引言

單元制動器主要用于車輪踏面制動,是一種以壓縮空氣的壓力作為源動力的制動執(zhí)行裝置,將空氣壓力轉(zhuǎn)換為制動力實現(xiàn)機車車輛的制動。單元制動器安裝于機車車輛轉(zhuǎn)向架上,是軌道交通車輛制動系統(tǒng)的重要組成部分,也是機車車輛制動作用的執(zhí)行部件,對于機車車輛制動具有重要意義。機車車輛停車時,通過排空停放制動缸內(nèi)壓縮空氣,帶動其內(nèi)部機構(gòu)推動閘瓦托出閘,實現(xiàn)閘瓦托上的閘瓦與車輪踏面的貼合,產(chǎn)生摩擦力,最終實現(xiàn)停放制動。在機車車輛無總風(fēng)情況下,機車車輛需承擔(dān)牽引任務(wù),需要緩解停放制動缸產(chǎn)生的制動作用時,需拉動手動快速緩解裝置,使停放制動作用徹底緩解。

2019年,配屬某工程車在投入運用前,先后有4件帶停放制動的單元制動器出現(xiàn)了停放制動手動不緩解故障,該故障導(dǎo)致工程車車輛的輪對被抱死,車輛在庫內(nèi)無法移動,影響工程車的正常運用。單元制動器停放不緩解故障在軌道交通行業(yè)時有發(fā)生,絕大多數(shù)情況下,此類故障與單元制動器停放制動組件的尺寸不良引起的卡滯相關(guān)。本文利用8D問題分析與解決方法對某工程車單元制動器停放制動手動不緩解問題進行探究,最終提出了有效的解決方案。

1結(jié)構(gòu)原理

不帶停放制動的單元制動器主要結(jié)構(gòu)包括閘瓦托組裝、間隙調(diào)整機構(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不帶停放制動的單元制動器結(jié)構(gòu)

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

從結(jié)構(gòu)上來說,單元制動器停放制動手動不緩解與其主要部件彈簧蓄能制動缸有關(guān)。彈簧蓄能制動缸主要由停放缸體、活塞、彈簧、停放絲桿、帶鍵槽螺母、滾動軸承等零件組成。圖3所示為實現(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,單元制動器停放制動施加、緩解過程中這兩個零件會發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。

通過原理分析,造成單元制動器停放制動手動緩解動作不良的可能原因如下:

(1)手拉緩解拉繩時操作不當,沒有保持拉動動作。

(2)實現(xiàn)該功能的主要零件尺寸不良、動作不良。

(3)彈簧、停放缸、活塞等零件存在異?？收?。

圖2帶停放制動的單元制動器結(jié)構(gòu)

圖3停放制動主要零件

2故障還原

單元制動器發(fā)生停放制動手動不緩解故障后,廠家安排技術(shù)人員赴現(xiàn)場調(diào)研,經(jīng)查,工程車車輛常用制動處于緩解狀態(tài)時,技術(shù)人員手拉緩解手柄時,單元制動器的閘瓦沒有任何動作,仍舊與工程車的輪對踏面緊密貼合,單元制動器無緩解動作,在車上按壓停放緩解按鈕后單元制動器能夠緩解。由于現(xiàn)場無法對單元制動器進行解體檢查,將4件故障單元制動器拆卸返廠做進一步分析,對返回的4件故障制動器進行外觀清潔和例行試驗?！督涣鱾鲃訖C車單元制動器暫行技術(shù)條件》(TJ/Jw044—0204)由原中國鐵路總公司牽頭各主機廠制定,作為軌道交通行業(yè)單元制動器的企業(yè)標準,規(guī)定了單元制動器的檢驗試驗項目,包括靈敏度試驗、氣密性試驗、手動調(diào)整間隙試驗、一次調(diào)整量試驗、緩解間隙試驗、總調(diào)整量試驗、停放制動缸緩解試驗、停放制動缸制動試驗、停放制動缸手動緩解試驗以及制動效率試驗等。按照文獻規(guī)定的檢驗項目在單元制動器試驗臺上對4件故障單元制動器進行性能試驗,除停放制動缸手動緩解試驗功能不良外(嚴格按試驗工藝要求拉動緩解拉繩),其他試驗參數(shù)均符合標準要求,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)彈簧蓄能制動缸內(nèi)的帶鍵槽螺母和停放絲桿發(fā)生卡滯,無法實現(xiàn)正常轉(zhuǎn)動。隨后對帶鍵槽螺母、停放絲桿等零件尺寸進行逐一檢測(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輪廓儀對帶鍵槽螺母剖面進行輪廓檢查

3.2理化檢測

解體過程中技術(shù)人員在彈簧蓄能制動缸中發(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)人員評審確定后,決定將帶鍵槽螺母送專業(yè)檢測機構(gòu)對其理化性能、表面硬度以及金相組織等進行進一步檢測分析。為方便對比,送樣三件帶鍵槽螺母進行檢測,其中一件帶鍵槽螺母為崩塊鍵槽螺母,另外兩件為其他廠家的未斷裂鍵槽螺母。對三件鍵槽螺母編號進行區(qū)別,其中崩塊件編號為1#,另外兩件未斷裂件編號為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。

為了檢測崩塊件與其他廠家未斷裂件的滲層區(qū)別,過直徑面與螺紋法線面切取金相試樣,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)

機構(gòu)檢測報告表明,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。對送檢的帶鍵槽螺母崩塊件進行了宏微觀檢查,對斷口進行了檢查,并與其他廠家生產(chǎn)的未斷裂件的滲層情況進行對比檢查,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)為過載:崩塊帶鍵槽螺母的有效滲層深度不足m.366,不滿足要求: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: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

鑒于該單元制動器帶鍵槽螺母已裝車運用多年,且其間未更換供應(yīng)商,我司裝配單元制動器的工藝穩(wěn)定無變化,故安排技術(shù)人員到供應(yīng)商處進行調(diào)研分析,發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商對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家。該熱處理廠家沒有按要求對熱處理后的帶鍵槽螺母進行檢測,因此難以保證螺母硬度符合設(shè)計要求。

3.4設(shè)計分析

針對帶鍵槽螺母崩塊現(xiàn)象從設(shè)計上進行分析,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,停放制動手動緩解過程中螺紋會承受沖擊,螺紋較薄弱區(qū)域可能會發(fā)生崩塊現(xiàn)象。

圖7帶鍵槽螺母剖視圖

4原因總結(jié)

通過上述一系列分析,確定車輛輪對抱死的表象原因為單元制動器停放制動手動緩解不良,根本原因為單元制動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作時卡滯,即原因(3),導(dǎo)致單元制動器停放制動不能手動緩解。

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,經(jīng)用戶評審?fù)ㄟ^后方能變更,防止變更帶來潛在質(zhì)量風(fēng)險。

5.2技術(shù)歸零

從設(shè)計上優(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實施效果

設(shè)計優(yōu)化后的單元制動器在車輛段運用過程中再未出現(xiàn)停放制動手動不緩解問題,證明措施有效。

7結(jié)語

本文針對單元制動器停放制動不緩解問題進行了分析,運用8D問題分析與解決方法,通過結(jié)構(gòu)原理、故障還原、解體檢查等步驟找出了故障原因,并提出了改進方案。整個問題的研究方法嚴謹,找出了根本原因,并針對要因提出了有效解決方案。目前該方案已在機車上實施,運用效果良好。