引言

單元制動(dòng)器主要用于車(chē)輪踏面制動(dòng),是一種以壓縮空氣的壓力作為源動(dòng)力的制動(dòng)執(zhí)行裝置,將空氣壓力轉(zhuǎn)換為制動(dòng)力實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)車(chē)輛的制動(dòng)。單元制動(dòng)器安裝于機(jī)車(chē)車(chē)輛轉(zhuǎn)向架上,是軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分,也是機(jī)車(chē)車(chē)輛制動(dòng)作用的執(zhí)行部件,對(duì)于機(jī)車(chē)車(chē)輛制動(dòng)具有重要意義。機(jī)車(chē)車(chē)輛停車(chē)時(shí),通過(guò)排空停放制動(dòng)缸內(nèi)壓縮空氣,帶動(dòng)其內(nèi)部機(jī)構(gòu)推動(dòng)閘瓦托出閘,實(shí)現(xiàn)閘瓦托上的閘瓦與車(chē)輪踏面的貼合,產(chǎn)生摩擦力,最終實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)。在機(jī)車(chē)車(chē)輛無(wú)總風(fēng)情況下,機(jī)車(chē)車(chē)輛需承擔(dān)牽引任務(wù),需要緩解停放制動(dòng)缸產(chǎn)生的制動(dòng)作用時(shí),需拉動(dòng)手動(dòng)快速緩解裝置,使停放制動(dòng)作用徹底緩解。

2019年,配屬某工程車(chē)在投入運(yùn)用前,先后有4件帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器出現(xiàn)了停放制動(dòng)手動(dòng)不緩解故障,該故障導(dǎo)致工程車(chē)車(chē)輛的輪對(duì)被抱死,車(chē)輛在庫(kù)內(nèi)無(wú)法移動(dòng),影響工程車(chē)的正常運(yùn)用。單元制動(dòng)器停放不緩解故障在軌道交通行業(yè)時(shí)有發(fā)生,絕大多數(shù)情況下,此類(lèi)故障與單元制動(dòng)器停放制動(dòng)組件的尺寸不良引起的卡滯相關(guān)。本文利用8D問(wèn)題分析與解決方法對(duì)某工程車(chē)單元制動(dòng)器停放制動(dòng)手動(dòng)不緩解問(wèn)題進(jìn)行探究,最終提出了有效的解決方案。

1結(jié)構(gòu)原理

不帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)包括閘瓦托組裝、間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)、鞘錨組裝、缸體組裝、前置間隙調(diào)整螺釘?shù)炔糠?如圖1所示。

圖1不帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器,是在不帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器的空氣制動(dòng)缸基礎(chǔ)上,增加了彈簧蓄能制動(dòng)缸(也稱(chēng)"停放缸")和手拉緩解停放制動(dòng)裝置,如圖2所示。

從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),單元制動(dòng)器停放制動(dòng)手動(dòng)不緩解與其主要部件彈簧蓄能制動(dòng)缸有關(guān)。彈簧蓄能制動(dòng)缸主要由停放缸體、活塞、彈簧、停放絲桿、帶鍵槽螺母、滾動(dòng)軸承等零件組成。圖3所示為實(shí)現(xiàn)停放施加、緩解功能的主要零件,停放絲桿與帶鍵槽螺母之間為螺紋配合,單元制動(dòng)器停放制動(dòng)施加、緩解過(guò)程中這兩個(gè)零件會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過(guò)原理分析,造成單元制動(dòng)器停放制動(dòng)手動(dòng)緩解動(dòng)作不良的可能原因如下:

(1)手拉緩解拉繩時(shí)操作不當(dāng),沒(méi)有保持拉動(dòng)動(dòng)作。

(2)實(shí)現(xiàn)該功能的主要零件尺寸不良、動(dòng)作不良。

(3)彈簧、停放缸、活塞等零件存在異?？收稀?

圖2帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

圖3停放制動(dòng)主要零件

2故障還原

單元制動(dòng)器發(fā)生停放制動(dòng)手動(dòng)不緩解故障后,廠(chǎng)家安排技術(shù)人員赴現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,經(jīng)查,工程車(chē)車(chē)輛常用制動(dòng)處于緩解狀態(tài)時(shí),技術(shù)人員手拉緩解手柄時(shí),單元制動(dòng)器的閘瓦沒(méi)有任何動(dòng)作,仍舊與工程車(chē)的輪對(duì)踏面緊密貼合,單元制動(dòng)器無(wú)緩解動(dòng)作,在車(chē)上按壓停放緩解按鈕后單元制動(dòng)器能夠緩解。由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法對(duì)單元制動(dòng)器進(jìn)行解體檢查,將4件故障單元制動(dòng)器拆卸返廠(chǎng)做進(jìn)一步分析,對(duì)返回的4件故障制動(dòng)器進(jìn)行外觀清潔和例行試驗(yàn)?！督涣鱾鲃?dòng)機(jī)車(chē)單元制動(dòng)器暫行技術(shù)條件》(TJ/Jw044—0204)由原中國(guó)鐵路總公司牽頭各主機(jī)廠(chǎng)制定,作為軌道交通行業(yè)單元制動(dòng)器的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了單元制動(dòng)器的檢驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目,包括靈敏度試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)、手動(dòng)調(diào)整間隙試驗(yàn)、一次調(diào)整量試驗(yàn)、緩解間隙試驗(yàn)、總調(diào)整量試驗(yàn)、停放制動(dòng)缸緩解試驗(yàn)、停放制動(dòng)缸制動(dòng)試驗(yàn)、停放制動(dòng)缸手動(dòng)緩解試驗(yàn)以及制動(dòng)效率試驗(yàn)等。按照文獻(xiàn)規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目在單元制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)4件故障單元制動(dòng)器進(jìn)行性能試驗(yàn),除停放制動(dòng)缸手動(dòng)緩解試驗(yàn)功能不良外(嚴(yán)格按試驗(yàn)工藝要求拉動(dòng)緩解拉繩),其他試驗(yàn)參數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,可排除原因(2)。

3解體檢查

3.1尺寸檢查

解體檢查發(fā)現(xiàn)彈簧蓄能制動(dòng)缸內(nèi)的帶鍵槽螺母和停放絲桿發(fā)生卡滯,無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常轉(zhuǎn)動(dòng)。隨后對(duì)帶鍵槽螺母、停放絲桿等零件尺寸進(jìn)行逐一檢測(cè)(包括帶鍵槽螺母剖面輪廓檢查,如圖4所示),零部件尺寸均符合圖紙要求,可排除原因(2)。

圖4輪廓儀對(duì)帶鍵槽螺母剖面進(jìn)行輪廓檢查

3.2理化檢測(cè)

解體過(guò)程中技術(shù)人員在彈簧蓄能制動(dòng)缸中發(fā)現(xiàn)有黑色顆粒狀金屬碎片,停放絲桿螺紋表面存在異常磨耗,帶鍵槽螺母螺紋端部有輕微的缺肉現(xiàn)象。經(jīng)技術(shù)人員評(píng)審確定后,決定將帶鍵槽螺母送專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)其理化性能、表面硬度以及金相組織等進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)分析。為方便對(duì)比,送樣三件帶鍵槽螺母進(jìn)行檢測(cè),其中一件帶鍵槽螺母為崩塊鍵槽螺母,另外兩件為其他廠(chǎng)家的未斷裂鍵槽螺母。對(duì)三件鍵槽螺母編號(hào)進(jìn)行區(qū)別,其中崩塊件編號(hào)為1#,另外兩件未斷裂件編號(hào)為2#和3#。2#件崩塊在大端端面附件的第一扣螺紋起始位置附近,其他廠(chǎng)家生產(chǎn)的2#和3#件顏色與崩塊件存在較明顯的區(qū)別,如圖5所示。

為了檢測(cè)崩塊件與其他廠(chǎng)家未斷裂件的滲層區(qū)別,過(guò)直徑面與螺紋法線(xiàn)面切取金相試樣,如圖5所示。

圖5三件樣品外觀

圖61#取樣情況(上)和2#取樣情況(下)

機(jī)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告表明,帶鍵槽螺母材料為EN二GJS二500二7,螺母與絲桿配合,傳遞工作載荷1.3t,拉壓為1個(gè)循環(huán)周期,崩塊件的工作循環(huán)次數(shù)為t0次。螺母整體碳氮共滲,滲層深度為0.840.~66。對(duì)送檢的帶鍵槽螺母崩塊件進(jìn)行了宏微觀檢查,對(duì)斷口進(jìn)行了檢查,并與其他廠(chǎng)家生產(chǎn)的未斷裂件的滲層情況進(jìn)行對(duì)比檢查,發(fā)現(xiàn)崩塊帶鍵槽螺母的崩塊從大端面第一扣螺紋的接觸磨損處起源,性質(zhì)為過(guò)載:崩塊帶鍵槽螺母的有效滲層深度不足m.366,不滿(mǎn)足要求:崩塊件的滲層表層有網(wǎng)狀或斷續(xù)的黑色組織,與未斷裂件的白亮碳氮化合物有明顯差異:崩塊帶鍵槽螺母的滲層近表層硬度比未斷裂件的高HRC~~7,硬度在HRC~m左右,與基體相當(dāng):崩塊件存在局部硬度不穩(wěn)定和組織不均勻的現(xiàn)象。

3.3原材料分析

鑒于該單元制動(dòng)器帶鍵槽螺母已裝車(chē)運(yùn)用多年,且其間未更換供應(yīng)商,我司裝配單元制動(dòng)器的工藝穩(wěn)定無(wú)變化,故安排技術(shù)人員到供應(yīng)商處進(jìn)行調(diào)研分析,發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商對(duì)此次存在崩塊故障的帶鍵槽螺母私自更換了一家熱處理廠(chǎng)家。該熱處理廠(chǎng)家沒(méi)有按要求對(duì)熱處理后的帶鍵槽螺母進(jìn)行檢測(cè),因此難以保證螺母硬度符合設(shè)計(jì)要求。

3.4設(shè)計(jì)分析

針對(duì)帶鍵槽螺母崩塊現(xiàn)象從設(shè)計(jì)上進(jìn)行分析,該零件螺紋的兩側(cè)分別需要加工倒角和內(nèi)孔,如圖7所示。加工后第一扣螺紋厚度被減薄,停放制動(dòng)手動(dòng)緩解過(guò)程中螺紋會(huì)承受沖擊,螺紋較薄弱區(qū)域可能會(huì)發(fā)生崩塊現(xiàn)象。

圖7帶鍵槽螺母剖視圖

4原因總結(jié)

通過(guò)上述一系列分析,確定車(chē)輛輪對(duì)抱死的表象原因?yàn)閱卧苿?dòng)器停放制動(dòng)手動(dòng)緩解不良,根本原因?yàn)閱卧苿?dòng)器中帶鍵槽螺母熱處理不良發(fā)生崩塊故障,崩塊產(chǎn)生的碎片卡在螺紋副中,造成停放絲桿與帶鍵槽螺母螺紋副動(dòng)作時(shí)卡滯,即原因(3),導(dǎo)致單元制動(dòng)器停放制動(dòng)不能手動(dòng)緩解。

5根本解決措施

在查明故障原因后,從管理、技術(shù)兩方面制訂如下解決方案。

5.1管理歸零

加強(qiáng)供應(yīng)商管理,向所有供應(yīng)商下發(fā)傳真,供應(yīng)商關(guān)鍵零部件發(fā)生變更前需提交申請(qǐng),經(jīng)用戶(hù)評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后方能變更,防止變更帶來(lái)潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

5.2技術(shù)歸零

從設(shè)計(jì)上優(yōu)化帶鍵槽螺母結(jié)構(gòu),增加螺紋去半牙處理,徹底消除崩塊現(xiàn)象。

6實(shí)施效果

設(shè)計(jì)優(yōu)化后的單元制動(dòng)器在車(chē)輛段運(yùn)用過(guò)程中再未出現(xiàn)停放制動(dòng)手動(dòng)不緩解問(wèn)題,證明措施有效。

7結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)單元制動(dòng)器停放制動(dòng)不緩解問(wèn)題進(jìn)行了分析,運(yùn)用8D問(wèn)題分析與解決方法,通過(guò)結(jié)構(gòu)原理、故障還原、解體檢查等步驟找出了故障原因,并提出了改進(jìn)方案。整個(gè)問(wèn)題的研究方法嚴(yán)謹(jǐn),找出了根本原因,并針對(duì)要因提出了有效解決方案。目前該方案已在機(jī)車(chē)上實(shí)施,運(yùn)用效果良好。