三軸轉向架基礎制動優化設計

李軍君

【摘 要】本文主要介紹了大型養路機械領域廣泛使用的物料運輸車三軸轉向架的基礎制動的特點，以及使用過程中存在的問題，并結合三軸轉向架的結構特點，對基礎制動裝置進行了優化設計，從而更好滿足物料運輸車的使用要求。

【關鍵詞】大型養路機械；物料運輸車；三軸轉向架；基礎制動裝置

中圖分類號： U270.331 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）06-0005-003

【Abstract】This paper mainly introduces the basic braking characteristics of the three-axle bogies of material transport vehicles widely used in the field of large-scale road maintenance machinery， as well as the problems in the use process， and combines the structural features of the three-axle bogies to the basic braking. The device has been optimized to better meet the requirements of the use of the material carrier.

【Key words】Large-scale road maintenance machinery； Material transport vehicle； Three-axle bogie； Basic braking device

0 概述

近年來，由于鐵路事業的蓬勃發展，列車運行速度越來越快，對鐵道線路的要求也越來越高。線路的維護和保養也變得越來越機械化，當然這離不開我們的大型養路機械，而作為“物料搬運工”的物料運輸車也發揮著不可替代的作用，應用越來越廣泛。

WY-100Ⅲ型物料運輸車因其作業時裝載量較大，同時具有自走行功能，目前使用最為廣泛。WY-100Ⅲ型物料運輸車使用的是三軸轉向架，其運行工況類似鐵道貨車，空氣制動閥采用的是貨車上通用的120型制動閥，基礎制動裝置中使用的是貨車通用的L-B型制動梁。在用戶的使用過程中一直存在著一些問題，閘瓦偏靠輪緣造成輪緣非正常磨損、制動時制動橫梁抖動及手制動鏈條抖動，有一定的安全隱患。為了解決此問題，因此有必要對基礎制動裝置進行優化設計。

1 原基礎制動

原基礎制動裝置是在貨車基礎制動的基礎上設計而來，使用的是L-B型制動梁，通過制動杠桿、制動拉桿、制動推桿、銷軸及相關附件連接組合而成，并通過固定支座安裝于轉向架構架上，通過制動缸的驅動作用，能在物料車的運行過程中通過對車輪踏面的作用實現整車的制動和緩解操作。其結構圖如下圖1所示：

制動時圖中杠桿1受左側拉力，拉著制動梁2朝左方運動直至制動梁2兩端的閘瓦貼上車輪踏面，杠桿1繼續受左側拉力，此時下拉桿3會受到朝右方的推力，杠桿4中部為固定支點，所以上拉桿5會受到朝左側的拉力，并拉著杠桿6朝左側運動，杠桿6朝左側運動帶著制動梁8運動直至制動梁8兩端的閘瓦貼上車輪踏面， 杠桿1繼續受拉力，下拉桿7受推力并推著杠桿10朝右側運動，杠桿10朝右側運動帶著制動梁9運動直至制動梁9兩端的閘瓦貼緊對應的車輪踏面，最終實現轉向架上所有車輪的制動，由于動作時間短，可看作三對車輪同時實現制動。

由圖可以看出，制動梁連接銷孔與水平方向存在一定角度，所以制動杠桿均為傾斜安裝（如圖2），因制動杠桿與制動梁存在一個水平方向夾角，制動杠桿運動過程中帶動制動梁有一水平方向的運動。

基礎制動裝置制動和緩解的過程中，制動梁隨著制動杠桿的運動就會出現一定的橫向位移。轉向架中輪對與構架存在一定的橫向間隙，在運行過程中輪對相對構架可以有一定的橫向位移，目的是為了更好的通過曲線，所以在過曲線的過程中，必然會出現制動梁與輪對相向運動的情況，從而出現閘瓦偏靠車輪輪緣，發生閘瓦磨耗輪緣，同時基礎制動裝置無復位裝置，閘瓦與輪緣時而接觸時而不接觸，造成閘瓦的振動，閘瓦的微小振動就會引起連接制動缸的杠桿較大幅度的振動，最終出現制動時制動杠桿和鏈條的明顯抖動。

三軸轉向架基礎制動比貨車多一套制動梁，連桿機構較長，且整套基礎制動裝置中僅有圖1中標識3處有兩個固定支點，其余均為活動鉸支點，所以在制動和緩解的過程中基礎制動裝置中零部件均有較大的活動空間，這也進一步造成了制動杠桿的抖動。

2 新基礎制動

新的基礎制動的設計需要解決原來存在的問題，同時還要滿足物料車的制動和緩解要求。結合物料車轉向架的結構特點，為了解決制動過程中閘瓦偏靠輪緣的問題，新設計的基礎制動裝置中制動杠桿垂直安裝，從結構上消除了制動梁橫向受力，其結構原理圖如圖3：

如圖所示，轉臂4、轉臂7和轉臂9上均有一個固定支點，其余鏈接處均為活動鉸接支點。制動時，制動缸鞲鞴桿伸出通過杠桿1帶動拉桿2向左運動：拉桿2向左運動的同時會帶動杠桿3和拉板5向左運動，拉板5向左運動會帶動杠桿6向左運動，于此同時，拉桿8和轉臂7上端會隨著杠桿6向左運動，拉桿8向左運動帶動轉臂9上端向左運動，此時轉臂9下端向右運動通過制動梁使III軸閘瓦靠緊III軸車輪實現制動，轉臂7上端向左運動的同時其下端向右運動，并通過制動梁使II軸閘瓦靠緊II軸車輪實現制動，II、III軸閘瓦貼緊車輪后，拉板5與杠桿6之間的鉸接點變成固定支點，拉桿2繼續朝左運動帶動轉臂4上端向右運動，同時轉臂4下端向左運動通過制動梁使I軸閘瓦靠緊I軸車輪實現制動。由于動作時間短，可看作三對車輪同時實現制動。

圖中拉桿2和拉桿10安裝方向沿鋼軌方向垂直車軸，轉臂4、轉臂7和轉臂9動作方向與車軸垂直，同時由于固定支座的作用，防止了制動梁的跳動和左右位移，動作時作用到制動梁上無沿枕木方向分力，不會造成制動時閘瓦偏向一側輪緣，三對車輪閘瓦動作的先后順序也不會影響結果。同時在轉臂處加裝扭力彈簧，使緩解狀態下的制動梁能具有一定的復位功能，從而使閘瓦能離開車輪踏面。

根據轉向架的結構特點及安裝空間設計出的新的基礎制動裝置制動倍率為7.41，制動倍率計算如下：

如圖4，軸1、軸2、軸3指的是轉向架中的三根車軸，圖中上半部分是三個轉臂的截面圖，下半部分是轉臂之間的拉桿連接圖。

設轉向架原始輸入力為F，軸1的閘瓦壓力總和為F軸1，根據力學關系有：

F軸1=L5×F×L1÷L2÷L6

（L5=395，L1=335，L2=335，L6=160）

F軸1=395×F×335÷335÷160

F軸1=2.47F

軸1的制動倍率β1=F軸1÷F=2.47

依次類推，

F軸2 = L5×F×L3÷L4÷L6

（L5=395，L3=327，L4=327，L6=160）

F軸2 = 395×F×327÷327÷160

F軸2 =2.47F

軸2的制動倍率β2= F軸2÷F=2.47

F軸3 = L5×F2÷L6

（L5=395，F2=F，L6=160）

F軸3 = 395×F×÷160

F軸3 =2.47F

軸3的制動倍率β3= F軸3÷F=2.47

基礎制動倍率為β=β1+β2+β3=7.41

新設計的基礎制動三維結構圖如圖5所示，制動梁是在原L-B型制動梁的基礎上通過將中間立柱的銷孔由傾斜更改為水平，制動梁根據安裝于支座上的轉臂的運動來動作從而實現閘瓦壓緊和離開車輪踏面。

當轉臂在支座內位于居中狀態時，轉臂在支座內有一定的橫向移動空間，為單邊7.5mm（如圖6），制動梁與轉臂連接處也有一定的橫向間隙，單邊為2mm，所以制動梁相對與支座橫向移動間隙為單邊9.5mm。而當輪對和制動梁均為居中狀態時，閘瓦側面距離輪緣為單邊9mm，軸箱橫向間隙最大為24mm，即單邊最大為12mm，車輪橫向移動到最大位置時，制動梁單邊9.5mm的橫移量和閘瓦距輪緣單邊9mm的間隙可保證轉臂與支座處無橫向的相互作用力（9.5+9>12），即轉臂支座處無非正常受力，所以滿足使用要求。

1—杠桿1；2—拉桿8；3—轉臂9；

4—固定支座；5—III軸制動梁。

圖5 基礎制動裝置三維結構圖

1—閘瓦與輪緣單邊9mm；2—轉臂與支座單邊7.5mm；

3—制動梁與轉臂連接處單邊2mm。

圖6 轉臂、組合制動梁與輪對位置圖

新設計的基礎制動需滿足物料車整車制動力的要求，原基礎制動單轉向架的基礎制動倍率為10，在保證整車制動性能的情況下需要通過杠桿1來進行制動倍率的調整，得出杠桿1處的放大倍率為10/7.41=1.35才能滿足使用要求，然后根據制動杠桿1的安裝要求來進行制動缸和制動杠桿安裝座的定位設計。

由于基礎制動裝置拉桿位置較高，已經高過齒輪箱懸吊橫梁（如圖11），所以齒輪箱懸吊橫梁上需增加一個托架（如圖12），以便拉桿一端出現掉落時起到一定的安全防護作用。

新設計的基礎制動需要滿足液壓制動和手制動的安裝，所以液壓油缸及手制動機與基礎制動的接口處有相應的變化，此處不作詳述。

3 裝車試驗

新設計的基礎制動裝置進行了一臺車的裝車試驗，并對整車進行了連掛的空載和重載試驗，試驗過程中物料車均由一臺軌道車進行牽引，車輛運行中速度達到60km/h時進行制動、緩解操作，然后制動直至停車，試驗6次，過程中使用視頻裝置對閘瓦處和制動杠桿處進行了監控。試驗前在閘瓦靠輪緣側邊刷紅色油漆，以便試驗后驗證效果。

通過現場觀察和后期視頻觀察分析，試驗過程中未出現制動杠桿抖動現象，閘瓦無偏磨痕跡。

4 結論

新設計的轉向架基礎制動裝置能較好解決制動和緩解時閘瓦偏靠輪緣的問題，以及伴生的制動杠桿抖動相關問題，同時通過相關計算可知，制動倍率也能滿足原整車的設計要求，安裝中各處間隙亦能滿足使用要求，無干涉存在。

后期裝車試驗情況良好，使用過程中未出現閘瓦偏靠輪緣及制動杠桿抖動的現象，說明設計合理，滿足使用要求，設計思路在以后的基礎制動設計中值得借鑒。

【參考文獻】

[1]大型養路機械YZ-1型制動機，毛必顯，北京，中國鐵道出版社，2000.

[2]列車制動，饒忠，北京，中國鐵道出版社，1998.