铁路工程车辆单元制动器结构与故障原因分析

张上圣

摘  要：文章讲述了地铁工程车采用的单元制动器结构及常见故障，结合多年工作经验，针对单元制动器故障进行分析并提出有效的处理方法，旨在总结及提出工程车车辆单元制动器故障的科学处理方法及思路。

关键词：地铁工程车;单元制动器;结构与故障分析

一、概述

为了适应城市轨道交通及大中型养路机械、设备检测系列工程车的速度与载重的需求，提高铁路机车车辆的技术装备水平。目前，各类工程车辆的制动装置普遍采用单元制动器，它是集制动缸、间隙调整器、力的放大机构为一体的装置，有重量轻、制动载荷分布均匀、平衡转向架动力学性能、维护量少等特点。

目前，国内城市轨道交通工程车辆与大中型养路机械、设备检测系列的工程车应用较多的单元制动器型号有：四川江山铁路配件公司的JSP型、铁科院车辆研究所的XFD型以及株洲九方制动设备公司的JDYZ型等。各类单元制动器虽然各有特点，但是结构原理、保养方法基本相同，本文以JSP-2型（带停放制动）的单元制动器为例进行介绍。

二、单元制动器的结构与原理

1.单元制动器的结构

单元制动器结构由缸体1、制动皮碗及楔角机构2、塔式复原弹簧3、固定轴承4、滚动轴承5、间隙调整器6、调整螺杆7、小调整螺杆8、停车制动主弹簧9、停车制动皮碗10、调整螺母11、手动缓解装置12、中间隔板13、棘轮机构14、调整六方15组成。

2.单元制动器的工作原理

JSP-2型单元制动器的动作原理分为两个部分，一个是停放制动功能的制动与缓解;另一个部分是常用制动的制动施加与缓解。主要原理都是通过压力空气对单元制动器的充风与排风，控制两部分功能的制动与缓解。不同的是，停放制动的施加并不需要充风，而缓解是需要充风的。

1）常用制动

压缩空气经P口进入制动缸缸体，制动缸皮碗在压力空气的作用下通过楔角机构克服弹簧力下移，推动滚动轴承向前移动，与此同时间隙调整器前移，从而推出调整螺杆带动闸瓦托、闸瓦压紧车轮踏面，实现车辆的制动功能，如图1所示。

2）常用制动缓解

制动缸压缩空气从P口排出，制动皮碗及楔角机构在复原弹簧的弹簧力作用下上移，带动滚动轴承和间隙调整器、调整螺杆后退，从而实现了车辆的缓解。

3）停放制动

机车停放制动时，中间隔板与上部皮碗之间压缩空气排出，单元制动器上部的皮碗在主弹簧作用力下迅速下移，同时带动小调整螺杆下移，小调整螺经过中间隔板的通孔推动制动皮碗及楔角机构克服弹簧力下移，从而能在无风压的情况下产生停放制动作用，如图3所示。

4）停放制动空气缓解

总风缸压力空气进入停车制动皮碗下方，当压力值达到450kPa以上时，推动皮碗和主弹簧向上移动，从而带动小调整螺杆上移，实现了车辆停放制动的缓解。如图2所示。

5）停放制动手动缓解

用专用工具拉动手动缓解销，调整螺母和棘轮装置在停放制动主弹簧的作用下快速旋转，迫使停放制动主弹簧和皮碗下移至上缸体的最底端，同时由于调整螺母的快速旋转，小调整螺杆迅速上移至上缸体的顶端，实现了停放制动的缓解，如图4所示。

三、单元制动器的主要特性

1、力的放大机构采用楔角放大原理

传统的基础制动力的放大原理基本上通过逐级的杠杆传递完成，而单元制动器力的放大采用楔角放大原理，使制动单元重量轻、体积小、输出力大且范围广，如图5所示。

踏面制动单元力的放大倍率仅与楔角角度有关，制动倍率的计算如下：

k=p1·1/tgα=p1·n

故  n=k/p1=1/tgα

式中

n—制动倍率

p1—制动皮碗作用力

k—制动单元输

α—楔角角度

2、单向间隙调整器对弹性变形的不调整性，确保闸瓦与车轮踏面的有效间隙

踏面制动单元在制动过程中，产生如下三种变形与位移：

（1）在输出力传递过程中，由于机械原因，间隙调整器内将产生较小范围内的弹性变形;

（2）制动时，车轮产生沿受力方向的弹性位移;

（3）制动时，单元制动器安装固定座的弹性变形位移。

由于上述弹性变形，将促使间隙调整器进行调整。这样会造成车轮踏面与闸瓦间的有效间隙越来越小。为了防止该现象的发生，JSP型踏面制动单元的单向间隙调整器内设置了制动盘机构，以保证弹性变形范围内，间隙调整器不调整，使闸瓦与车轮踏面之间的正常间隙保持始终不变。当闸瓦磨耗时，能自动调整闸瓦与车轮踏面间隙变化，使之达到规定的正常间隙。

四、常见故障与应急故障的处理方法

1、常见故障分析判断及处理

在机车车辆运用和单元制动器试验中，单元制动器产生故障，应仔细进行故障的分析，判断故障原因，检修处理。故障分析判断及处理主要情况如表1所示。

以上故障，除第1条外均须将单元制动器解体进行修理。如在现场运用过程中，发现出现以上故障，须考虑将故障单元制动器隔离，确保车辆继续运行，在车辆回库后对故障单元制动器进行处理。拆解过程中，发现润滑脂不足、变质或夹杂金属屑等异物，应及时补充更换油脂，清理杂物，防止拉傷制动缸体内表面，造成卡滞。

隔离的方法是关闭故障单元制动器的进风管路上的截断塞门，包括停放制动进风管路和常用制动进风管路上的截断塞门。

隔离前，注意须按要求操作手动缓解装置使停车制动缓解，并检查单元制动器应缓解彻底。如果操作手动缓解装置不缓解，按下面应急处理的有关步骤进行。

日常检查时，应熟悉各单元制动器各进风管路截断塞门位置，才能做到发生故障后快速、准确的进行隔离操作。

2、应急处理

（1）停放制动无法缓解

1）首先应检查自阀、单阀应置于缓解位，即单元制动器的常用制动缸处于缓解位;

2）操作停车制动缓解阀，将总风充入停车制动缸，观察停车制动能否缓解;

3）如不能缓解，可拉动单元制动器侧面的手动缓解销，观察停车制动能否缓解;

4）如不能缓解，可使用管钳转动单元制动器后部的调整六方，使闸瓦托向后退，离开车轮;

5）当转动调整六方，瓦托不动作或动作很小时，按以下步骤操作：

a.拆除故障单元制动器的常用制动缸风管，确保常用制动缸处于缓解状态;

b.可用管钳转动手动缓解装置外筒，将其拆除，观察停车制动能否缓解;

c.如此时仍不能缓解，用一字螺丝刀从手动缓解装置安装孔伸入，拔动内部的棘轮套使其缓解;或者用撬杠撬闸瓦托中间与车轮缝隙部位，使制动器缓解。

d.制动器缓解后装上手缓解装置，将常用制动器风管接好，关闭常用制动、停车制动风管的截断塞门，将故障单元制动器隔离。

（2）常用制动无法缓解

1）可使用管钳转动单元制动器后部的调整六方，使闸瓦托向后退，离开车轮;

2）使用撬杠撬闸瓦托中间与车轮缝隙部位，使制动器缓解。

以上2种措施可共同作用。

3）制动器缓解后关闭常用制动、停车制动风管的截断塞门，将故障单元制动器隔离。

五、总结

单元制动器是工程车辆整个制动系统中的执行部分，一旦失效车辆将会失去制动力，从而给行车安全带来巨大的隐患。因此，能够针对性的对单元制动器进行有效保养，减少故障的产生;或在故障发生后准确判断故障位置，使用有效方法进行处理，对及时恢复线网运行，提高施工工时有效利用率有重大意义。

参考文献：

[1]单元制动器在铁路工程车辆上的应用研究[J].张昕.孔德鹏.马超.王超恒.李随新.张兵奇.2019

[2]单元制动器不制动故障的原因分析和防止措施[J].张英勇.2003

1388501705363