铁路车辆制动缸活塞的密封与润滑分析研究

刘小兵

摘要：本文首先介绍了铁路车辆旋压密封式制动缸存在的漏泄问题，紧接着介绍了双密封主动润滑制动缸活塞的组成部分、工作原理及试验验证情况。

关键词：铁路车辆;制动缸活塞;密封;润滑

近年来，我国经济建设取得了巨大的进步，各地的建设热情日益高涨，需要的建设物资随之也大为提高。铁路车辆货物运输作为物资运输的一个重要途径，在整个运输领域中占有重要的地位，发挥着越来越重要的作用，并越来越受到人们的关注。

随着铁路车辆设备的不断更新、新技术的大量应用，铁路车辆的运力和速度都比以前有了较大提升，这无疑对车辆的制动性能提出了更高要求。综观现状，铁路车辆制动技术仍然存在不完善的地方，制动故障频繁发生，干扰了铁路车辆运输的正常秩序。

制动系统是铁路车辆的一个重要组成部分，关系到列车运行的速度和牵引的重量等关键指标，更是直接影响着车辆运行的性能和安全。而制动缸又是铁路车辆制动系统中一个非常重要的组成部分，对于保证车辆安全停留和运行等方面起着十分关键的作用。

铁路车辆制动缸属于单作用式气缸，是铁路车辆实施车辆制动的重要动力装置，在运行阶段能将压缩空气基本压力转化为制动缸活塞的重要推力。制动缸应用价值较高，对车辆稳定运行会产生较大影响，是保证铁路车辆安全运行的重要部件。

当前铁路车辆制动缸大多采用的是旋压密封式制动缸，在车辆长时间行运行过程中，该类型制动缸常发生漏泄故障。拆开漏泄故障的制动缸，发现制动缸内壁底端积存了大量的润滑脂，而制动缸内上部缺润，部分密封圈磨损严重，缸壁腐蚀严重。

一、旋压密封式制动缸产品结构

旋压密封式制动缸活塞主要是选用活塞膜片或是Y型密封圈进行有效密封，通过在制动缸内壁涂抹适量润滑脂或是在活塞体中安装润滑套进行润滑。此类制动缸在运行时，活塞会产生往复运动，进而将缸壁上的润滑脂分别挤到制动缸的前后端。随着温度的不断上升，缸体内部润滑脂粘度会发生相应变化，在重力作用影响下会逐步落到缸体底部位置。

活塞在运动过程中，密封圈和制动缸内部油脂量不足，在润滑不均匀的情况下磨损加重。当前大多数制动缸缸体材质为碳素钢，如果缸体内壁油量不足，很容易产生锈蚀。活塞的材质一般为铸铁，其质量较大，受重力影响，会对密封圈下部形成较大压力，从而使其会发生变形。此外，在活塞中未设置导向带，铸铁活塞与缸壁直接接触较为明显，有时会拉伤缸体内壁。铸铁活塞容易锈蚀，这会对缸体内部环境造成不同程度的污染，从而导致润滑脂污染。缸体润滑脂受到污染之后，密封圈磨损问题会进一步加重，当密封圈磨损程度加重，制动缸在运行中会发生压力空气泄漏问题，对车辆基本制动性会产生较大影响[1]。

为了保障密封圈在高低温状态下都能获取有效润滑，提升制动缸运行稳定性，可以合理应用铝合金活塞与密封、润滑技术，对原有的铁路车辆制动缸进行创新。比如新研制的双密封主动润滑制动缸，其基本构成与旋压密封式制动缸相同，只是将原有的密封制动缸活塞更新为双密封主动润滑活塞，在活塞体中选取能预存润滑脂的活塞体，应用多级别密封圈在工作面上封存润滑脂[2]。

二、双密封主动润滑制动缸活塞组成结构及工作原理

1.双密封主动润滑活塞组成结构

双密封主动润滑活塞主要由活塞杆、活塞体、前密封圈、隔环、导向带、后密封圈、润滑脂活塞、O型密封圈、压板、润滑脂、螺钉等部分构成。其中活塞体周向均匀设置了多个贮油腔，能储存润滑脂。在活塞体外径面，按照规范顺序套设密封圈、隔环以及前密封圈。在隔环侧面等位置设置导油槽，隔环的外部设有润滑导向带，用于减小活塞组成的运动阻力。前密封圈为主要密封圈，采用既有Y型密封圈的结构，其宽度较原Y型密封圈有所减小，旨在减少密封圈与缸壁的正压力，减小密封圈磨耗。后密封圈的主要作用是为了有效密封油脂，当前密封圈失效时也可以密封压力空气。在活塞体各个径面与贮油腔中要布设输油孔，使得润滑脂能通过孔洞流向導油槽，从而使得润滑作用更加突出[3]。活塞体左侧与不同贮油腔之间设有润滑脂活塞，活塞外侧设有用于拆卸的凸台，润滑脂活塞在制动缸压力作用下，能推动各贮油腔内的润滑脂对前后密封圈之间损耗的润滑脂进行补充。润滑脂活塞装有O型密封圈，此密封圈能阻隔空气进入贮油腔。在活塞体端面安装相应的压板，压板可以对密封圈、隔环、润滑脂活塞起到限位控制作用。活塞体大多选用质量轻、强度高铝合金材料，通过降低活塞体质量，从而减小对于导向带、缸壁的正压力，降低活塞运行阻力，提高导向带的耐用度。此外，铝合金材料不易生锈，这在一定程度上也避免缸内环境的污染[4]。

2.工作原理

在制动缸组装过程中，在润滑活塞前密封圈、导向带、隔环、后密封圈以及贮油腔填充润滑脂。在制动缸运行过程中，产生的压力空气作用于活塞构成端面，从而推动润滑脂活塞挤压贮油腔内的润滑脂。如果密封圈、导向带、后密封圈等位置润滑脂大量减少，制动缸中还存有部分压力空气，润滑脂活塞受到压力空气的推动影响，活塞中的润滑油脂也会进行有效补充。

铁路车辆段对制动缸进行维修时，当掌握制动缸稳定运行状态后，技术人员只需补充润滑脂即可。在两级密封圈之间的润滑脂具有十分重要的作用，可较好地解决制动缸润滑脂容易堆积到制动缸两端的问题。

三、样机试验及试验验证

为了对双密封主动润滑塞组成与制动缸技术性能进行合理验证，要在试验制作基础上对产品结构设计以及各类材料应用进行合理优化，对活塞体材料应用性能进行全面验证。从各项结果来看，产品零部件生产制造以及装配工艺水平较高。

1.模拟密封失效气密性试验

双密封主动润滑活塞组成可能发生漏泄的部位分别为前密封圈、O型密封圈、后密封圈以及油杯。未验证密封部位失效后的可靠性，分别对前密封圈失效、O型密封圈失效、后密封圈失效、油杯单向密封失效进行了模拟试验。从试验结果来看，当密封圈与油杯任一位置发生漏泄时，制动缸都不会产生漏泄，也不会影响制动缸的基本性能，但是影响其主动润滑性能[5]。

为了验证双密封主动润滑活塞两个密封部位失效后的可靠性，又分别模拟了前密封圈、O型密封圈同时失效试验，后密封圈失效、油杯单向密封同时失效试验。从试验结果来看，前密封圈、O型密封圈同时失效，后密封圈失效、油杯单向密封同时失效时，制动缸都没有发生漏泄，制动缸工作性能也没有受到影响，但是影响了主动润滑性能[6]。

2.模拟高温环境试验

为了对前后密封圈受到高温液化之后的润滑剂密封性能进行判定，开展了模拟高温环境试验，分解后检查活塞基本密封情况。从试验中能看出，在高温运行状态下，润滑脂会被完全液化，但是润滑脂依然能得到良好的密封而不流失，保证对制动缸密封圈具有良好的润滑效果。

3.模拟冲击性能循环试验

此外，还要对制动缸基本运行工况进行模拟，在制动缸试验台上开展多次的冲击性能循环试验，以检验活塞体的抗冲击性能。試验结果证明出，各类品牌的活塞体质量较好，在试验过程中并未出现活塞体材料结构裂纹或剥离的情况，能满足制动缸可靠性的要求。

在铁路运输向着运力提升、运速提高方向发展的今天，铁路车辆的制动性对于运输的安全性至关重要。随着科技的发展，近年来，我国铁路车辆制动技术取得了长足的进步，但仍然存在一些问题，制动故障时有发生。制动缸作为铁路车辆制动系统的重要组成部分，其研究也受到了业内人士的普遍关注。鉴于此，本文对既有铁路车辆旋压密封式制动缸存在的漏泄问题进行了分析，介绍了最新研制的双密封主动润滑活塞组成及制动缸的结构、工作原理、试制及试验验证情况。

结果发现，双密封主动润滑剂制动缸可有效解决既有制动缸缸壁油脂缺失问题，避免制动缸润滑脂堆积到制动缸的两端。相较于之前的铸铁活塞，双密封主动润滑制动缸活塞采用铝合金材料，可有效减少密封圈和导向带的磨损，避免铸铁活塞锈蚀对缸体内部造成的环境污染。此外，双密封主动润滑制动缸除活塞外，其余零部件与既有制动缸完全相同，由此不难看出，双密封主动润滑活塞既可以用于制造新的制动缸，也可以用于对既有车辆制动进行技术升级，适用范围更广。※

参考文献：

[1] 陈时虎，于建刚.双密封主动润滑活塞组成及制动缸的研制[J].铁道机车车辆，2015（4）：67-70.

[2] 刘伟.旋压密封式制动缸低温性能试验失效分析[J].中国机械，2014（4）：81-82.

[3] 刘毅，辛民，李果等.LBC-1型主动润滑式密封制动缸活塞转动影响因素[J].铁道机车车辆，2017（2）：53-56，120.

[4] 刘植强，曾小星，顾飚等.厂修货车转向架调整中（下）拉杆孔距以适应制动缸活塞行程问题的探讨[J].铁道车辆，2011（4）：35-38.

[5] 吴国才.拆卸装载机制动缸活塞的可靠方法[J].工程机械与维修，2012（2）：151.

[6] 付心民.密封式制动缸活塞皮碗脱落原因分析及防止措施[J].铁道机车车辆工人，2010（11）：16-18.