HXD1D型机车制动盘擦伤故障原因分析及解决措施

谢小军

(徐州机务段技术科 江苏 徐州 221007)

HXD1D型机车制动盘擦伤故障原因分析及解决措施

谢小军

(徐州机务段技术科 江苏 徐州 221007)

对HXD1D型机车制动盘擦伤惯性故障的原因进行了分析，并提出了解决措施。

HXD1D型机车；制动盘；擦伤；限位环；闸片

HXD1D型机车是在HXD1B、HXD1C型机车的基础上，按照模块化、标准化、系列化的设计要求，我国自主研制的干线铁路时速160 km、7 200 kW交流传动大功率客运电力机车，目前已大量配属上海、兰州、西安、郑州和武汉等铁路局，是目前承担客运牵引任务的主力机型之一。HXD1D型机车自投入使用以来，频繁发生走行部制动盘与制动闸片接磨擦伤故障，是一直困扰运输单位的惯性问题，不但干扰铁路运输秩序，而且给机车运行安全带来较大隐患。针对该问题，虽然各机务段及厂方开展了大量质量控制工作，但均未彻底解决，问题依然发生。找出故障原因，消除源头隐患尤为迫切。

1 故障情况统计

2015年3月，徐州机务段配属了10台HXD1D型机车，上线运用后不久，便发现机车制动盘表面均有不同程度的圆周形擦伤，在后续的机车运用中，此类故障频繁发生。期间虽然采取了非常规手段强化控制，对入库机车趟趟拆检闸片、测量闸片间隙，但问题依然发生。至2015年底，发生制动盘擦伤故障近百余件，其中因制动盘与闸片摩擦冒火星而非正常停车5件，构成机破事故2件，给机车运用安全及运输秩序带来严重影响。

2015年3月19日、6月26日，HXD1D288号、HXD1D282号机车运行途中左5轮外侧制动盘冒火星，发生制动盘擦伤故障(见图1)，构成机破。现场检查发现，HXD1D288号机车左5外侧制动盘擦伤拉伤深度约0.4 mm，宽度约2 mm，HXD1D282号机车左5外侧制动盘擦伤拉伤深度约1.27 mm，宽度约27 mm。拆检闸片，发现制动盘与闸片间均镶嵌金属物(见图2)，测量2台机车的闸片与制动盘间隙，双侧间隙均为2 mm，单侧间隙为1 mm，闸片有不同程度的擦伤、剥离现象。

图1 制动盘擦伤图2 金属镶嵌物

2 HXD1D型机车基础制动装置结构及原理

(1)基础制动装置结构

目前，铁路机车基础制动装置主要有盘形制动和踏面制动2种。由于盘形摩擦因数稳定，制动功率大，热负荷和热损伤小[1]，大大提高了机车运行品质和安全性，因此成为目前大功率电力机车摩擦制动的主导方式。HXD1D型机车基础制动装置采用轮装盘形制动方式，每条轮对采用独立制动夹钳，每个转向架共6个制动夹钳，如图3所示。

图3 制动夹钳位置分布图

HXD1D型机车基础制动装置由制动盘(见图4)、制动缸、制动夹钳和闸片等组成，制动盘通过一组周向分布的高强度螺栓和键，按一定的扭矩要求紧固在车轮上。闸片由17块空心摩擦块、闸片安装托板及固定螺栓、弹簧卡子组成。

当机车采取空气制动时，制动单元得到压缩空气，通过制动缸活塞推动制动夹钳，经中间杠杆，使闸片将压力作用到安装在车轮辐板的制动盘上，闸片与制动盘间产生摩擦，消耗功率，将动能转化为摩擦热能散发掉，从而使机车达到减速或停车的目的。

图4 制动盘结构图

(2)制动盘与闸片设计参数

HXD1D型机车制动盘为铸钢盘，闸片采用的摩擦材料是以铜基合金为基体材质，添加摩擦组元和润滑组元，用粉末冶金技术制成。新造出厂的HXD1D型机车闸片与制动盘单侧间隙为1～2 mm，双侧间隙为2～4 mm。从实际运用情况看，设计间隙偏小，导致制动盘擦伤问题多发。

3 制动盘擦伤故障原因分析

(1)机车乘务员操纵情况排查。《铁路机车操作规程》规定：牵引旅客列车运行途中实施常用制动时，采取自动制动阀减压，单独制动阀缓解，列车制动，机车呈缓解状态。对发生制动盘擦伤故障的机车LKJ数据进行分析，列车运行途中，不存在机车制动缸带压力运行的情况，也就是说，排除机车乘务员操纵不当造成闸片接磨制动盘的问题。

(2)制动夹钳设计缺陷。经与中车株洲电力机车有限公司、克诺尔公司共同对故障机车基础制动装置进行现场检查测量，HXD1D型机车制动闸片与制动盘双侧间隙为2～4 mm，单侧间隙为1～2 mm，测量其他HXD1D型机车，间隙相同。该间隙本身设计偏小，而转向架与车体有3.3°的回转角，加之轮对本身也有一定的横动量，在机车通过轨道曲线时，轮对与构架间会产生一定角度的回转角和横向位移。由于制动夹钳安装在构架上，制动盘安装在轮对上，此时闸片相对制动盘也产生了相应的位移和偏转，制动盘与闸片间隙进一步减小甚至接触，且构成一定的夹角(非平行面)，造成闸片局部与制动盘摩擦。这种非正常的局部接触(甚至是点接触)，摩擦产生的热量不易快速扩散和对流，导致制动盘和闸片接触部位温度急剧升高，在制动盘和闸片内部产生热应力，继而产生裂纹，在摩擦力作用下闸片和制动盘材质发生热熔剥离。剥离后金属材质夹在闸片和制动盘之间，进一步加剧制动盘擦伤，甚至使机车抱闸。因HXD1D型机车是按准高速(160 km/h)设计的，日常主要担当直达特快客运列车牵引任务，运行速度高，过曲线时产生较大的转动惯量，更易造成闸片与制动盘摩擦损伤。

(3)闸片间隙不均，与制动盘接磨。通过测量，发现制动夹钳吊座偏离中心4 mm(见图5)。在机车制动缓解动作中，夹钳制动吊杆易向轮轴侧发生滑动偏移，导致吊杆在夹钳缓解状态下处于非垂直状态，在吊杆与闸片托之间产生抗劲扭力，造成闸片、制动盘间存在夹角(非平行面)，闸片上部与制动盘始终处于接磨状态，机车长期运行后发生摩擦损伤制动盘。另外，HXD1D型机车制动夹钳在缓解的自由状态下，闸片上部与制动盘间的上、下间隙不均，特别是闸片上部与制动盘接磨问题比较普遍。

图5 吊挂座偏离中心

(4)HXD1D型机车制动夹钳闸片由17块六棱形小闸片组合而成，每块小闸片中间为空心，机车运行中制动盘或闸片一旦发生材质剥离，易造成金属堆积，导致机车制动盘片接磨。

(5)制动夹钳销轴油润保养不良因素的影响。HXD1D型机车制动夹钳通过吊杆的上销轴、下销轴、制动杠杆的长销轴、中间轴及销套等部件传递制动力，为基础制动装置的关键活动关节，若以上部位油润保养不良会造成卡滞，导致缓解不灵活，在机车实施缓解时，夹钳复位不到位，闸片贴轮，造成制动盘擦伤。

4 解决措施

(1)更换使用大间隙制动夹钳。2015年5月，会同厂方人员对徐州机务段的HXD1D281号、HXD1D288号机车试装了大间隙制动夹钳，新制动夹钳闸片与制动盘双侧间隙由原设计的2～4 mm调整到2～6 mm，组装后测量闸片与制动盘实际间隙，HXD1D281号机车双侧间隙为5.0～5.5 mm,HXD1D288号机车闸片双侧间隙为4.0～4.65 mm，符合新设计间隙范围要求。为验证改造效果，机车每次入库均对闸片间隙进行测量，对闸片拆解检查，通过一个月的跟踪检查，运行状态良好，未再出现制动盘擦伤故障。同年7月底，徐州机务段配属的其他HXD1D型机车大间隙夹钳改造工作全部完成，实施改造后，机车未再发生制动盘擦伤故障，从源头解决了制动盘擦伤的主要隐患。

(2)增加限位环，保证夹钳吊杆处于中心位置。因为吊座偏离中心4 mm，为保证夹钳吊杆处于中心位置，在HXD1D281号、HXD1D288号机车夹钳吊杆上销轴加装了2个不对称限位卡环(见图6)，宽度分别为13 mm(轮轴侧)和5 mm(制动夹钳单元侧)，采取此种方法，一方面对吊座偏离中心问题进行纠正，另一方面，有效减小夹钳吊杆的窜动量，可保证下面吊耳偏离中心位置小于3.5 mm。另外，为增加吊杆的动作灵活性，更换使用小直径吊杆上销轴(由ø22b9改为ø22a11)。经过一个月的跟踪检查，运行状态良好，随后对其他机车逐台进行了改造。

图6 加装改造限位卡环和销轴后的吊杆装置

(3)更换使用实心制动闸片。将空心制动闸片更换为整体实心闸片，有利于排出闸片与制动盘摩擦产生的金属碎屑，降低故障隐患。

(4)油润保养。为确保HXD1D型机车制动夹钳销轴、销套的灵活性，每次修程及出入库，对制动夹钳各销轴、销套进行细密给油，防止销轴干磨卡滞。给油位置：夹钳吊杆的上轴、下轴，制动杠杆的长销轴上、下端的销套，制动杠杆的中间轴上、下端共6个位置。

5 结束语

通过加装改造和一系列措施， HXD1D型机车制动盘擦伤惯性故障得到有效治理，从源头消除了故障隐患。但后续新出厂的HXD1D型机车由于厂方仍采用了原设计制动夹钳构造，上线后制动盘擦伤问题依然发生，为此，应采取以下方法加强日常基础制动装置的检查：

(1)在基础制动装置完全缓解的状态下，确认制动夹钳单元、左右两侧均存在闸片间隙，晃动制动杠杆，制动夹钳应活动灵活；拉动制动杠杆，使另一侧闸片紧贴制动盘，采用通规对闸片与制动盘间隙进行检测，通规厚度 2 mm，止规厚度4 mm(改造后的机车使用6 mm止规)，手推塞尺向上划过制动盘与闸片之间的间隙，通规通过，止规不能通过，闸片间隙则符合技术要求；

(2)若用力拉动制动杠杆，另一侧闸片不能紧贴制动盘时，应查找制动销杆固死的原因并处理；

(3)更新或调大间隙的闸片，应进行至少3次制动与缓解，确保制动夹钳单元间隙不再调整后，按第1步要求测量间隙，应符合技术要求；

(4)途中发生闸片与制动盘接磨时，必须立即停车，机车乘务员在确认机车缓解(制动缸无风压)后，晃动制动夹钳，确认是否活动灵活，并使用1.5 mm通规检测(配在随车工具箱内)，若通规通过，可维持运用。若镶嵌异物，使用扳手将闸片间隙调整螺母顺时针方向旋转2/3圈，使闸片与制动盘间隙变大，清理异物后(因HXD1D型机车基础制动装置具有闸片间隙自动调整功能，间隙调整螺母松开后，不需要人为进行恢复)，进行制动缓解试验，正常后维持运行。

[1] 钱坤才，郭立宾，黄 彪.大功率机车制动盘和闸片的研究[J].现代铸铁，2012(5)：69-73.□

(编辑：林素珍)

2095-5251(2016)05-0043-03

2016-03-07

谢小军(1976-)，男，本科学历， 工程师， 从事机车检修技术管理工作。

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