C80EF 型通用敞車轉向架基礎制動裝置孔位調整技術研究

羅漢江，李 冬，吳 暢，張 銳，傅茂海

（1 中車眉山車輛有限公司，四川眉山 620032；2 西南交通大學 機械工程學院，成都 610031）

在C80EF車進行第3 次段修時，通過調研發現：因部分車輛車輪旋修后直徑減小，如需將閘調器行程調整至200～240 mm 范圍內，則要對轉向架基礎制動裝置進行孔位調整。而轉向架基礎制動裝置孔位的調整規則，在TG/CL 110-2018《鐵路貨車廠修規程》［1］、TG/CL 2111-2021《鐵路貨車段修規程》［2］、TG/CL 225-2008《鐵路貨車制動裝置檢修規則》［3］等當前相關檢修規程中均無明確的操作規定。在實際檢修時，一般根據經驗做出判斷或通過多次調試后完成孔位調整。該方法存在一定差異性和隨機性，易造成同一批次車輛基礎制動裝置裝配出現差異，檢修效率較低。因此，探討制定一種基于運用過程中車輪平均輪徑差異的轉向架基礎制動裝置孔位調整規則具有較好的工程意義。

1 C80EF 車基礎制動裝置

C80EF車基礎制動裝置主要由空氣制動系統和轉向架基礎制動裝置兩部分組成，其原理如圖1所示。

圖1 C80EF 車制動裝置原理圖

空氣制動系統由120 型空氣控制閥、直徑305 mm 的整體旋壓密封式制動缸（復原裝置）、不銹鋼嵌入式儲風缸、KZW-A 型空重車自動調整裝置、貨車脫軌自動制動裝置及制動管系等組成，滿足主管壓力500 kPa 和600 kPa 的要求。

該車基礎制動裝置分為車體基礎制動裝置和轉向架基礎制動裝置兩個部分，車體基礎制動裝置主要由前制動杠桿、后制動杠桿、閘調器、上拉桿等組成；轉向架基礎制動裝置主要由制動杠桿、下拉桿、L-B1 型組合式制動梁、固定杠桿支點、GM915D 型閘瓦等部件組成，如圖2 所示，相關參數見表1。

圖2 C80EF 車基礎制動裝置布置圖

2 C80EF 車基礎制動裝置孔位調整與輪瓦磨耗量x 的關系

C80EF車所配裝的DZ3 型轉向架采用下拉桿式單側閘瓦制動裝置。新造狀態時，支點為中孔，下拉桿為一中孔和一內孔，轉向架支點和下拉桿均有3 個孔可供調整孔位，以滿足車輛運用過程中不同車輪直徑時閘調器L值在規定范圍內；車體上拉桿采用整體鍛造杠桿頭，每端只有1 個孔，如圖3所示。

圖3 C80EF 車基礎制動裝置部分部件

根據表1 所述，支點孔孔距e為45 mm，下拉桿孔孔距f為55 mm，轉向架制動倍率nz為6。由此可得：

支點孔位調整為式（1）：

下拉桿孔位調整為式（2）：

即單臺轉向架支點孔位調整1 孔相當于該轉向架輪瓦平均磨耗量x為7.5 mm；下拉桿孔位調整1 孔相當于該轉向架輪瓦平均磨耗量x為18.3 mm。

3 閘調器L 值的影響分析

3.1 閘調器L 值與輪瓦平均磨耗量x 的關系

在車輛運用過程中，隨著車輪和閘瓦的磨耗，閘調器將隨之縮短。根據C80EF車基礎制動裝置的相關參數和相似三角形原理，閘調器的行程變化量ΔL與單車輪瓦平均磨耗量x之間的關系可表示為式（3）：

簡化可得式（4）：

即輪瓦平均磨耗量x每增加1 mm，則閘調器的長度將收縮約4.7 mm，即行程變化量ΔL為4.7 mm。

3.2 閘調器L 值與閘瓦最大磨耗量ΔH 的關系

由于閘瓦磨耗速率遠高于車輪，在相鄰檢修期之間，閘調器的L值主要用于閘瓦磨耗的補償，只有少部分用于車輪磨耗的補償。如車輪按照新輪考慮，當閘瓦達到最大磨耗量ΔH=36 mm（即此時x=36 mm）時，則根據式（4）可得式（5）：

即此時閘調器行程變化量ΔL為169.2 mm。

3.3 閘調器L 值與車輪磨耗量的關系

根據TG/CL 225-2008《鐵路貨車制動裝置檢修規則》［4］的規定，閘調器的L值在新造和檢修時均規定為200～240 mm。

3.3.1 閘調器初始L 值為200 mm

當閘調器初始L值為200 mm 時，根據式（4）可得式（6）：

即此時能夠補償的輪瓦平均磨耗量x為42.5 mm。結合閘瓦最大磨耗量ΔH=36 mm 可得式（7）：

即能夠補償車輪半徑平均磨耗量xc為6.5 mm。

而在此狀態時，轉向架游動杠桿與上拉桿連接銷的縱向移動量Dx為式（8）：

3.3.2 閘調器初始L 值為240 mm

同理可得，當閘調器初始L值為240 mm 時：

（1）能補償的輪瓦平均磨耗量x為51.1 mm。

（2）能補償車輪半徑平均磨耗量xc為15.1 mm。

（3）轉向架游動杠桿與上拉桿連接銷的縱向移動量Dx為306.6 mm。

3.4 車輪半徑平均磨耗量極值

3.4.1 極大值xc max

閘調器L值的公差帶為40 mm（L值調整范圍200～240 mm），其能補償的車輪半徑平均磨耗最大變化量為式（9）：

結果表明：在車輛運用檢修過程中，當車輪半徑平均磨耗量xc超過8.5 mm 時，若不調整轉向架制動裝置孔位（支點孔、下拉桿孔），即使閘調器初始L值為240 mm，再次檢修時也無法保證閘調器L值在200～240 mm 范圍內。

3.4.2 極小值xc_min

C80EF車基礎制動裝置在新輪新瓦、制動狀態時，空車制動缸活塞行程Lg為（155±10）mm，可得輪瓦間隙為式（10）～式（12）：

即輪瓦間隙m為18.6～21.2 mm 之間。由產品圖樣可知，C80EF車新輪新瓦、制動狀態時，轉向架游動杠桿連接孔距搖枕中心的縱向距離為452 mm，此時轉向架理論緩解間隙大于活塞行程所需要的輪瓦間隙，滿足運用要求。

根據三維分析，在新輪新瓦、理論緩解狀態、當將支點孔位調整至外孔時，C80EF車轉向架游動杠桿連接孔距搖枕中心的縱向距離為309 mm，此時理論緩解間隙m為16 mm，小于活塞行程所需要的輪瓦間隙，不能滿足運用時制動缸活塞縮回的要求。此時若要保證輪瓦間隙m的運用要求，須使車輪半徑平均磨耗量xc的最小值為式（13）：

該值表明：當車輪半徑平均磨耗量xc小于5.2 mm 時，如將支點孔位提前調整至外孔，可能導致輪瓦緩解間隙不足。故該值為轉向架制動裝置調整孔位時車輪磨耗最小值。

由上述可知：檢修時，為保證閘調器L值在200～240 mm 范圍內的要求，同時兼顧輪瓦緩解間隙m至少為16 mm，轉向架制動裝置調整孔位時的車輪平均半徑磨耗量xc的合理區間為xc∈[5.2，8.5]mm。

4 C80EF 車車輪旋修數據分析

4.1 第1 次段修[5]

C80EF車車輪第1 次旋修時，共統計旋修輪對80條，其約占C80EF車輪對總數的6.7%。本次旋修時，收入車輪運用平均輪徑D為915 mm，支出車輪平均輪徑為909.8 mm，因旋修產生的最小半徑減小量約為2.5 mm。若按名義輪徑915 mm 進行考慮，則車輪半徑平均減小量為2.6 mm。從分布情況看，車輪半徑減小量主要集中在1.5～3.5 mm 之間，如圖4 所示。

圖4 C80EF 車第1 次段修車輪旋修統計分布

4.2 第2 次段修[6]

C80EF車車輪第2 次旋修時，共統計旋修輪對641 條，其中旋修輪對254 條，其約占C80EF車輪對總數的39.6%。本次旋修時，收入車輪運用平均輪徑D為913.9 mm，支出車輪平均輪徑為909.6 mm（該值與第1 次段修時支出車輪平均輪徑相當，其原因是所涉及車輪均為第1 次旋修），因旋修產生的半徑減小量約為2.15 mm。若按車輪名義輪徑915 mm 進行考慮，則車輪最小半徑平均減小量為2.68 mm。從分布情況看，車輪半徑減小量主要集中在2～3.5 mm 之間，有個別超過5 mm，如圖5所示。

圖5 C80EF 車第2 次段修車輪旋修統計分布

4.3 第3 次段修[6]

C80EF車車輪第3 次旋修時，目前共統計了23 條輪對檢修情況，其中旋修輪對22 條，段修時輪對基本都要進行旋修。本次旋修時，收入運用車輪的平均輪徑D為909.2 mm，支出車輪平均輪徑為902 mm，因旋修產生的半徑減小量約為3.6 mm。若按車輪名義輪徑915 mm 進行考慮，則車輪半徑平均減小量為6.5 mm。從分布情況看，車輪半徑減小量主要集中在5～8 mm 之間，有個別超過10 mm，如圖6 所示。

圖6 C80EF 車第3 次段修車輪旋修統計分布

由C80EF3 次段修的車輪平均半徑磨耗量統計分析可知：

（1）前兩次車輪半徑平均減小量均在2.6 mm左右，且其對應車輪減小量的分布區間相當。

（2）第1 次段修時車輪旋修占比極小，這也是后期第2、3 次車輪旋修比例增加的主要原因。

（3）第3 次段修時，車輪幾乎全部旋修。

（4）第3 次段修時，相比名義輪徑915 mm，車輪半徑平均減小量為6.5 mm，該值已滿足制動裝置孔位調整區間的要求，故建議在第3 次段修時進行轉向架制動裝置孔位調整。

5 孔位調整規則

考慮轉向架制動裝置支點孔距e值、下拉桿孔距f值，并通過不同的孔位組合，可得到車輪半徑平均磨耗7.5、10.8、18.3、25.8、29.1、36.6 mm 這6個檔位。由于車輪半徑平均磨耗量極大值為xc_max=27 mm（車輪輪輞剩余厚度≥23 mm），因此大于27 mm 的孔位組合可不予考慮。將剩余的7.5、10.8、18.3、25.8 mm 分別記為檔位1～檔位4 以便于分析。

通過三維設計分析可知：游動杠桿在各檔位幾乎均位于同一位置，其與新造狀態的理論初始設計誤差最大為2.21%，說明各檔位設置基本合理。具體見表2。

表2 轉向架制動裝置孔位調整檔位對照表

分別對各檔位區間進行分析。當2 臺轉向架同時按照表2 所對應的關系進行調整時，每個檔位對應的閘調器L值變化量如下：

檔位1：ΔL1=(7.5-0)×4.7=35.25 (mm)

檔位2：ΔL2=(10.8-7.5)×4.7=15.51 (mm)

檔位3：ΔL3=(18.3-10.8)×4.7=35.25 (mm)

檔位4：ΔL4=(25.8-18.3)×4.7=35.25 (mm)

從該值可知，相鄰檔位狀態間閘調器L值變化量小于其公差帶240-200=40（mm）的范圍，故在檢修時，如果L值小于200 mm，總能通過調整基礎制動裝置固定杠桿支點孔位或下拉桿孔位，使得L值滿足段修200～240 mm 的要求。

6 孔位調整規則驗證

結合C80EF通用敞車的實際運用狀態，針對上文中所制定的孔位調整規則進行了必要的驗證。驗證中2 臺轉向架基礎制動裝置孔位均處于表2 中的檔位1 狀態，如圖7、圖8 所示。

圖7 1 位轉向架基礎制動裝置狀態

圖8 2 位轉向架基礎制動裝置狀態

驗證轉向架車輪直徑采用輪徑尺測量，8 件車輪直徑測量結果如圖9 所示。如車輪收入直徑按照915 mm 考慮，則整車車輪半徑平均磨耗量xc為6.21 mm。游動杠桿連接孔相對搖枕中心縱向距離采用卷尺測量方式。2 臺轉向架測量值約為447、444 mm，與表2 中對應參考值最大誤差僅為0.45%，實際驗證結果與理論分析結果十分接近，達到了轉向架基礎制動裝置處于檔位1 時的驗證效果。

圖9 運用車輛實測輪徑

7 結論與建議

根據以上分析，可得出以下結論和建議：

（1）車輛制動裝置的孔位調整應基于車輪半徑平均磨耗量的大小進行。

（2）車輪半徑平均磨耗量在xc∈[5.2，8.5]mm區間時，須進行孔位調整，理論計算最優值為7.5 mm。

（3）車輛檢修落成時，若閘調器L值小于200 mm，總能通過調整基礎制動裝置支點孔位或下拉桿孔位，使得L值滿足段修200～240 mm 的要求。

（4）為保證閘調器的L值，應配裝新瓦作為基準進行調試。

（5）建議持續跟蹤C80EF車的運用狀態，進一步現場驗證或通過其他方式驗證其理論分析的準確性。