三轴转向架基础制动优化设计

李军君

【摘 要】本文主要介绍了大型养路机械领域广泛使用的物料运输车三轴转向架的基础制动的特点，以及使用过程中存在的问题，并结合三轴转向架的结构特点，对基础制动装置进行了优化设计，从而更好满足物料运输车的使用要求。

【关键词】大型养路机械；物料运输车；三轴转向架；基础制动装置

中图分类号： U270.331 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）06-0005-003

【Abstract】This paper mainly introduces the basic braking characteristics of the three-axle bogies of material transport vehicles widely used in the field of large-scale road maintenance machinery， as well as the problems in the use process， and combines the structural features of the three-axle bogies to the basic braking. The device has been optimized to better meet the requirements of the use of the material carrier.

【Key words】Large-scale road maintenance machinery； Material transport vehicle； Three-axle bogie； Basic braking device

0 概述

近年来，由于铁路事业的蓬勃发展，列车运行速度越来越快，对铁道线路的要求也越来越高。线路的维护和保养也变得越来越机械化，当然这离不开我们的大型养路机械，而作为“物料搬运工”的物料运输车也发挥着不可替代的作用，应用越来越广泛。

WY-100Ⅲ型物料运输车因其作业时装载量较大，同时具有自走行功能，目前使用最为广泛。WY-100Ⅲ型物料运输车使用的是三轴转向架，其运行工况类似铁道货车，空气制动阀采用的是货车上通用的120型制动阀，基础制动装置中使用的是货车通用的L-B型制动梁。在用户的使用过程中一直存在着一些问题，闸瓦偏靠轮缘造成轮缘非正常磨损、制动时制动横梁抖动及手制动链条抖动，有一定的安全隐患。为了解决此问题，因此有必要对基础制动装置进行优化设计。

1 原基础制动

原基础制动装置是在货车基础制动的基础上设计而来，使用的是L-B型制动梁，通过制动杠杆、制动拉杆、制动推杆、销轴及相关附件连接组合而成，并通过固定支座安装于转向架构架上，通过制动缸的驱动作用，能在物料车的运行过程中通过对车轮踏面的作用实现整车的制动和缓解操作。其结构图如下图1所示：

制动时图中杠杆1受左侧拉力，拉着制动梁2朝左方运动直至制动梁2两端的闸瓦贴上车轮踏面，杠杆1继续受左侧拉力，此时下拉杆3会受到朝右方的推力，杠杆4中部为固定支点，所以上拉杆5会受到朝左侧的拉力，并拉着杠杆6朝左侧运动，杠杆6朝左侧运动带着制动梁8运动直至制动梁8两端的闸瓦贴上车轮踏面， 杠杆1继续受拉力，下拉杆7受推力并推着杠杆10朝右侧运动，杠杆10朝右侧运动带着制动梁9运动直至制动梁9两端的闸瓦贴紧对应的车轮踏面，最终实现转向架上所有车轮的制动，由于动作时间短，可看作三对车轮同时实现制动。

由图可以看出，制动梁连接销孔与水平方向存在一定角度，所以制动杠杆均为倾斜安装（如图2），因制动杠杆与制动梁存在一个水平方向夹角，制动杠杆运动过程中带动制动梁有一水平方向的运动。

基础制动装置制动和缓解的过程中，制动梁随着制动杠杆的运动就会出现一定的横向位移。转向架中轮对与构架存在一定的横向间隙，在运行过程中轮对相对构架可以有一定的横向位移，目的是为了更好的通过曲线，所以在过曲线的过程中，必然会出现制动梁与轮对相向运动的情况，从而出现闸瓦偏靠车轮轮缘，发生闸瓦磨耗轮缘，同时基础制动装置无复位装置，闸瓦与轮缘时而接触时而不接触，造成闸瓦的振动，闸瓦的微小振动就会引起连接制动缸的杠杆较大幅度的振动，最终出现制动时制动杠杆和链条的明显抖动。

三轴转向架基础制动比货车多一套制动梁，连杆机构较长，且整套基础制动装置中仅有图1中标识3处有两个固定支点，其余均为活动铰支点，所以在制动和缓解的过程中基础制动装置中零部件均有较大的活动空间，这也进一步造成了制动杠杆的抖动。

2 新基础制动

新的基础制动的设计需要解决原来存在的问题，同时还要满足物料车的制动和缓解要求。结合物料车转向架的结构特点，为了解决制动过程中闸瓦偏靠轮缘的问题，新设计的基础制动装置中制动杠杆垂直安装，从结构上消除了制动梁横向受力，其结构原理图如图3：

如图所示，转臂4、转臂7和转臂9上均有一个固定支点，其余链接处均为活动铰接支点。制动时，制动缸鞲鞴桿伸出通过杠杆1带动拉杆2向左运动：拉杆2向左运动的同时会带动杠杆3和拉板5向左运动，拉板5向左运动会带动杠杆6向左运动，于此同时，拉杆8和转臂7上端会随着杠杆6向左运动，拉杆8向左运动带动转臂9上端向左运动，此时转臂9下端向右运动通过制动梁使III轴闸瓦靠紧III轴车轮实现制动，转臂7上端向左运动的同时其下端向右运动，并通过制动梁使II轴闸瓦靠紧II轴车轮实现制动，II、III轴闸瓦贴紧车轮后，拉板5与杠杆6之间的铰接点变成固定支点，拉杆2继续朝左运动带动转臂4上端向右运动，同时转臂4下端向左运动通过制动梁使I轴闸瓦靠紧I轴车轮实现制动。由于动作时间短，可看作三对车轮同时实现制动。

图中拉杆2和拉杆10安装方向沿钢轨方向垂直车轴，转臂4、转臂7和转臂9动作方向与车轴垂直，同时由于固定支座的作用，防止了制动梁的跳动和左右位移，动作时作用到制动梁上无沿枕木方向分力，不会造成制动时闸瓦偏向一侧轮缘，三对车轮闸瓦动作的先后顺序也不会影响结果。同时在转臂处加装扭力弹簧，使缓解状态下的制动梁能具有一定的复位功能，从而使闸瓦能离开车轮踏面。

根据转向架的结构特点及安装空间设计出的新的基础制动装置制动倍率为7.41，制动倍率计算如下：

如图4，轴1、轴2、轴3指的是转向架中的三根车轴，图中上半部分是三个转臂的截面图，下半部分是转臂之间的拉杆连接图。

设转向架原始输入力为F，轴1的闸瓦压力总和为F轴1，根据力学关系有：

F轴1=L5×F×L1÷L2÷L6

（L5=395，L1=335，L2=335，L6=160）

F轴1=395×F×335÷335÷160

F轴1=2.47F

轴1的制动倍率β1=F轴1÷F=2.47

依次类推，

F轴2 = L5×F×L3÷L4÷L6

（L5=395，L3=327，L4=327，L6=160）

F轴2 = 395×F×327÷327÷160

F轴2 =2.47F

轴2的制动倍率β2= F轴2÷F=2.47

F轴3 = L5×F2÷L6

（L5=395，F2=F，L6=160）

F轴3 = 395×F×÷160

F轴3 =2.47F

轴3的制动倍率β3= F轴3÷F=2.47

基础制动倍率为β=β1+β2+β3=7.41

新设计的基础制动三维结构图如图5所示，制动梁是在原L-B型制动梁的基础上通过将中间立柱的销孔由倾斜更改为水平，制动梁根据安装于支座上的转臂的运动来动作从而实现闸瓦压紧和离开车轮踏面。

当转臂在支座内位于居中状态时，转臂在支座内有一定的横向移动空间，为单边7.5mm（如图6），制动梁与转臂连接处也有一定的横向间隙，单边为2mm，所以制动梁相对与支座横向移动间隙为单边9.5mm。而当轮对和制动梁均为居中状态时，闸瓦侧面距离轮缘为单边9mm，轴箱横向间隙最大为24mm，即单边最大为12mm，车轮横向移动到最大位置时，制动梁单边9.5mm的横移量和闸瓦距轮缘单边9mm的间隙可保证转臂与支座处无横向的相互作用力（9.5+9>12），即转臂支座处无非正常受力，所以满足使用要求。

1—杠杆1；2—拉杆8；3—转臂9；

4—固定支座；5—III轴制动梁。

图5 基础制动装置三维结构图

1—闸瓦与轮缘单边9mm；2—转臂与支座单边7.5mm；

3—制动梁与转臂连接处单边2mm。

图6 转臂、组合制动梁与轮对位置图

新设计的基础制动需满足物料车整车制动力的要求，原基础制动单转向架的基础制动倍率为10，在保证整车制动性能的情况下需要通过杠杆1来进行制动倍率的调整，得出杠杆1处的放大倍率为10/7.41=1.35才能满足使用要求，然后根据制动杠杆1的安装要求来进行制动缸和制动杠杆安装座的定位设计。

由于基础制动装置拉杆位置较高，已经高过齿轮箱悬吊横梁（如图11），所以齿轮箱悬吊横梁上需增加一个托架（如图12），以便拉杆一端出現掉落时起到一定的安全防护作用。

新设计的基础制动需要满足液压制动和手制动的安装，所以液压油缸及手制动机与基础制动的接口处有相应的变化，此处不作详述。

3 装车试验

新设计的基础制动装置进行了一台车的装车试验，并对整车进行了连挂的空载和重载试验，试验过程中物料车均由一台轨道车进行牵引，车辆运行中速度达到60km/h时进行制动、缓解操作，然后制动直至停车，试验6次，过程中使用视频装置对闸瓦处和制动杠杆处进行了监控。试验前在闸瓦靠轮缘侧边刷红色油漆，以便试验后验证效果。

通过现场观察和后期视频观察分析，试验过程中未出现制动杠杆抖动现象，闸瓦无偏磨痕迹。

4 结论

新设计的转向架基础制动装置能较好解决制动和缓解时闸瓦偏靠轮缘的问题，以及伴生的制动杠杆抖动相关问题，同时通过相关计算可知，制动倍率也能满足原整车的设计要求，安装中各处间隙亦能满足使用要求，无干涉存在。

后期装车试验情况良好，使用过程中未出现闸瓦偏靠轮缘及制动杠杆抖动的现象，说明设计合理，满足使用要求，设计思路在以后的基础制动设计中值得借鉴。

【参考文献】

[1]大型养路机械YZ-1型制动机，毛必显，北京，中国铁道出版社，2000.

[2]列车制动，饶忠，北京，中国铁道出版社，1998.