引言

踏面制動單元安裝于地鐵車輛轉(zhuǎn)向架上,是地鐵車輛制動系統(tǒng)的重要組成部分,也是車輛制動作用的執(zhí)行部件。通過向其制動缸內(nèi)充入壓縮空氣促使活塞伸出,帶動其內(nèi)部機構(gòu)推動閘瓦托出閘,使閘瓦托上的閘瓦與車輪踏面貼合,產(chǎn)生摩擦力,最終實施制動作用。

1故障現(xiàn)象

1.1閘瓦托"低頭"

正常情況下,在制動緩解時,閘瓦托可以繞著其較接點(螺桿套筒)旋轉(zhuǎn),以適應(yīng)在不同制動位置時閘瓦與車輪踏面的貼合度。在實際運行中發(fā)現(xiàn),閘瓦托不能繞較接點轉(zhuǎn)動,閘瓦托角度明顯與車輪踏面不匹配,即產(chǎn)生閘瓦托上端間隙小、下端間隙大的"低頭"現(xiàn)象,如圖1所示。

1.2閘瓦間隙手動調(diào)整功能失效

正常情況下,踏面制動單元具有閘瓦間隙手動調(diào)整功能,即用扳手轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母,通過內(nèi)部機構(gòu)帶動閘瓦托貼近或遠離車輪踏面,以方便更換閘瓦及試驗。在實際運行中,用扳手轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母,閘瓦托不運動,間隙未變,手動調(diào)整功能失效。

2結(jié)構(gòu)原理

如圖2所示,閘瓦托與絲桿頭中間開孔,穿入螺桿套筒連接,閘瓦吊左右共設(shè)置兩個叉臂,叉臂中間設(shè)孔,叉臂插入閘瓦托兩側(cè)端面對準孔后,螺桿依次穿過閘瓦吊一側(cè)叉臂孔、螺桿套筒內(nèi)孔、閘瓦吊另一側(cè)叉臂孔,完成三者較接。閘瓦托內(nèi)孔大于螺桿套筒外徑,二者間隙配合,閘瓦托寬度小于螺桿套筒長度,即安裝后螺桿套筒伸出閘瓦托左右端面,閘瓦吊2叉臂間寬度大于閘瓦托寬度。以上設(shè)計使得閘瓦吊2叉臂內(nèi)側(cè)實際上是與螺桿套筒左右端面頂住壓緊,閘瓦托旋轉(zhuǎn)自由度未受限,閘瓦托可繞著較接點(螺桿套筒)自由轉(zhuǎn)動,使得閘瓦角度始終與車輪踏面匹配,閘瓦能均勻磨耗,延長使用壽命。

如圖3所示,絲桿齒座與絲桿焊接,并通過端面齒與絲桿頭嚙合,絲桿頭與閘瓦托較接,調(diào)節(jié)螺母與絲桿齒座通過螺紋連接,二者加裝緊定螺釘防松,絲桿與踏面制動單元內(nèi)部的螺母機構(gòu)配合。用扳手轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母時,通過緊定螺釘及絲桿齒座帶動絲桿繞著踏面制動單元內(nèi)部的螺母機構(gòu)旋轉(zhuǎn)并左右移動(同時,絲桿齒座與絲桿頭的端面齒配合也相對轉(zhuǎn)動,會有齒嚙合聲),帶動閘瓦托貼近或遠離車輪踏面,即完成閘瓦間隙手動調(diào)整。

3故障分析

3.1閘瓦托"低頭"

結(jié)合章節(jié)2所述,影響閘瓦托轉(zhuǎn)動靈活度的因素主要集中在閘瓦托、閘瓦吊、絲桿頭這三者形成的較接結(jié)構(gòu)處,各零件的理論尺寸及空間位置能滿足閘瓦托的旋轉(zhuǎn)。為進行對比分析,選取一件閘瓦托轉(zhuǎn)動良好的產(chǎn)品作為對比件,將故障件與對比件分別拆解,測量較接結(jié)構(gòu)處相關(guān)零件的關(guān)鍵尺寸要素。相關(guān)測量結(jié)果如表1所示。

從表1可見,故障件的閘瓦托內(nèi)孔直徑及螺桿套筒外圓直徑均在合格范圍內(nèi),二者有0.26mm的間隙量,說明閘瓦托轉(zhuǎn)動自由度未受限。理論上,螺桿套筒插入閘瓦托后應(yīng)伸出其兩端端面,伸出量最小值為[(83-0.1)-(82+0.2)]/2=0.35mm,實際上閘瓦托寬度及螺桿套筒寬度尺寸均超差,伸出量只有(82.78-82.67)/2=0.055mm,使得安裝后,因為材料變形及表面油漆等因素影響,閘瓦吊叉臂兩側(cè)內(nèi)端面并非完全與螺桿套筒頂住壓緊,而是叉臂因為緊固扭矩的影響向內(nèi)側(cè)變形,同時壓在閘瓦托兩側(cè)端面,致使閘瓦托轉(zhuǎn)動受限。

為驗證上述分析,重新組裝故障件,螺桿不緊固,閘瓦托用手即可扳動且靈活轉(zhuǎn)動,制動緩解時,閘瓦托角度始終與車輪踏面匹配,"低頭"現(xiàn)象消除:將螺桿緊固至設(shè)計扭矩,緊固時明顯看到閘瓦吊叉臂變形,叉臂與閘瓦托之間的微小縫隙消除,閘瓦吊叉臂壓向閘瓦托,閘瓦托被完全限制,轉(zhuǎn)動失效,緩解后上端間隙小、下端間隙大的"低頭"現(xiàn)象再次出現(xiàn)。拆解故障件,換裝對比件的螺桿套筒及閘瓦托,在螺桿緊固的過程中,閘瓦吊叉臂變形后壓向螺桿套筒,因螺桿套筒長于閘瓦托寬度,緊固至規(guī)定扭矩后,閘瓦吊叉臂并未與閘瓦托接觸,閘瓦托可靈活轉(zhuǎn)動,"低頭"現(xiàn)象消除。

3.2閘瓦間隙手動調(diào)整功能失效

正常情況下,制動時踏面制動單元通過內(nèi)部機構(gòu)將制動力傳遞至絲桿,再通過絲桿齒座與絲桿頭的齒部將制動力傳遞給閘瓦托,二者之間的螺紋不傳遞制動力。

閘瓦間隙手動調(diào)整功能主要是通過圖3的絲桿組件實現(xiàn),將故障件的絲桿組件拆解,發(fā)現(xiàn)緊定螺釘及絲桿齒座均已斷裂,絲桿齒座從調(diào)節(jié)螺母的內(nèi)螺紋中旋出8mm,螺紋處未見螺紋膠,如圖4所示。該距離已遠大于端面齒嚙合高度,致使端面齒脫離,所以手動調(diào)整時沒有端面齒的嚙合聲。因緊定螺釘及絲桿齒座均已斷裂,手動調(diào)整轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母時,作用力并不能傳遞至絲桿,此時只是調(diào)節(jié)螺母獨自轉(zhuǎn)動,而內(nèi)部的絲桿并未轉(zhuǎn)動,所以不能帶動閘瓦托貼近或遠離車輪踏面,閘瓦間隙手動調(diào)整功能失效。

通過材質(zhì)化驗,緊定螺釘?shù)臄嗔咽怯捎诓牧媳旧泶嬖谌毕?且熱處理時即出現(xiàn)細微初始裂紋并在使用中逐漸擴展等因素所致。緊定螺釘斷裂后,調(diào)節(jié)螺母與絲桿齒座間僅依靠螺紋連接傳遞扭矩,在車輛運行振動時螺紋連接逐漸松動,這時手動調(diào)整轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母,絲桿受到內(nèi)部螺母機構(gòu)等的阻力而不一定隨之轉(zhuǎn)動,二者便會旋離,當旋離距離大于端面齒嚙合高度后,端面齒嚙合失效,制動時,端面齒部分不能再傳遞制動力,絲桿齒座通過螺紋連接將制動力傳遞給調(diào)節(jié)螺母,調(diào)節(jié)螺母通過軸肩推動絲桿頭將制動力傳遞至閘瓦托,螺紋連接承受全部的制動力(大約28kN)?；诹慵浜霞把b配空間考慮,絲桿齒座設(shè)計成空心薄壁一端帶齒結(jié)構(gòu),外圓只能設(shè)置細牙螺紋與調(diào)節(jié)螺母連接,不能承受制動力,制動力只能通過端面齒傳遞。因端面齒嚙合傳動失效,薄壁上的細牙螺紋傳遞全部制動力,在多次制動后,因疲勞、結(jié)構(gòu)強度等方面原因最終致使絲桿齒座斷裂。

4改進措施

為預(yù)防閘瓦托"低頭"及閘瓦間隙手動調(diào)整功能失效等故障的再次發(fā)生,主要制定了以下措施:

(1)優(yōu)化閘瓦托較接結(jié)構(gòu)的配合零部件尺寸及公差,提升容錯空間:

(2)取消閘瓦托兩側(cè)端面及閘瓦吊吊臂內(nèi)端面油漆要求,避免安裝干涉:

(3)優(yōu)化緊定螺釘熱處理工藝:

(4)增加絲桿齒座與調(diào)節(jié)螺母螺紋連接的涂膠工序,避免松動:

(5)提升檢驗手段,增加重點要素的檢驗頻次。

5結(jié)語

針對踏面制動單元的閘瓦托"低頭"及閘瓦間隙手動調(diào)整功能失效等故障,在原因查清及改進措施實施后,后續(xù)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品并未出現(xiàn)上述故障,有效消除了質(zhì)量隱患,提升了產(chǎn)品質(zhì)量。