿頭結構

在運用過程中，發現有少量控制桿產生彎曲變形，影響閘調器的調整精度。為找出控制桿彎曲的真正原因，對控制桿的受力情況進行了分析和計算，并進行了相關閘調器裝車試驗［1］，結果表明，閘調器控制桿彎曲是由于護管頭與后拉桿頭間的距離太小，造成制動缸輸出力通過后拉桿頭作用在護管頭上，再通過筒體傳遞至控制桿擋鐵上，最終導致控制桿彎曲。因此，應通過改進螺桿與拉桿頭尺寸結構，徹底解決控制桿彎曲問題，但在設計過程中，需考慮閘調器整體尺寸、參數與改進前的一致性。

4 結束語

從現有制動系統存在的問題出發，并與國外同類產品進行對比，提出提高我國制動系統可靠性的觀點。論述得出，提高現有制動系統的可靠性，應提高現有零部件的耐用性，并深入分析設計的合理性，從本質上提高我國制動系統的水平。從長遠發展看，提高制動系統可靠性對提高整車技術水平，促進我國鐵路發展具有重要意義。

［1］王俊龍，徐 毅，陸正濤.ST2－250型閘調器控制桿彎曲變形原因分析及改進［J］.鐵道車輛，2010，（2）：37－40.