某型機車單元制動器閘瓦托轉軸螺釘松弛原因分析及改進措施

王國明

摘要：某型機車運用中單元制動器出現數起閘瓦托轉軸螺釘松弛故障。通過對故障發生機理的深入研究，找出故障原因。對組裝工藝進行了針對性改進，并優化了產品結構，徹底消除閘瓦托轉軸螺釘松弛現象。確保機車的可靠運行，滿足了客戶的要求。

關鍵詞：單元制動器;螺釘;松弛

中圖分類號：U260.11+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0129-02

1? 故障現象

某型機車運用中單元制動器出現數起閘瓦托轉軸螺釘松弛故障。目前機車普遍具有空氣制動和電阻制動兩種制動方式，但當列車速度低時，電阻制動的制動力很小，所以電阻制動還必須與空氣制動配合使用[1]。基礎制動裝置是制動作用的最終執行機構，其作用是將制動活塞的推力增大一定的倍數，均衡地傳給各個閘瓦，并使閘瓦壓緊車輪產生制動作用[2]。單元制動器是實施空氣制動的新型基礎制動裝置。單元制動器作為機車走行部實施制動功能的關鍵部件，其零件的遲緩將給機車制動功能的可靠實施帶來不利影響。

現場觀察已松脫閘瓦托轉軸螺釘的螺紋部有涂抹螺紋緊固膠的痕跡。安裝閘瓦托轉軸螺釘的閘瓦托轉軸外圓有較明顯的銹蝕痕跡，兩端的螺紋孔內有少量油性物質。其余未見異常。

2? 原因分析

如圖2所示，閘瓦托轉軸穿過閘瓦托和懸掛連桿，兩端用閘瓦托轉軸螺釘固定，實現閘瓦托和懸掛連桿的鉸接。閘瓦托轉軸和閘瓦托轉軸螺釘通過螺紋聯接，并涂抹螺紋緊固膠實現防松。閘瓦托轉軸的材質為GCr15，淬火硬度HRC50～55，表面發藍。發藍處理最后一步工序需要浸油處理，增強防銹效果。閘瓦托轉軸螺紋孔內發現的少量油性物質，很可能就來自發藍處理。而螺紋聯接在組裝前必須徹底清洗去除油脂等污物，并完全晾干，才能保證組裝后的聯接強度。螺紋緊固膠也要涂抹充分，涂膠后還必須保證固化時間，如果提前使用可能導致螺紋緊固膠失效。

該型機車用單元制動器來自進口單元制動器的國產化項目，二者在閘瓦托和懸掛連桿處有完全相同的結構。因此我們對進口與國產單元制動器進行了比對研究。研究中發現同樣是完成組裝的單元制動器，用扳手擰一端的閘瓦托轉軸螺釘，所有進口單元制動器的閘瓦托轉軸螺釘都可以帶動閘瓦托轉軸靈活轉動;而國產單元制動器有的可以轉動，有的則完全轉不動。

經測量發現，進口單元制動器的閘瓦托寬度全部小于其閘瓦托轉軸的長度，這樣組裝完成后閘瓦托轉軸螺釘緊貼在閘瓦托轉軸的端面上，與閘瓦托的兩側面存在間隙X1（見圖3）。而國產單元制動器個別閘瓦托的寬度大于其閘瓦托轉軸的長度，這樣組裝完成后閘瓦托轉軸螺釘緊貼在閘瓦托的兩側面，卻與閘瓦托轉軸的端面存在間隙X2（見圖3）。在這種情況下，采用螺紋副聯接的兩個零件的端面不貼合，將削弱螺紋聯接的強度。

而且在設計上閘瓦托轉軸應可相對閘瓦托和懸掛連桿自由旋轉。閘瓦托轉軸螺釘緊緊夾住閘瓦托，相當于二者結合為一體，這時懸掛連桿對閘瓦托轉軸的摩擦力就有使閘瓦托轉軸螺釘松脫的趨勢。懸掛連桿內孔裝有帶儲油槽的青銅軸承，與GCr15淬火的閘瓦托轉軸配合，在正常情況下摩擦力不會太大。但之前發現的閘瓦托轉軸外圓上明顯的銹蝕使懸掛連桿對閘瓦托轉軸的摩擦顯著增大，這就成為導致閘瓦托轉軸螺釘松脫的一個不可忽視的因素。

經調研發現機車在使用中經常用含清洗劑的高壓水槍對單元制動器進行清洗，長期如此可能造成閘瓦托轉軸處的油脂逐漸流失，并使閘瓦托轉軸長期工作在潮濕環境中，從而導致銹蝕的發生。

綜上所示，此類故障是三方面原因導致的。首先是工藝方面，主要是零件組裝前清洗不徹底，存在油脂殘留，造成組裝后螺紋聯接強度不足，螺紋緊固膠涂抹不充分和涂膠后固化時間不足也是可能的原因。其次是尺寸公差控制方面，部分閘瓦托寬度大于其閘瓦托轉軸的長度，造成組裝后閘瓦托轉軸螺釘緊貼在閘瓦托的兩側面，卻與閘瓦托轉軸的端面存在間隙，削弱了螺紋聯接的強度。最后是運用條件方面，長期用含清洗劑的高壓水槍清洗，造成閘瓦托轉軸嚴重銹蝕，使懸掛連桿對閘瓦托轉軸的摩擦顯著增大，也是導致閘瓦托轉軸螺釘松脫的重要原因。

3? 整改措施

針對以上情況我們采取了下列整改措施：

①在工藝文件中對需涂抹螺紋緊固膠的零件的清洗、涂膠、固化做了更細化的要求。規定組裝前內、外螺紋應進行徹底清洗，必須用汽油或丙酮等清洗劑清洗干凈去除雜質、油脂、加工碎屑等污物。待溶劑揮發、干燥后再使用螺紋緊固膠263進行粘結。確保距端部5個完整螺距以上的螺紋圓周表面涂滿膠水，螺紋牙底應完全充滿膠液;如螺紋長度超過20個螺距，除涂滿5螺距外，還要在整個螺紋圓周表面涂上呈180角度對稱的2條膠水，涂膠后應及時按照工藝要求的力矩擰緊。打膠擰緊后，在室溫下應保證靜置10小時以上使螺紋緊固膠完全固化。

②在圖紙中對閘瓦托寬度和閘瓦托轉軸長度的公差做了嚴格控制，確保前者小于后者。這樣組裝完成后閘瓦托轉軸螺釘就緊貼在閘瓦托轉軸的端面上，與閘瓦托的兩側面存在間隙。并在工藝中要求組裝后用扳手順時針擰一端的閘瓦托轉軸螺釘，閘瓦托轉軸螺釘必須可以帶動閘瓦托轉軸靈活轉動。確保新造單元制動器不再出現此類問題。

針對已經裝車的單元制動器，拆卸更換新的閘瓦托極為不便，近乎需將單元制動器大部分解體，而更換閘瓦托轉軸螺釘則較為方便。所以選擇設計了新的閘瓦托轉軸螺釘，在其端面處新增設了一個1mm的圓臺（見圖4）。在組裝中一側使用舊的閘瓦托轉軸螺釘，一側使用新的閘瓦托轉軸螺釘，這就相當于將閘瓦托轉軸加長了1mm，確保組裝后閘瓦托轉軸螺釘的端面與閘瓦托的兩側面存在間隙。

③針對用戶長期用含清洗劑的高壓水槍清洗的工作環境，需要提高閘瓦托轉軸的抗銹蝕能力。將閘瓦托轉軸材質由GCr15改為3Cr13，并將原有的整體淬火加表面發藍的熱處理工藝改為表面高頻淬火。材質本體有更好的抗銹蝕能力。采用表面高頻淬火并取消發藍工藝后閘瓦托轉軸外圓表面在確保耐磨的同時更為光滑，有效減少與懸掛連桿的摩擦，可防止因較大摩擦力導致的螺紋聯接松弛。

4? 實施效果

按改進后方案生產的新造單元制動器運用中再未出現類似問題;同時對已裝車單元制動器也按上述方案進行了整改，取得了良好的效果。單元制動器閘瓦托轉軸螺釘松弛故障得到了有效解決，為機車的可靠運行提供了有力保障，得到了客戶的認可。同時也為今后同類問題的解決積累了寶貴經驗。

參考文獻：

[1]孫竹生，鮑維干.內燃機車總體及走行部[M].1995，9.

[2]舒新譯 ，夏寅蓀校，[美]空氣制動協會編.鐵道制動工程設計[M].北京：中國鐵道出版社，1986.

[3]張慶林.鐵路機車車輛科技手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2002.