双侧单元制动装置的设计研究

刘科麟 高 锋

(中车大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116021)



双侧单元制动装置的设计研究

刘科麟 高 锋

(中车大连机车车辆有限公司 辽宁 大连 116021)

介绍了装用径向转向架机车双侧单元制动装置的结构和设计思路、主要性能参数，可为后续开发提供参考。

径向转向架；制动单元；闸瓦

1 技术调查和方案论证

结合径向转向架的特点，将制动单元设计成双侧闸瓦制动，制动部分分别由主动制动器和被动制动器组成[1]。主动制动器由制动缸、闸瓦间隙调整器、闸瓦托等组成，并具有自身提供制动力，对闸瓦与踏面因磨损而增大的间隙自动进行补偿等普通制动单元的一切功能，而且还有带弹簧停车和不带弹簧停车2种类型；被动制动器由平衡杠杆装置、制动拉杆和带手动调整机构的闸瓦托装置所组成(见图1)。主动制动器和被动制动器分别吊挂在轮对构架的两侧，并由柔性平衡杆机构和制动拉杆将其连接为一个整体，浮动悬挂在构架上。转向架在弯道上产生径向作用时，车轮产生纵向偏移，当偏移量大于闸瓦间隙时，车轮推动闸瓦带动整个制动机构随车轮移动，不妨碍轮对达到应占有的径向位置。平衡杆可使主、被动制动器动作同步，亦可使主、被动侧踏面和闸瓦因磨损而增大了的间隙由主动制动器的闸调器自动予以补偿，另外还可保证轮对两侧闸瓦偏磨或在弯道上轮对产生径向作用进行一次制动和缓解后，两侧闸瓦间隙基本保持一致。被动侧的制动力则由制动拉杆传递。整个制动过程具有平稳可靠，轮对受力状况好，制动距离短，轮缘和踏面磨耗小等一系列优点。

图1 双侧单元制动

2 设计思路

2.1 总体设计

首先按照上述方案进行总体结构设计。整个机构由主动制动器、被动制动器、平衡杆机构和制动拉杆4部分组成。主动制动器由1个吊点吊挂在轮对一侧的构架上；被动制动器由2个吊点吊挂在轮对另一侧的构架上；平衡杆一端与主动制动器的制动螺杆和闸瓦托铰接，另一端与被动制动器的平衡杠杆装置铰接，而平衡杠杆又与被动侧闸瓦托同步动作；制动拉杆的两端分别与主动和被动制动器铰接，从而使这些运动构件组成闭式运动链。图2所示为去掉了主、被动闸瓦托的机构运动简图，整个机构由9个构件组成，每个构件都由铰组成转动副，图中构件6、7、8组成复合铰，相当于2个转动副。因此，整个机构共由13个低副构成3对9个构件的约束，共有1个自由度。根据机构运动的原理，机构具有确定运动的条件是：机构的原动件数应等于机构的自由度数。该机构在制动时，其原动件是制动杠杆(主动制动器)，而当轮对占据径向位置，偏移量大于闸瓦间隙时，在轮对的推动下则图中的构件4或8为原动件，因此无论是哪种情况该机构都有确定的运动，机构的总体设计理论上是合理的。

1—制动杠杆(主动制动器)；2—制动拉杆；3—制动杠杆(被动制动器)；4—手动调节器；5—平衡杠杆；6—平衡杆机构；7—复位吊杆；8—带制动螺杆的闸调器；9—箱体。图2 机构分析图

2.2 零部件设计

2.2.1 主动制动器设计

主动制动器分带弹簧停车和不带弹簧停车2种类型，带弹簧停车的主动制动器与其他构件组成SZD-1型制动单元；不带弹簧停车的主动制动器则与其他构件组成SZD-2型制动单元。虽然分为2种型号，但除了制动杠杆、箱体不同和是否带弹簧停车装置外，其余零部件基本一样，大多数零件可通用、互换。

装用径向转向架机车的设计速度为100 km/h，要求在450 kPa风压紧急制动时，制动距离不超过800 m。采用铸铁闸瓦，双侧制动，将制动缸直径设计为203.2 mm，皮碗采用L型和K型相结合的整体皮碗，不仅拆装方便、快捷，而且密封性好，寿命较长。闸瓦间隙调整器也是采用不自锁螺杆并配备前、后调整螺母设计的。其一端与制动杠杆铰接，另一端是其内部的制动螺杆，头部与闸瓦托和复位吊杆铰接在一起。该制动单元两侧闸瓦间隙总和是由限位拨叉槽宽与闸调器转动套上凸台厚度的差所决定的(见图3)。

1—限位拨叉；2—闸调器转动套；x—闸瓦与踏面设计间隙(双侧)。图3 闸调器

2.2.2 被动制动器和制动拉杆的设计

被动制动器的制动杠杆如图4所示，设计为对称的分体式。其上端吊挂在转向架的构架上，中间铰接在手动调整机构的尾部两侧，下端与制动拉杆相铰接，在其中下部由连接板将其分开的两部分用螺栓连接为一个牢固的整体。平衡杆装置设计为非对称的内、外侧2个杠杆，外侧杠杆为3个铰接点，其上端与平衡杆机构的关节轴承相铰接，中间与内侧杠杆的上端都与构架相铰接，内、外侧杠杆的下端与闸瓦托和手动调整机构前端相铰接，手动调整机构是由普通螺纹等构成的。设计手动调整机构就是要求在闸瓦磨损或修轮后，应尽可能先用被动侧的手动调整机构将闸瓦调整到其初始位置，而减少主动制动器制动螺杆的伸出量。2根制动拉杆的另一端通过平衡块与主动制动器底部铰接，同时还分别通过螺栓与平衡块紧固为一体。这不仅可使它们与主动制动器完全保持同步，而且一旦有一根制动拉杆出现意外事故需要卸掉，另一根制动拉杆也能保证制动器正常使用，不会影响机车运行。

图4 被动制动器和制动拉杆

2.2.3 闸瓦托的设计

闸瓦托与制动器的连接设计是整个机构设计中的最大难题。在对总体机构运动简图进行分析时去掉了主、被动侧的闸瓦托。整个机构的自由度为1，具有确定的运动，也就是说若闸瓦托与主、被动制动器进行刚性连接，则整个机构的自由度仍为1，但在对机构运动简图进行计算机动态模拟时发现，几种情况下与闸瓦托相连的螺杆摆角在1°～1.6°之间变化，且其方向也不同。闸瓦托与制动器采用铰接，然而铰接必须要有足够的刚性，以免机车运行时在各种力的作用下闸瓦托绕铰转动而接触轮对踏面。目前，采用聚氨酯作弹性联轴节，同时设计了一套手动调整机构可保证正常使用。

3 主要性能参数

经过近一年的努力终于初步完成了图纸设计并与装用径向转向架的机车一起通过了工厂设计评审，根据评审提出的问题以及机务段对机车转向架结构尺寸提出的限制要求，又对制动器进行了改进，最终产品经过Pro/E建模如图1所示。其主要性能参数如下：制动缸常用制动压力为350 kPa；常用制动闸瓦每侧最大压力为31.9 kN；紧急制动闸瓦每侧最大制动压力为41.8kN；弹簧停车闸瓦每侧压力为15 kN；最大制动行程为21.6 mm。

4 结论

双侧闸瓦制动单元经过几年的不断改进，其质量得到很大提高。段中运行试验表明它能够满足轮对在径向位置时正常运行，在弯道上制动后无误动作，在铁路正线上闸瓦间隙均匀，能够满足铁路运用要求，基本达到了预期目的和设计任务书的各项要求。这种结构可保证在任何情况下，两侧闸瓦间隙始终保持一致，具有进一步的开发潜力。

[1] 铁路机车车辆科技手册编委会.铁路机车车辆科技手册[M].北京:中国铁道出版社,2000.□

(编辑：李琳琳)

2095-5251(2016)04-0015-02

2016-01-04

刘科麟(1982-)，男，本科学历，工程师，从事整车及单元制动装置售后服务管理工作。

U270.35

B