某型机车单元制动器C5修故障研究及改进措施

摘要：某型机车单元制动器C5修后出现了数起停放制动缸缓慢漏风故障。故障发生后组织人员对发生故障的单元制动器实施了试验和拆检。通过对故障机理的深入研究与分析，找到了导致故障的原因。并从工艺过程控制、工装保障、检查确认等环节作出了针对性的改进，有效的提高了产品质量，为行车安全提供了有力保障。

关键词：单元制动器;C5修;停放制动缸;漏风

中图分类号：TP206+.3                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）09-0139-02

1  故障研究

1.1 主要性能参数：

制动倍率                           4.3

制动缸直径                       Φ178mm

常用制动额定风压             350kPa

紧急制动额定风压             450kPa

弹簧缸额定缓解风压           460kPa

闸瓦与车轮踏面额定间       6～16mm

常用制动力（350kPa风压下） 34.2kN±5%

紧急制动力（450kPa风压下） 44kN±5%

弹簧停车制动力                 ≥31.5kN

一次最大补偿量                 ≥6mm

最大补偿能力                   ≥110mm

1.2 工作原理介绍

基础制动装置是制动作用的最终执行机构，其作用是将制动活塞的推力增大一定的倍数，均衡地传给各个闸瓦，并使闸瓦压紧车轮产生制动作用[1]。随着技术升级换代，基础制动装置逐渐向轻型、单元化发展，产生了单元制动器这样集制动缸、停放制动缸、制动力放大机构、间隙调整机构为一体的新型制动装置[2]。作为机车走行部的关键部件，其质量关系到机车的行车安全。（图1）

在机车运行过程中，停放制动缸的压力腔（见图2）始终充有压力在500kPa以上的压缩空气，压缩空气推动活塞使停放制动缸内的大弹簧被压缩，实现弹簧停车功能的气动自动缓解。如停放制动缸发生漏风，将造成弹簧停车功能异常。

在泄漏缓慢发生，程度尚不严重，且机车总风缸的压力充足的情况下，机车总风缸可以源源不断地向停放制动缸补风，使停放制动缸内的大弹簧仍可以保持在压缩状态，但泄漏仍会造成一定程度的压力降低。这会致使进行停放制动缸气动复位时，停放制动缸内大弹簧的被压缩幅度不足，进而导致施加弹簧停车功能时的制动力下降。

发生严重泄漏时，即使机车总风缸的压力充足，补充的风压也不足以抵偿泄漏造成的影响。这时停放制动缸将出现显著的压降，其残余风压将不足以使停放制动缸内的大弹簧保持在压缩状态，可能会在机车运行过程中出现弹簧停车功能意外施加，造成机车在闸瓦长时间抱轮的情况下运行，导致车轮被闸瓦擦伤，酿成事故。

1.3 故障现象及原因分析

有的故障单元制动器在机车上并无功能上的异常，只在呼吸器位置发现缓慢漏风;有的则不但在呼吸器位置发现较严重的漏风，而且同时出现弹簧停车功能意外施加现象。

为对故障机理进行深入研究与分析，在故障件从车上拆下返厂后，依次对其进行了性能试验和拆解。

向停放制动缸的压力腔充风试验时发现，单元制动器没有制动动作，只在呼吸器位置出现漏风。单元制动器没有制动动作是正常现象，说明压力腔内的压缩空气没有窜入常用制动缸，也就是说停放制动缸与常用制动缸之间的密封是有效的。呼吸器位置出现漏风则说明压力腔内压缩空气的泄露路径向下穿过了活塞，这种压力泄露只能是活塞的密封失效导致的。活塞在外圆处装有皮碗，在中间的沉台处装有唇形密封圈，压缩空气一定是通过这两个位置泄露的。

为进一步查清故障原因，我们对故障单元制动器进行了解体检查。

在拆检过程中发现，有的故障单元制动器的唇形密封圈存在安装不正的情况，这种情况下唇形密封圈与活塞和弹簧停车螺杆配合的过盈不均匀，达不到设计要求，运用过程中存在泄露的可能。在组装的过程中，唇形密封圈采用手工壓装，如操作过程中施力不均匀，且组装后未仔细检查，则存在装偏的可能。而皮碗则因为过盈较大，压装力也较大，无法手工完成压装，在装配过程中使用了专用工装进行压装。因为工装的定位和导向作用，未发现皮碗安装不正的现象。

为验证上述分析，我们将唇形密封圈拆下，重新安装后进行试验，泄露现象完全消失。

此外，拆检过程中还在有的故障单元制动器的压力腔内发现了异物，包括砂粒2个和生料带1段。这些异物一旦运动到唇形密封圈与弹簧停车螺杆配合处或皮碗与停放制动缸内腔配合处同样会导致密封失效。出现上述污物的原因，可能是单元制动器自身清洗或组装过程中零件清理不彻底;也可能是单元制动器在机车上安装时，外部环境或制动管路中存在污物，通过单元制动器的充风口进入停放制动缸内部。比如生料带一般用于制动管路螺纹联接的密封，在单元制动器本身的装配中是完全禁止使用的，就很可能来自制动管路的安装过程。

清除压力腔内异物后，我们将该单元制动器重新组装后进行了试验，泄露现象完全消失。

另外，拆检中还发现1起唇形密封圈开裂破损的情况，开裂位置位于唇形密封圈主唇与骨架结合处（如图3，AB线段所示位置）。唇形密封圈主体为橡胶材质，内包金属骨架，在主唇部安装有弹簧。唇形密封圈安装在活塞的沉台内，内孔中穿有弹簧停车螺杆（见图2）。依靠唇形密封圈与活塞和弹簧停车螺杆的过盈配合造成的橡胶压缩来实现对气压的密封。

如前所述，唇形密封圈采用手工压装，要求通过按压唇形密封圈骨架的上端面（图4，A1-A2所示环形端面）将唇形密封圈装入活塞的沉台内。而组装时操作人员手上沾有油脂，极个别情况下可能会手滑按到主唇上（图4，B1-B2所示环形端面）。主唇的材质是橡胶，为非承载结构。手按到主唇上，将使柔软的橡胶主唇被用力压到金属骨架的内孔边缘上，这可能造成主唇与骨架结合处裂损。运用一段时间后，就有可能导致唇形密封圈完全开裂、破损。

综上所述，停放制动缸缓慢漏风是活塞的密封失效，直接造成压力腔内的压缩空气泄露导致的。具体原因是唇形密封圈安装不正、压力腔内存在异物和唇形密封圈手工压装操作失误导致的主唇与骨架结合处裂损。

2  改进措施

2.1 针对唇形密封圈安装不正和开裂破损的改进措施

设计唇形密封圈专用压装工装，保证在唇形密封圈压装过程中主唇位置得到可靠保护，压装力完全施加在骨架的上端面。通过压装工装的导向定位功能，控制压装力均匀施加，确保安装到位，不发生偏斜。同时加强压装后质量的检查确认。通过唇形密封圈专用压装工装的使用，在组装过程中尽可能排除了人为因素的影响，确保安装质量的稳定可靠。（图5）

2.2 针对压力腔内存在异物的改进措施

首先是加强组装前清洗和组装过程中的外观检查，对内腔等不便观察的位置使用手电照明辅助观察，确保单元制动器自身的清洁度。同时加强单元制动器在机车上安装时的工艺控制，避免外部环境或制动管路中的污物，通过单元制动器的充风口进入停放制动缸内部。尤其在制动管路的螺纹联接处尽可能不使用生料带，如非使用不可也要严格控制在螺纹端部的前3个螺距不能缠有生料带。针对上述改进，组织对操作人员、检查人员进行了专项培训，同时与客户进一步明确了单元制动器在机车上安装时的工艺要求，确保所有措施得到可靠落实。

3  实施效果

通过采取上述措施，单元制动器组装质量的稳定性得到了显著提高。改进后单元制动器出厂前严格进行了灵敏度试验、气密性试验、间隙调整试验、常用行车制动/缓解试验、停放制动/缓解试验、制动效率试验等项目的检测[3]，全部满足试验要求。后续装车使用再未出现由上述原因引发的停放制动缸漏风故障。该型机车用单元制动器的C5修质量得到有效控制，为行车安全提供了有力保障，也为今后类似故障的解决提供了思路。

参考文献：

[1]舒新译，夏寅荪校，[美]空气制动协会编.铁道制动工程设计[J].北京：中国铁道出版社，1986.

[2]胡志军.O′ZBEKISTON型机车单元制动器的技术难点及解决方案[J].电力机车与城轨车辆，2006（3）：32-34.

[3]王国明.某型机车单元制动器闸瓦托转轴螺钉松弛原因分析及改进措施[J].内燃机与配件，2021（5）：129-130.

作者簡介：王国明（1979-），男，吉林舒兰人，中车大连机车车辆有限公司机械装备分厂，高级工程师，工程硕士，研究方向为机械设计及制造。