CR400BF型動車組制動夾鉗單元漏風故障分析及改進措施

戴佳偉

摘要：制動系統是動車組的重要基礎系統之一，是保證動車組安全運行的關鍵組成部分。制動夾鉗單元作為制動系統的最終執行機構，在動車組制動過程中起著至關重要的作用。本文首先簡述了CR400BF型動車組制動夾鉗單元的結構組成和工作原理，然后主要針對制動夾鉗近期發生的漏風故障進行總結、分析，最后提出檢修過程中的具體改進措施及建議。

關鍵詞：CR400BF型動車組;制動夾鉗單元;漏風故障分析;改進措施

1.概述

隨著我國高速鐵路的飛速發展，高速鐵路運行里程不斷突破，保證動車組的安全運行尤為重要。我國新一代“復興號”動車組開始逐漸進入三級檢修階段，為保障動車組的安全運行，必須在檢修過程中保證制動夾鉗單元功能運行良好，制動夾鉗單元作為制動系統的關鍵部件，其工作狀態直接影響動車組的安全運行。

2.結構組成

CR400BF型動車組制動夾鉗單元主要由制動缸、制動夾鉗銷軸、波紋管、波紋管保護閥、制動夾鉗杠桿、制動夾鉗吊座、閘片托架等組成。CR400BF型動車組制動夾鉗單元共有4種類型，分別為動車制動夾鉗單元（左）、動車制動夾鉗單元（右）、拖車制動夾鉗單元（不帶停放制動）、拖車制動夾鉗單元（帶停放制動）。制動夾鉗單元為模塊化結構，采用三點懸掛吊裝方式，通過關節軸承與構架相連，彈性地懸吊在每個轉向架的制動吊座上。

制動夾鉗單元的工作原理是把空氣壓力轉換為制動缸活塞的推力，通過制動缸和夾鉗機構將力增大一定倍數后均勻傳遞至閘片，使之壓緊制動盤而起到制動作用。

為確保調整活塞沖程為恒定值，每個制動缸上都安裝了自動磨耗調節器，通過活塞桿自動調整，確保閘片和制動盤雙側間隙之和一直得到控制。每個制動夾鉗單元中安裝有兩個閘片托架，閘片托架用于安裝制動閘片，并且在制動閘片磨損到限的情況下能進行便捷更換。

3.制動夾鉗單元漏風故障概況

按照《CR400AF/BF平臺動車組三級檢修規程》（鐵機輛〔2020〕35號）要求，CR400BF型動車組在轉向架組裝完成后須對轉向架進行制動管路氣密性試驗。使用專用制動管路保壓工裝連接風源和制動管路，供風500kPa，保壓10分鐘，制動管路壓降不大于20kPa。

選取近一月CR400BF型動車組檢修數據，在兩組CR400BF型動車組中，發現16個制動夾鉗單元在保壓試驗時出現漏風故障。具體故障信息如表1所示。

制動夾鉗單元發現漏風后需在轉向架靜載試驗工位對制動夾鉗單元整體進行更換，此工位更換存在兩個掣肘因素。一是故障的發現、排除過程較為繁瑣。制動管路保壓試驗是對一根車軸上所有制動夾鉗單元及制動管路的試驗，當制動管路保壓試驗不合格時，需對制動管路各接頭、制動夾鉗單元軟管各接頭、制動夾鉗單元本體進行查漏，無法及時確認故障位置。二是更換工位作業條件緊湊。轉向架制動夾鉗單元組裝完畢后，制動夾鉗單元與構架、輪對緊密連接，操作空間較小。如需更換制動夾鉗單元，需拆卸制動夾鉗單元軟管與制動管路的連接、制動夾鉗單元與構架相連的橫栓與豎栓、制動閘片，再使用起重機吊運，完成制動夾鉗的拆卸。同時將上述零部件重新進行安裝、緊固、檢查，整體作業空間緊湊，工時較緊。

4.制動夾鉗單元漏風故障原因分析

通過對漏風制動夾鉗單元進行分解，發現制動夾鉗單元波紋管保護閥中的 V形圈普遍存在老化開裂現象。V形圈唇口存在多處可見徑向長裂紋，部分唇口位置存在因橡膠掉塊導致的缺失，如圖2所示。

CR400BF型動車組制動夾鉗單元采用活塞式制動缸。制動缸活塞采用橡膠皮碗進行密封，當壓縮空氣進入制動缸時，壓縮空氣推動活塞通過力傳遞機構產生制動作用。活塞皮碗表面及缸體內壁表面均勻涂抹制動缸潤滑脂，活塞運動的過程中油膜起到潤滑及密封的作用，如圖3所示。

施加制動時，通過進氣口充入壓縮空氣，并推動皮碗和活塞向前運動。因此，當制動夾鉗單元波紋管保護閥中的 V形圈老化、開裂、缺失時，外界異物由制動夾鉗單元波紋管保護閥進入制動缸，在制動缸活塞的重復運動下損傷皮碗及制動缸內壁，破壞制動缸整體密封性能。

活塞右側氣室通過呼吸堵與大氣相通。當活塞運動時，活塞右側的空氣正常情況下通過呼吸堵排出，防止波紋管被漲破，當活塞右側空氣通過呼吸堵不斷被排出最終與外界大氣壓力相同時，呼吸堵停止排風。制動夾鉗單元保壓風壓為500kPa，因此左側氣室壓強明顯大于活塞右側氣室壓強即大氣壓強，但因制動夾鉗單元制動缸密封狀態被破壞，導致左側氣室空氣不斷流向右側氣室，最終出現制動夾鉗單元保壓時呼吸堵不斷漏風，出現保壓試驗不合格的故障現象。

5.改進措施

5.1 提升材料性能

現有產品 V形圈的材料為NBR（丁腈橡膠） ，為了進行性能對比，選取了有成熟運用經驗的改進NBR、HNBR和MVQ材料進行性能對比試驗。

按照GB/T 7762-2014硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態拉伸試驗，測試條件為伸長率20%，（40±2）℃，（200±20）×108，暴露時間72h，對產品及其材料進行了耐臭氧試驗測試。除MVQ（硅橡膠）材質外，NBR（丁腈橡膠）、改進NBR、HNBR（氫化丁腈橡膠）在24h內均出現了開裂現象，在48h內NBR（丁腈橡膠）和HNBR（氫化丁腈橡膠）均出現了開裂和斷裂，在72h內NBR（丁腈橡膠）和HNBR（氫化丁腈橡膠）均出現了斷裂、改進NBR出現了裂紋長度增加。確定耐臭氧能力排序如下：MVQ>改進NBR>HNBR>NBR。

建議結合制動夾鉗單元四級檢修、五級檢修、故障分解檢修時，更改制動夾鉗單元的V形圈材質為MVQ（硅橡膠）。

5.2檢修工藝優化

通過對制動夾鉗單元漏風故障的原因及現象分析，針對CR400BF型動車組三級檢修工藝，提出以下兩項優化。

一是在CR400BF型動車組制動夾鉗單元清洗前，對制動夾鉗單元波紋管保護閥進行防護處理。制動夾鉗單元在清洗過程中，異物可能由制動夾鉗單元波紋管保護閥進入制動缸，破壞制動夾鉗單元密封狀態。

二是通過對漏風的制動夾鉗單元進行數據分析，對比保壓時間及泄漏量，發現漏風的制動夾鉗單元在充風保壓狀態下前2分鐘內壓降較為明顯，80%的制動夾鉗單元是在充風保壓的2分鐘之內即發生泄漏超標故障。因此，建議在現有的CR400BF型動車組三級檢修工藝標準的基礎上，在制動夾鉗單元檢修工序中新增制動夾鉗單元單體保壓試驗作業，降低制動夾鉗單元在轉向架靜載試驗工序漏風的返工率。具體作業工藝為：模擬制動盤盤型結構設計特有夾具工裝，在制動夾鉗單元檢修過程中通過制動軟管供風500kPa，檢測制動夾鉗單元在2分鐘內壓降是否超過20kPa，如超過20kPa，則判定該制動夾鉗單元存在漏風故障。該方案有效地對制動夾鉗單元漏風狀態進行了預先排篩，經實際作業證明大幅降低了制動夾鉗單元在靜載試驗工位的返工率，有效地保障了轉向架靜載試驗工序的作業合格率。

5.結束語

本文主要針對CR400BF型動車組制動夾鉗單元漏風故障進行研究分析，重點闡述制動夾鉗單元結構組成、工作原理、故障原因及分析、改善措施，對漏風故障提出了具體解決措施。從降低故障發生、提前篩查故障角度出發，對CR400BF型動車組三級檢修工藝進行優化調整，結合檢修數據分析有針對地設定保壓值、保壓時間、泄漏參數，有效降低了因制動夾鉗單元漏風故障導致的返工作業，保障了動車組的整體檢修修時。

參考文獻

[1]CR400AF/BF平臺動車組三級檢修規程 鐵機輛〔2020〕35號 2020年2月.

[2]CR400BF型動車組部件說明書（CCD00000386353） 中車長春軌道客車股份有限公司 2017年6月.