鐵路車輛制動缸活塞的密封與潤滑分析研究

劉小兵

神華鐵路貨車運輸有限責任公司陜西分公司 陜西 神木 719316

近年來，我國經濟建設取得了巨大的進步，各地的建設熱情日益高漲，需要的建設物資隨之也大為提高。鐵路車輛貨物運輸作為物資運輸的一個重要途徑，在整個運輸領域中占有重要的地位，發揮著越來越重要的作用，并越來越受到人們的關注。

隨著鐵路車輛設備的不斷更新、新技術的大量應用，鐵路車輛的運力和速度都比以前有了較大提升，這無疑對車輛的制動性能提出了更高要求。綜觀現狀，鐵路車輛制動技術仍然存在不完善的地方，制動故障頻繁發生，干擾了鐵路車輛運輸的正常秩序。

制動系統是鐵路車輛的一個重要組成部分，關系到列車運行的速度和牽引的重量等關鍵指標，更是直接影響著車輛運行的性能和安全。而制動缸又是鐵路車輛制動系統中一個非常重要的組成部分，對于保證車輛安全停留和運行等方面起著十分關鍵的作用。

鐵路車輛制動缸屬于單作用式氣缸，是鐵路車輛實施車輛制動的重要動力裝置，在運行階段能將壓縮空氣基本壓力轉化為制動缸活塞的重要推力。制動缸應用價值較高，對車輛穩定運行會產生較大影響，是保證鐵路車輛安全運行的重要部件。

當前鐵路車輛制動缸大多采用的是旋壓密封式制動缸，在車輛長時間行運行過程中，該類型制動缸常發生漏泄故障。拆開漏泄故障的制動缸，發現制動缸內壁底端積存了大量的潤滑脂，而制動缸內上部缺潤，部分密封圈磨損嚴重，缸壁腐蝕嚴重。

一、旋壓密封式制動缸產品結構

旋壓密封式制動缸活塞主要是選用活塞膜片或是Y型密封圈進行有效密封，通過在制動缸內壁涂抹適量潤滑脂或是在活塞體中安裝潤滑套進行潤滑。此類制動缸在運行時，活塞會產生往復運動，進而將缸壁上的潤滑脂分別擠到制動缸的前后端。隨著溫度的不斷上升，缸體內部潤滑脂粘度會發生相應變化，在重力作用影響下會逐步落到缸體底部位置。

活塞在運動過程中，密封圈和制動缸內部油脂量不足，在潤滑不均勻的情況下磨損加重。當前大多數制動缸缸體材質為碳素鋼，如果缸體內壁油量不足，很容易產生銹蝕。活塞的材質一般為鑄鐵，其質量較大，受重力影響，會對密封圈下部形成較大壓力，從而使其會發生變形。此外，在活塞中未設置導向帶，鑄鐵活塞與缸壁直接接觸較為明顯，有時會拉傷缸體內壁。鑄鐵活塞容易銹蝕，這會對缸體內部環境造成不同程度的污染，從而導致潤滑脂污染。缸體潤滑脂受到污染之后，密封圈磨損問題會進一步加重，當密封圈磨損程度加重，制動缸在運行中會發生壓力空氣泄漏問題，對車輛基本制動性會產生較大影響[1]。

為了保障密封圈在高低溫狀態下都能獲取有效潤滑，提升制動缸運行穩定性，可以合理應用鋁合金活塞與密封、潤滑技術，對原有的鐵路車輛制動缸進行創新。比如新研制的雙密封主動潤滑制動缸，其基本構成與旋壓密封式制動缸相同，只是將原有的密封制動缸活塞更新為雙密封主動潤滑活塞，在活塞體中選取能預存潤滑脂的活塞體，應用多級別密封圈在工作面上封存潤滑脂[2]。

二、雙密封主動潤滑制動缸活塞組成結構及工作原理

1.雙密封主動潤滑活塞組成結構

雙密封主動潤滑活塞主要由活塞桿、活塞體、前密封圈、隔環、導向帶、后密封圈、潤滑脂活塞、O型密封圈、壓板、潤滑脂、螺釘等部分構成。其中活塞體周向均勻設置了多個貯油腔，能儲存潤滑脂。在活塞體外徑面，按照規范順序套設密封圈、隔環以及前密封圈。在隔環側面等位置設置導油槽，隔環的外部設有潤滑導向帶，用于減小活塞組成的運動阻力。前密封圈為主要密封圈，采用既有Y型密封圈的結構，其寬度較原Y型密封圈有所減小，旨在減少密封圈與缸壁的正壓力，減小密封圈磨耗。后密封圈的主要作用是為了有效密封油脂，當前密封圈失效時也可以密封壓力空氣。在活塞體各個徑面與貯油腔中要布設輸油孔，使得潤滑脂能通過孔洞流向導油槽，從而使得潤滑作用更加突出[3]。活塞體左側與不同貯油腔之間設有潤滑脂活塞，活塞外側設有用于拆卸的凸臺，潤滑脂活塞在制動缸壓力作用下，能推動各貯油腔內的潤滑脂對前后密封圈之間損耗的潤滑脂進行補充。潤滑脂活塞裝有O型密封圈，此密封圈能阻隔空氣進入貯油腔。在活塞體端面安裝相應的壓板，壓板可以對密封圈、隔環、潤滑脂活塞起到限位控制作用。活塞體大多選用質量輕、強度高鋁合金材料，通過降低活塞體質量，從而減小對于導向帶、缸壁的正壓力，降低活塞運行阻力，提高導向帶的耐用度。此外，鋁合金材料不易生銹，這在一定程度上也避免缸內環境的污染[4]。

2.工作原理

在制動缸組裝過程中，在潤滑活塞前密封圈、導向帶、隔環、后密封圈以及貯油腔填充潤滑脂。在制動缸運行過程中，產生的壓力空氣作用于活塞構成端面，從而推動潤滑脂活塞擠壓貯油腔內的潤滑脂。如果密封圈、導向帶、后密封圈等位置潤滑脂大量減少，制動缸中還存有部分壓力空氣，潤滑脂活塞受到壓力空氣的推動影響，活塞中的潤滑油脂也會進行有效補充。

鐵路車輛段對制動缸進行維修時，當掌握制動缸穩定運行狀態后，技術人員只需補充潤滑脂即可。在兩級密封圈之間的潤滑脂具有十分重要的作用，可較好地解決制動缸潤滑脂容易堆積到制動缸兩端的問題。

三、樣機試驗及試驗驗證

為了對雙密封主動潤滑塞組成與制動缸技術性能進行合理驗證，要在試驗制作基礎上對產品結構設計以及各類材料應用進行合理優化，對活塞體材料應用性能進行全面驗證。從各項結果來看，產品零部件生產制造以及裝配工藝水平較高。

1.模擬密封失效氣密性試驗

雙密封主動潤滑活塞組成可能發生漏泄的部位分別為前密封圈、O型密封圈、后密封圈以及油杯。未驗證密封部位失效后的可靠性，分別對前密封圈失效、O型密封圈失效、后密封圈失效、油杯單向密封失效進行了模擬試驗。從試驗結果來看，當密封圈與油杯任一位置發生漏泄時，制動缸都不會產生漏泄，也不會影響制動缸的基本性能，但是影響其主動潤滑性能[5]。

為了驗證雙密封主動潤滑活塞兩個密封部位失效后的可靠性，又分別模擬了前密封圈、O型密封圈同時失效試驗，后密封圈失效、油杯單向密封同時失效試驗。從試驗結果來看，前密封圈、O型密封圈同時失效，后密封圈失效、油杯單向密封同時失效時，制動缸都沒有發生漏泄，制動缸工作性能也沒有受到影響，但是影響了主動潤滑性能[6]。

2.模擬高溫環境試驗

為了對前后密封圈受到高溫液化之后的潤滑劑密封性能進行判定，開展了模擬高溫環境試驗，分解后檢查活塞基本密封情況。從試驗中能看出，在高溫運行狀態下，潤滑脂會被完全液化，但是潤滑脂依然能得到良好的密封而不流失，保證對制動缸密封圈具有良好的潤滑效果。

3.模擬沖擊性能循環試驗

此外，還要對制動缸基本運行工況進行模擬，在制動缸試驗臺上開展多次的沖擊性能循環試驗，以檢驗活塞體的抗沖擊性能。試驗結果證明出，各類品牌的活塞體質量較好，在試驗過程中并未出現活塞體材料結構裂紋或剝離的情況，能滿足制動缸可靠性的要求。

四、結語

在鐵路運輸向著運力提升、運速提高方向發展的今天，鐵路車輛的制動性對于運輸的安全性至關重要。隨著科技的發展，近年來，我國鐵路車輛制動技術取得了長足的進步，但仍然存在一些問題，制動故障時有發生。制動缸作為鐵路車輛制動系統的重要組成部分，其研究也受到了業內人士的普遍關注。鑒于此，本文對既有鐵路車輛旋壓密封式制動缸存在的漏泄問題進行了分析，介紹了最新研制的雙密封主動潤滑活塞組成及制動缸的結構、工作原理、試制及試驗驗證情況。

結果發現，雙密封主動潤滑劑制動缸可有效解決既有制動缸缸壁油脂缺失問題，避免制動缸潤滑脂堆積到制動缸的兩端。相較于之前的鑄鐵活塞，雙密封主動潤滑制動缸活塞采用鋁合金材料，可有效減少密封圈和導向帶的磨損，避免鑄鐵活塞銹蝕對缸體內部造成的環境污染。此外，雙密封主動潤滑制動缸除活塞外，其余零部件與既有制動缸完全相同，由此不難看出，雙密封主動潤滑活塞既可以用于制造新的制動缸，也可以用于對既有車輛制動進行技術升級，適用范圍更廣。※