國產踏面制動器緩解間隙變小故障分析

韓曉輝

1 故障現象

2017年3月24日廣州地鐵二號線在對128項目增購車做日檢時發現8B155車的3號輪踏面溫度偏高，經檢查和做制動器施加緩解試驗時，發現該輪對制動器閘瓦在緩解狀態下仍然貼合輪對踏面，閘瓦緩解狀態如圖1所示。

圖1 閘瓦緩解間隙對比

在對所有128項目增購車進行普查時，發現共有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，制動缸充風時，推動活塞往左移動，下連桿上端與活塞聯接，下端與閘調器聯接，活塞往左移動會推動下連桿繞銷軸旋轉，進而推動閘調器往右運動，閘調器與絲桿通過非自鎖螺紋副聯接，絲桿與閘瓦托鉸接，當閘調器往右運動時，會推動絲桿運動，進而推動閘瓦托，產生制動作用[1]。

圖2 制動器結構圖

2.2 制動器間隙補償原理

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

制動時，閘調器往右運動（閘調器內部制動力的傳遞過程為：下連桿—間隙調整套筒—離合機齒輪—調整螺母—絲桿—閘瓦托），當調整開關耳部未與止擋環端面接觸時，進給螺母和調整開關不受力，二者接觸時，制動器正好上閘，產生制動作用。如果因手動調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，閘調器與絲桿繼續往右運動增大的間隙B，調整開關被止擋環限位不再運動，絲桿上的進給螺母被絲桿拉著與調整開關脫齒，并在彈簧力和軸承的作用下旋轉，直至上閘。絲桿總行程為A+B。

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

圖3 閘調器結構圖

3 故障排查

國產GFD型制動器為克諾爾PC7型制動器的仿制品，在實際運營過程中克諾爾PC7型制動器不會出現閘瓦緩解間隙變小的問題，初步懷疑為國產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，而導致該故障的產生。

根據對國產制動器和克諾爾PC7型制動器的動態狀態對比分析，發現國產制動器與PC7型制動器確實存在一定差異，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 止動鐵與調整開關位置

從設計圖紙上可以看出來，PC7型的止動鐵與調整開關之間沒有間隙[2]，GFD型制動器的止動鐵與調整開關之間存在間隙[3]，現場查看制動器實物，和設計圖紙相符。

3.3 閘調器晃動

將制動器的絲桿拆出后，發現PC7型制動器閘調器不能晃動，初步分析認為是緩解時止動鐵頂住調整開關，沒有晃動空間；GFD型制動器閘調器可以輕易晃動，進一步說明緩解時止動鐵沒頂住調整開關，之間有間隙。結合前面活塞可以落底的現象，說明緩解時，調整開關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

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

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整開關之間沒有間隙，所以進給螺母沒有脫齒空間，螺母不能旋轉，進而絲桿與進給螺母之間不能發生相對運動，即絲桿與整個閘調器不能發生相對運動。此時制動缸內活塞不落地，承受緩解彈簧力，然后通過連桿作用到閘調器上，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

根據前面對比分析，可知GFD型制動器由于止動鐵與調整開關之間有間隙，所以進給螺母存在脫齒空間，特殊情況下螺母能夠旋轉，進而絲桿與進給螺母之間能發生相對運動，即絲桿與整個閘調器能發生相對運動。并且由于GFD型制動器與PC7型制動器閘調器零部件止動鐵尺寸存在細微差異，即使GFD型制動器的止動鐵與調整開關貼合，進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。

在止動鐵與調整開關接觸前，絲桿向輪對側移動只需要克服補償彈簧力和扭簧力。

圖5 GFD型制動器絲桿受力分析

Fgfd=補償彈簧力+扭簧力≈388 N

在止動鐵與調整開關接觸后，絲桿向右移動還需要克服進給螺母彈簧力。

Fgfd’=補償彈簧力+扭簧力+進給彈簧力≈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計算。

計算PC7型制動器在縱向沖擊加速度下閘瓦托產生移動的最小加速度：

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

計算GFD型制動器在縱向沖擊加速度下閘瓦托產生移動的最小加速度：

akb=Fgfd’/m=622/19=32.74 m/s2

5 結論

國產GFD型踏面制動器間隙變小故障是因為制動器設計不合理導致，閘調器調整開關與止動鐵存在間隙，導致進給螺母存在脫齒空間，后續裝車運行制動器持續受運動沖擊的影響，閘瓦拖受到向輪對側的外力，使得調整螺母產生旋轉，進而絲桿與閘調器發生相對運動，導致緩解間隙變小，甚至抱閘。

6 整改方法

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

（2）規定止擋環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整開關，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 結束語

通過更換制動器閘調器的止動鐵零件，并優化止擋環的安裝，切除活塞底部部分凸臺等有效解決了GZ128項目增購車制動器間隙持續變小的問題，這為今后國產制動器在設計裝配時有一定的借鑒作用。

參考文獻：

［1］CSR.廣州地鐵28項目基礎制動單元說明書［Z］.2010.

［2］CSR.廣州地鐵128項目PC7型踏面制動單元使用與維護說明書［Z］.2012.

［3］CSR.廣州地鐵128項目GFD-3型及GFD-4型踏面制動單元使用與維護說明書［Z］.2012.

［4］CSR.廣州地鐵128項目踏面制動單元型式試驗報告［Z］.2011.

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