既有货车换装高摩合成闸瓦方案的制动缸研究

肖维远

（四川制动科技股份有限公司 制动技术研究所，四川眉山620010）

为实现将装用低摩闸瓦转K2、转K4型转向架的既有货车换装高摩合成闸瓦组合式制动梁，有两种方案：第1种方案采用保留356×254制动缸、调整杠杆制动倍率；第2种方案更换加高缸座的254×254制动缸（即254×254G型旋压密封式制动缸）、整车制动倍率不变。同时两级手动空重车调整装置换装KZW-A型空重车自动调整装置。

第2种方案是将制动缸换下，车体附属件不作任何改变，其目的是为防止制动力过大超过车轮与钢轨的黏着力，引起车轮擦伤，而将这些车辆上的356×254制动缸更换为254×254G型旋压密封式制动缸（以下简称254×254G型制动缸）。

1 方案研究

1.1 方案1

更换现254×254制动缸缸座组成，将254×254G型制动缸缸体中心至缸座安装面的距离调整为200 mm。

356×254制动缸缸体中心至缸座安装面的距离为200mm（见图1），254×254制动缸缸体中心至缸座安装面的距离为145mm（见图2）。在车体组装中，为了满足254×254制动缸换装356×254制动缸后，缸体中心在同一垂向高度，254×254G型制动缸是在原254×2 54制动缸的基础上改动了缸座组成，将原制动缸缸座安装面至缸体中心线的高度由145mm加高至200mm（见图3、图4）。

图1 356×254旋压密封式制动缸

图2 254×254旋压密封式制动缸

图3 254×254G型旋压密封式制动缸

图4 254×254G型旋压密封式制动缸缸座组成

1.2 方案2

加装转接座（见图5）

356×254制动缸在装车使用时一般有两种加垫板安装基本方式：配15mm垫木，采用M16×65螺栓；配8mm垫钢板，采用M16×55螺栓。为充分利用原有资源和结合现制动缸组装的情况（由于硬木的物理性质，现装车不再使用，因此，原来使用硬木垫板的用15mm的钢板进行替换），在8mm垫钢板和高55mm转接座之间采用数量为6个的M16×55螺栓连接来实现356×254制动缸换装254×254制动缸。

转接座为厚度为10mm钢板组焊而成，转接座上面为356×254制动缸的6个φ18的安装孔，下面为254×254制动缸的6个φ18的安装孔，质量为14.5kg，带箭头一面与356×254制动缸安装面固定，箭头方向与356×254制动缸活塞杆伸出方向一致。

图5 转接座安装图

图6 加装转接座进行换装制动缸方案图

图6为加转接座换装254×254制动缸后，254×254制动缸与原356×254制动缸的位置关系图。可以看出，在原有垫板的基础上254×254制动缸安装位置比356×254制动缸安装位置低了一个转接座的厚度55mm，接制动缸管的水平位置没变，但横向位置比原356×254制动缸高了15mm。中间安装螺栓中心偏差12.5mm。活塞杆位置缩短了14mm。356×254制动缸标准行程为125mm，254×254制动缸标准行程为155mm，两者相差30mm。换上254×254制动缸后活塞杆行程应增加16mm，需要重新调整闸调器A值。

取下356×254制动缸后，装上转接座后将254×254制动缸安装上如图7所示。

图7 254×254制动缸安装

1.3 方案3

本方案是大缸套小缸方案不改变底架附属件中的制动缸安装座和原空气制动系统中其他装置，保留356×254制动缸的缸体组成和缸座组成，即原356×254制动缸的安装方式，拆除254×254制动缸的缸座组成，然后安装在356×254制动缸的缸体内，将356×254制动缸换装为254×254制动缸，即所谓的“大缸套小缸”（见图8）。该方案增加了序号1轴套，质量为17.2kg（见图9），序号5 254×254制动缸前法兰盘（见图10）的尺寸，增加序号4T型螺栓的长度和增加了一橡胶前盖垫。加长丝堵的长度。

1.4 方案分析

由上面的3个方案介绍可以看出：

方案1简单可靠，只需要把254×254制动缸的缸座组成进行重新设计，以满足车体上制动缸吊座为356×254制动缸的安装接口的要求。

图8 大缸套小缸方案

图9 轴套

图10 254×254制动缸前法兰盘

方案2需要安装转接座，直接安装现有254×254旋压密封式制动缸，充分利用了原有资源，不足之处安装烦琐，需要的安装紧固件多，增加了制动缸脱落的危险。

方案3直接将拆除了缸座组装的254×254制动缸组装在356×254制动缸内，换装简单方便。但成本较高，而且由于356×254制动缸后部的螺堵位置和管接法兰盘位置在垂向方向上与254×254制动缸相差15 mm。为此，要在356×254制动缸缸座组成上进行扩孔才能实现换装254×254制动缸。

综上所述，最终采用第1方案作为设计方案。

2 254×254G型制动缸静强度有限元分析

为了检测254×254G型制动缸缸座相比原254×254制动缸加高后承受重车制动力作用的情况，我们利用NX NASTRAN软件对该缸座进行了有限元分析。在加载600kPa的作用压强下，缸座的最大当量应力只有49.9MPa，小于在该工况下材料的许用应力136 MPa，制动缸组成整体强度满足相关标准的要求。而且和原254×254制动缸进行了对比，原缸座的最大当量应力为70.16MPa，说明254×254G型制动缸缸座的强度得到了加强，完全满足运用要求。

3 试验情况

试验内容包括制动缸缸座组成静强度试验、制动缓解试验、耐久试验。

3.1 制动缸缸座组成静强度试验

制动缸缸座组成试制完成后，装车进行了静强度试验，试验发现：

（1）在重车状态下的制动缸缸座应力值较空车状态的应力值要大。

（2）最大应力出现在重车状态下，座板A2′测点，应力值大小为53.6MPa，远小于制动零件的许用应力136MPa。

3.2 制动缓解试验

由于本次闸瓦压力试验是针对P64C车，其P64C车辆的基本参数为：自重25.56t，载重58t，全车制动倍率10.78。

空车状态下，进行了2次制动缓解试验，重车状态下，进行了3次制动缓解试验，试验表明，制动缓解试验性能正常。

3.3 耐久试验

制动缸组装完成后，对其进行了25万次的耐久试验，结果表明，该制动缸的缸座组成未产生任何变形，焊缝质量良好。

4 换装254×254G制动缸后，对车体制动装置的调整

将356×254制动缸换装成254×254G型制动缸后，须做出如下调整：

（1）为满足254×254G型制动缸的活塞行程在155±10mm（356×254型制动缸活塞行程在125±10 mm），调整闸调器A值。

（2）调整连接制动缸后部的制动支管（在保证制动缸推杆中心一致，制动缸法兰接头中心垂向相差15 mm，法兰安装面纵向相差3mm）。

（3）为防止以后段修时，该批装用低摩闸瓦换装高摩合成闸瓦组合式制动梁的既有货车误装356×254制动缸，在改造时，在该批既有货车上的356×254制动缸吊座下部中心位置焊接一个254×254G型制动缸防误装U形挡。

5 结束语

通过对原254×254制动缸的缸座进行设计的254×254G型制动缸采用254×254制动缸缸体、安装尺寸与356×254制动缸相同，在原车制动缸安装座和制动倍率不变的条件下，满足装用低摩闸瓦转K2、转K4型转向架的既有货车换装高摩合成闸瓦组合式制动梁改造要求，具有改造方便、简单的特点，而且充分考虑了254×254G型制动缸的防误装，不会造成现场254×254G与356×254制动缸使用混乱的问题。