周刚 仝占方 吴世应
中车株洲电力机车有限公司 湖南株洲 412001
摘要：针对踏面制动单元停放制动不能实施手动缓解的故障现象，提出了原因分析，结合停放制动结构原理，确定是停放弹簧与停放活塞干涉所致。
关键词：踏面制动单元、停放制动、手动缓解
0 引言
踏面制动单元是机车车辆制动系统的重要执行部件，内部集成停放缸使之具有停放制动及缓解功能。车辆正常运行时，缸内充入高压空气，压缩缸内弹簧使之处于停放缓解状态；车辆回库停放时，排空缸内高压空气，缸内弹簧伸张驱动各零部件动作产生停放制动作用，拉出手缓解装置，即可手动缓解停放制动作用（停放制动作用也可通过再向缸内充入高压空气而缓解）。
1、故障现象
在对新造踏面制动单元进行出厂前例行试验时，部分产品在停放缸排风产生停放制动作用，拉动手缓解装置后，停放缸缓解过程较为缓慢，动作不连续，更有停放缸完全无动作，手动缓解失效的情况。
2、结构原理
踏面制动单元结构如图1，停放缸排风后，停放弹簧舒张，缸内部件带动停放螺套右移，停放螺套带动上连杆绕支点A顺时针转动，上连杆带动下连杆绕支点B逆时针转动，从而带动闸调器和闸瓦托右移，致使闸瓦托贴向车轮踏面，产生停放制动作用。
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停放缸结构如图2，有充风缓解、排风制动、手动缓解等3个状态。向停放缸内充入高压空气，停放活塞压缩着停放弹簧往左移动，停放丝杆与弹簧下座的锥面啮合C脱开，停放丝杆左移的同时绕钢球转入停放螺套的内螺纹（二者通过非自锁螺纹副连接），从而处于充风缓解位。缸内排风后，停放弹簧舒张带动停放活塞及弹簧下座右移，锥面C啮合，拉动停放丝杆右移，通过非自锁螺纹副拉动停放螺套右移进而促使闸瓦托贴向车轮踏面产生停放制动，从而处于排风制动位。拉出手缓解装置后，其从棘轮的齿内脱出，非自锁螺纹副间产生的扭矩驱动停放丝杆、弹簧下座、停放弹簧及棘轮共同旋转并往右运动复位（蓄能活塞右移），停放螺套在制动反力的作用下往左移动（即停放丝杆和停放螺套旋离），闸瓦托远离车踏面，从而处于手动缓解位。再向缸内充风后即处于充风缓解位。
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3、原因分析
从踏面制动单元施加后手动缓解的作用机理着手分析，导致停放制动手动缓解失效可能的原因如下：
1） 手缓解装置中的拉杆尺寸超差，致使其未完全与棘轮齿顶脱离；
2） 棘轮安装歪斜，致使其他零件阻碍其旋转；
3） 轴承失效，无法转动；
4） 弹簧下座与停放活塞干涉，转动受阻；
5） 停放丝杆与停放螺套间的非自锁螺纹副配合不良，停放丝杆转动阻力大于驱动扭矩；
6） 停放弹簧并圈致使无法舒张或其转动被其他零件阻碍。
针对上述因素，使用排除法逐一分析。
1） 故障件拆解后实测，棘轮齿高8mm，手缓解装置最大拉出距离为10.3mm，即设计上保证了手缓解装置中的拉杆能与棘轮齿顶完全脱开，该项因素排除。
2） 棘轮与弹簧盖板用轴承隔开，最小设计间距3mm在棘轮外围齿部位置，棘轮上端与平面轴承配合，下端与停放弹簧连接，作用力集中在φ70mm的内圈，其外围无任何作用力使其变形与弹簧盖板干涉，理论上也不存在接触的可能。拆解后该处也未见异常磨损，二者未接触，该项因素排除。
3） 轴承是停放缸内部零件旋转的关键部件，故障件拆解后，轴承的滚珠及保持架状态良好，无任何变形、翘曲或异常磨痕，滚道也无明显磨损、擦伤等缺陷，轴承用手可灵活转动，该项因素排除。
4） 弹簧下座外径φ84mm，停放活塞与之配合处内径φ84.7mm，二者最小间隙0.35mm。正常装配状态下，弹簧下座被停放弹簧压紧（力量约为11.1kN），不会左右摆动，不存在停放活塞内圈将弹簧下座卡住的现象，故障件拆解后该配合位置亦未见接触磨痕，该项因素排除。
5） 停放丝杆与停放螺套间的非自锁螺纹副是停放弹簧力传递以及停放丝杆转动的驱动扭矩产生的部位，其螺纹升角大于当量摩擦角，具有非自锁性，二者旋合后，固定其中任一零件，在重力作用下，另一零件即可边旋转边下落。如果二者表面粗糙度过大，螺纹分度不均或牙型不匹配等都可能导致非自锁功能失效。从拆解后检测结果来看，零件表面粗糙度良好，无异常刮痕、磨耗，生产工艺正常稳定，其无重大人员、设备或工艺变更，产品一致性好，无异常，该项因素排除。
6） 经过上述分析，故障点可能是停放弹簧。手动缓解要正常动作，停放弹簧必须能自由压缩舒张且灵活旋转，所以停放弹簧压缩后各圈之间不能压并重叠以致舒张受阻，旋转时不能与其他零件干涉以致转动受阻，仔细观察拆解出来的停放弹簧外观，其外圆上有明显磨痕，如下图3，停放弹簧是经过严格检查后流入生产现场，磨痕极可能是其在缸内旋转与停放活塞内壁干涉摩擦所致。
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4、试验验证
为验证上述分析，将停放缸及停放活塞用线切割加工出一个窗口，以便观察停放弹簧压缩处于工作状态下的内部情况，如下图4。同时准备了1套停放缸内部零件，以及2件停放弹簧，1件是从手动缓解失效的踏面制动单元中拆解出有磨痕的，编号为“A”，另1件是正常件，编号为“B”，以作对比。
将停放弹簧A装入停放缸，用手动压力机将其压至工作高度，通过窗口看出停放弹簧压缩后往外扩张，致使其外圆与停放活塞接触，用一字起拨动停放弹簧，其无法旋转。
将A拿出，将停放弹簧B装入相同的一套停放缸，同样将其压缩到工作高度，停放弹簧B压缩后未与停放活塞内壁接触，用一字起拨动停放弹簧B，可灵活转动。
通过对比试验，可认为手动缓解失效是停放弹簧压缩后与停放活塞干涉致使其旋转受阻所致，后续扩大样本的多次对比试验也佐证这点。
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5、改进措施
为避免再次出现因停放弹簧质量问题引起的手动缓解功能失效，采取了以下优化改进措施：
1、优化停放弹簧图纸，明确停放弹簧各位置尺寸要求，确保即使停放弹簧压缩后外扩也不与停放活塞内壁接触；
2、一定时间内提升检验频次，直至质量合格稳定；
3、提升检测手段，设计制作专用检测器具，便于快速准确得出检测结果。
参考文献:
[1] 艾正武，万建兵. O’Z-Y型交流传动客运电力机车基础制动装置的研制[J].机电信息，2011,21:58-59.
[2] 刘进华，胡宇峰.机车单元制动器技术标准的探讨[J].电力机车与城轨车辆，2003,26(2):12-15.
作者简介:周刚——2009年毕业于华中科技大学工业工程专业——硕士学位——现从事机车车辆供应商管理工作.