列车车门制动器瞬时失效故障分析及改进

卢文富 赵 洋

(广州地铁集团有限公司运营事业总部 广东 广州 510310)

列车车门制动器瞬时失效故障分析及改进

卢文富 赵 洋

(广州地铁集团有限公司运营事业总部 广东 广州 510310)

广州地铁四、五号线列车在架、大修过程中常常发现车门手动关闭时会弹开一定的距离，初步判定是由制动器瞬时失效造成的，更换新件后功能正常。通过拆解检测故障制动器，并对制动器的原理及结构进行分析，找到了相关的故障预防措施。

瞬时失效；制动器；正转；反转

1 概述

制动器是广州地铁四、五号线车辆车门系统中特有的一个部件，在车辆架、大修及正线运营中，常常发现车门手动关闭时会弹开10mm左右的距离，更换新件后功能正常，初步判定为35C型制动器瞬时失效造成。为了更好地找出失效原因，对35C型制动器的故障件进行了拆解检测，并通过应力分析查明了故障点，为后续的改进方案打下基础。

2 35C型制动器分析

2.1 结构介绍

制动器的制动副由套、丝杆连接轴和圆柱滚子组成，如图1所示。

图1 制动器内部结构图

35C型制动器的单向制动功能是靠圆柱滚子、丝杆连接轴凸轮面和套来实现的，其配合位置如图2所示(套结构套在整个机构的外面，被隐藏)。丝杆连接轴凸轮曲面的均分精度、套的尺寸精度和圆度要求均会影响制动器单向制动的效果，通常情况下，制动器在出厂时，会对丝杆连接轴在圆周方向上多个位置的单向制动效果进行检测。

图2 制动副配合结构

2.2 原因分析

手动关门时车门发生反弹现象原因多为制动器的制动功能失效。由于圆柱滚子、丝杆连接轴凸轮面和套三者之间的配合不能达到单向制动位置，无法实现单向制动功能，车门关闭或遇到障碍物时的瞬间反作用力导致丝杆带动电机反转，车门反弹。当车门打开一定距离后，圆柱滚子、丝杆连接轴和套三者之间的配合又达到了单向制动位置，制动器的单向制动功能恢复，此时车门被锁闭。

由35C型制动器制动副结构可知，丝杆连接轴未转动到与套相配合的预定制动位置或套的圆度误差、丝杆连接轴凸轮面的制造误差、圆柱滚子的圆柱度误差以及使用过程中各接触面之间的磨损量都会造成制动器在某个位置或某几个位置单向制动功能失效，而每个35C型制动器具体何时会达到这样的位置，甚至是否具有这样无法满足单向制动功能的位置无从得知，但可以确定的是，每个35C型制动器上无法满足单向制动功能的位置是极少的，只要机构稍稍动作一下，便可到达制动位置，使单向制动功能恢复，并不会造成锁闭完全失效(除非套的尺寸超差严重)，所以称之为瞬时失效。

圆柱滚子和丝杆连接轴凸轮的磨损会造成摩擦角增大，当摩擦角增大到一定值时，制动器的单向制动功能完全失效。由应力分析图(见图3)可以看出，制动器在发挥制动功能时，就制动副而言，丝杆连接轴与圆柱滚子相接触的凸轮面受力最大，磨损最严重(见图4)。虽然圆柱滚子也受到一定程度的磨损，但由于圆柱滚子在运动过程中是绕着套的中心公转并同时自转的，因此其圆周上的磨损是均匀的，在磨损较小且均匀分布在圆周上的情况下，其磨损量很难测出，这就是圆柱滚子没有产生明显磨损的原因。经过计算分析，丝杆连接轴凸轮面磨损如超过1mm会产生较大概率的锁闭失效现象。

图3 制动副应力分析图

图4 磨耗位置

综上所述，车门出现反弹是由制动器在关门位置瞬时单向制动失效造成的，其原因有2个：(1)该次关门阻力较大或夹到障碍物，丝杆连接轴未转动到与套相配合的预定制动位置；(2)丝杆连接轴、套及圆柱滚子构成的制动副在圆周上存在不制动位置，即丝杆连接轴不是转动到任意角度都可以实现可靠的单向制动，这是由制动副机构配合精度不高造成的。

3 改造方案

3.1 35D型制动器介绍

根据目前35C型制动器存在的缺点，需要对其进行升级改造，即换用35D型制动器。

35D型制动器的功能与目前五号线车辆采用的35C型制动器装置功能完全一样，即在任意位置电机连接轴均可以带动丝杆连接轴套正、反转动，而丝杆连接轴套仅可以沿关门方向带动电机连接轴转动，从而实现了门系统在关门的任意时刻、任意位置，门页仅能朝关门方向运动而不能朝开门方向运动的单向制动功能。同时35D型制动器具有结构简单、故障率低、锁闭可靠性高、使用寿命长等特点。35D型全程锁闭装置的特点是：接口基本相同；解锁容易、锁闭可靠性高。

35D型制动器结构如图5、图6所示，电机连接轴通过联轴器与电机相连，丝杆连接轴套与丝杆相连。电机连接轴可以正、反转带动丝杆连接轴套和丝杆以实现开、关门；丝杆连接轴套仅可以单向转动(正转或反转)带动电机连接轴转动实现关门，而不能逆向转动试图开门。

图5 35D型制动器结构图

图6 35D型制动器制动副结构

3.2 35D型制动器与35C型制动器接口差异

(1)安装接口。全程锁闭装置的安装接口与35C型制动器安装接口完全一样，均采用4颗M8螺钉安装固定，其安装孔间距为74mm×82mm。

(2)连接接口。全程锁闭装置与电机、丝杆的连接接口都是ø15mm轴，带有5mm×20mm标准普通平键键槽。全程锁闭装置与35C型制动器的连接接口完全相同。尽管35D型制动器与35C型制动器连接接口相同，但原35C型制动器与丝杆的配合长度较长，而35D型制动器与丝杆的配合长度较短，因此原35C型制动器门系统采用的丝杆可以改造后继续使用。

3.3 选配原则

由于端齿轴套、拨盘采用的是三元共渗处理技术，在三元共渗之后端齿轴套、拨盘表面不仅会增加0.01～0.025mm的疏松层，而且其尺寸会变化，为避免疏松层的快速磨损对35D型制动器产生影响，保证35D型制动器的功能稳定性和性能一致性，须在装配前将2个零件表面的疏松层用特殊工具去除，然后将端齿轴套、拨盘和扭簧按照图7所示选配原则进行装配。

图7 35D型制动器内部尺寸控制图

3.4 跑合试验

为更好地掌握35D型制动器的性能要求，检验其运行情况，随机抽取已运营了一年的4件35D型制动器全程锁闭装置进行检测，分别于台架试验台跑合5h，测量其磨损情况，结果如表1所示。

表1 跑合试验结果

由表1可以看出：经过检测，关键零件端齿轴套、拨盘和矩形扭簧未见磨损，满足使用要求。同时可以看出35D型制动器具有耐磨损性能，可在一定程度上提高使用寿命。

4 结束语

通过试用观察，改造后的35D型制动器使用效果良好，故障率低，不仅解决了正线运营时常会发现的车门手动关闭时弹开10mm左右距离的问题，同时也延长了制动器的使用寿命，目前35D型制动器已在广州地铁四、五号线车辆上推广使用，提高了列车的运营效率。□

(编辑：林素珍)

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2015-04-09

卢文富(1982-)，男，本科学历，工程师，从事地铁车辆维修工作。

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