軌道交通用氣動(dòng)夾鉗的防凍化設(shè)計(jì)

趙飛 闞亞雄 張龍

摘要：本文對(duì)軌道交通用氣動(dòng)夾鉗的制動(dòng)缸從設(shè)計(jì)源頭考慮低溫下的防凍問(wèn)題，采用安全閥和電加熱控溫設(shè)計(jì)以此來(lái)適應(yīng)中國(guó)南北溫差大、鐵路線(xiàn)路長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以在不影響常溫或高溫運(yùn)營(yíng)的情況下，滿(mǎn)足寒冷地區(qū)的運(yùn)營(yíng)，適用范圍廣闊。

關(guān)鍵詞：軌道交通;氣動(dòng)夾鉗;防凍化

1? 概述

自2007年以來(lái)我國(guó)通過(guò)引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，系統(tǒng)掌握了時(shí)速200～250公里動(dòng)車(chē)組制造技術(shù)，成功搭建了時(shí)速350公里的動(dòng)車(chē)組技術(shù)平臺(tái)。目前運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組普遍采用盤(pán)式制動(dòng)方式，由制動(dòng)夾鉗夾緊制動(dòng)盤(pán)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，具體為制動(dòng)時(shí)向制動(dòng)缸充氣，帶動(dòng)活塞等部件運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)缸通過(guò)制動(dòng)夾鉗上的杠桿等部件將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為閘片托的夾緊運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)功能[1]。對(duì)于高寒地區(qū)運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組，尤其是環(huán)境溫度低于-40℃以后，活塞部件中的骨架密封圈和低溫潤(rùn)滑油脂性能都會(huì)變差，導(dǎo)致單元制動(dòng)缸氣密性下降，會(huì)有偶發(fā)性的漏氣風(fēng)險(xiǎn)，制動(dòng)不可靠，待環(huán)境溫度上升或連續(xù)制動(dòng)后，單元制動(dòng)缸氣密性又會(huì)恢復(fù)正常，此種現(xiàn)象難于檢測(cè)和控制，給在高寒地區(qū)運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組帶來(lái)行車(chē)上的危險(xiǎn)隱患，同時(shí)，骨架密封圈和低溫潤(rùn)滑油脂如長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)在溫度偏低的環(huán)境下，對(duì)骨架密封圈和低溫潤(rùn)滑油脂的使用壽命也會(huì)有影響，為此需要在設(shè)計(jì)源頭對(duì)制動(dòng)缸的防凍問(wèn)題加以考慮。

2? 安全閥設(shè)計(jì)

在制動(dòng)缸模塊，由于波紋管積雪凍結(jié)，會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)或緩解不暢，在高寒雨雪天氣時(shí)有發(fā)生，在設(shè)計(jì)階段增加安全閥結(jié)構(gòu)，以最簡(jiǎn)單的單元制動(dòng)缸為例加以說(shuō)明，如圖1所示為單元制動(dòng)缸結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示為安全閥結(jié)構(gòu)圖。單元制動(dòng)缸的功能簡(jiǎn)單的講就是將壓縮空氣壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)向單元制動(dòng)缸內(nèi)充入一定壓力的壓縮空氣推動(dòng)活塞，從而帶動(dòng)絲杠和軛等構(gòu)件完成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)最終驅(qū)動(dòng)閘片托和閘片完成夾緊制動(dòng)的功能。此外，單元制動(dòng)缸還具有自動(dòng)間隙調(diào)整功能，當(dāng)閘片與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙過(guò)大時(shí)，經(jīng)多次充排氣可實(shí)現(xiàn)盤(pán)片間隙的自動(dòng)調(diào)整，最終將盤(pán)片間隙穩(wěn)定在要求值范圍內(nèi)[2]。

在制動(dòng)缸的缸蓋上安裝安全閥，一方面可解決通氣塞的臟堵、冰堵時(shí)的通風(fēng)，一方面利用活塞的掃氣效應(yīng)，吹散波紋管上的積雪，防止凍結(jié)，安裝安全閥的氣動(dòng)夾鉗如圖3所示。

3? 電加熱控溫設(shè)計(jì)

隨著環(huán)境溫度的下降，骨架密封圈橡膠的彈性將下降，在外力作用下產(chǎn)生形變也將變小，同時(shí)低溫潤(rùn)滑油脂的黏度將增大，密封效果變差。在低溫試驗(yàn)中，尤其是環(huán)境溫度-40℃低溫試驗(yàn)，制動(dòng)缸氣密性檢測(cè)時(shí)有不合格，存在偶發(fā)性的漏氣，導(dǎo)致制動(dòng)不可靠，待環(huán)境溫度上升或連續(xù)制動(dòng)后，制動(dòng)缸氣密性又會(huì)恢復(fù)正常，此種現(xiàn)象難于檢測(cè)和控制，給在高寒地區(qū)運(yùn)營(yíng)的動(dòng)車(chē)組帶來(lái)行車(chē)上的危險(xiǎn)隱患，此種偶發(fā)性漏氣問(wèn)題對(duì)于高寒動(dòng)車(chē)組將是一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)時(shí)增加PTC加熱元件，電加熱元件安裝在缸蓋上且在單元缸缸體內(nèi)。電加熱元件可以采用鉚接、螺釘連接等形式進(jìn)行固定，這樣比較利于拆裝和以后的日常維護(hù)，同時(shí)也有利于熱量的傳遞。這樣不但可以有效利用單元缸缸體內(nèi)缸蓋與活塞組件組成的自帶容納腔，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，同時(shí)有利于熱傳遞，電加熱元件通過(guò)缸蓋及容納腔內(nèi)空氣進(jìn)行熱傳遞，通過(guò)單元缸缸體和活塞組件保證使骨架密封圈和潤(rùn)滑油脂可以在比較合適的溫度。電加熱元件通過(guò)引線(xiàn)與車(chē)輛上的電源裝置和控制器相連接，由電源裝置為電加熱元件提供所需的交流電源，由控制器控制電加熱元件的工作狀態(tài)。車(chē)輛在高寒地區(qū)運(yùn)營(yíng)時(shí)，當(dāng)制動(dòng)缸缸內(nèi)溫度傳感器檢測(cè)到缸內(nèi)溫度過(guò)低，或環(huán)境溫度傳感器檢測(cè)到環(huán)境溫度低于某一設(shè)定溫度時(shí)（如環(huán)境溫度低于-30℃），由控制器自動(dòng)啟動(dòng)電加熱元件工作，待電加熱元件工作一段時(shí)間后，達(dá)到設(shè)置的缸內(nèi)溫度，此時(shí)電加熱元件自動(dòng)進(jìn)行恒溫控制，骨架密封圈和潤(rùn)滑油脂可以在比較合適的溫度下運(yùn)營(yíng)，可以有效避免活塞的偶發(fā)性漏氣問(wèn)題，使制動(dòng)缸具備防凍功能。

4? 結(jié)束語(yǔ)

采取安全閥和電加熱控溫設(shè)計(jì)的制動(dòng)缸將比較適合中國(guó)南北溫差大、鐵路線(xiàn)路長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以在不影響常溫或高溫下運(yùn)營(yíng)的情況下，滿(mǎn)足寒冷地區(qū)的運(yùn)營(yíng)，適用范圍廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾梁彬.一種帶有阻調(diào)功能的制動(dòng)缸機(jī)構(gòu)改進(jìn)研究[J].軌道交通裝備與技術(shù)，2016（6）：12-14.

[2]趙飛.基礎(chǔ)制動(dòng)單元梯形螺紋副的加工[J].機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝，2019（2）：23-24.

[3]張義.纖維復(fù)合材料在軌道交通裝備制造業(yè)的現(xiàn)狀及展望[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（22）：72-73.