高速機車盤形制動裝置故障分析與處理

汪 遠，王 磊

（南京鐵道職業技術學院，1、學生，2、副教授，江蘇 南京 210031）

1 前言

高速機車制動裝置是實現列車途中減速或停車的關鍵部件，其性能好壞直接影響列車行車安全。若制動裝置發生故障會使機車的制動性能下降，影響機車車輛的正常制動，使機車不能正常減速或按照規定的制動距離停車，嚴重的甚至使機車喪失制動性能，造成列車追尾或脫軌的重大事故。

目前，鐵路機車車輛主要采用踏面制動和盤形制動兩種方式，其中高速機車主要使用盤形制動方式。盤形制動裝置中制動夾鉗卡滯、制動閘片偏磨和制動盤故障等故障是影響高速機車的典型故障，本文重點分析典型故障產生原因及處理方法。

2 制動裝置構成和作用

盤形制動裝置主要由不帶有停放制動的制動夾鉗（見圖1）、帶有停放制動的制動夾鉗（見圖2）、制動閘片和制動盤等部分組成。

高速機車的盤形制動裝置采用的輪裝式制動盤，其制動盤通過螺栓固定安裝在車輪輻板的兩側，制動夾鉗主要由夾鉗杠桿機構、制動缸以及閘片托等零件構成（如圖3 所示），制動夾鉗吊裝在轉向架上，制動閘片安裝在制動夾鉗的閘片托上，并有間隙地跨在制動盤摩擦面兩側。當司機施加制動指令后，制動夾鉗在空氣壓力的作用下，帶動閘瓦拖上的兩個閘片緊緊的壓住制動盤側面，從而通過閘片與制動盤的摩擦而產生制動力，將列車的高速動能轉化為制動摩擦熱能，使列車減速或停車。

圖1 不帶停放制動的制動夾鉗

圖2 帶有停放制動的制動夾鉗

圖3 制動夾鉗結構示意圖（不含制動缸）

3 制動裝置故障類型

高速機車盤形制動裝置在制動過程中制動夾鉗、制動盤及制動閘片會產生一些故障，如制動缸漏氣、制動夾鉗卡滯、制動閘片偏磨和制動盤異常磨耗等典型故障［1-5］。

3.1 制動缸漏氣制動缸內壓縮空氣作用于活塞產生推力，并且經過制動夾鉗等一系列杠桿機構，最終傳遞給制動閘片，使閘片與制動盤相互摩擦從而使列車實現制動。制動缸漏氣將會導致制動缸內的壓縮空氣作用在活塞上而產生的推力不夠，導致制動閘片不能有效地與制動盤貼合，造成列車制動力下降，影響制動效率。

3.2 制動夾鉗卡滯制動夾鉗是盤形制動的主要活動部件。如果制動夾鉗發生卡滯，將嚴重影響制動夾鉗上的制動閘片壓緊制動盤，導致列車制動力不能正常施加，嚴重影響到列車的正常運行。

3.3 制動閘片偏磨制動閘片是制動夾鉗上的關鍵零件，也可作為單獨部件。列車在施加制動時，制動夾鉗帶動制動閘片一起動作，壓緊制動盤摩擦面，使高速運行的機車減速或停止運行。制動閘片在使用過程中，由于需要夾緊制動盤使列車制動，常常會產生磨耗。由于不同制動半徑下的線速度差異，對于同一個制動閘片而言常會出現閘片外側磨耗大于閘片內側的偏磨現象。按照制動閘片的設計和使用規范，制動閘片一般要求偏磨最薄的地方不得小于5mm，而同一制動閘片的內側厚度剩余還有20mm左右；偏磨嚴重的閘片內側可能達到23mm，而閘片外側的最薄處僅有3mm。閘片最薄地方的厚度不得小于5mm，如果低于5mm 就需要進行更換，制動閘片偏磨勢必造成很大的浪費，增加運營成本。

3.4 制動盤異常磨耗高速機車施加制動時，制動閘片壓緊制動盤產生摩擦力，從而使機車車輛實現減速和停止運動。制動閘片與制動盤由于摩擦而產生制動力，在這個過程中可能發生制動盤磨耗過快、磨耗偏大和磨耗不均而產生的凹陷偏磨等現象。這些磨耗會造成制動盤使用壽命縮短，造成制動盤維修或更換頻率變高、成本變大。

4 制動裝置故障原因及處理方法

4.1 制動缸漏氣產生原因及處理方法

4.1.1 制動缸漏氣原因

1）制動缸的膜板破損。膜板與大氣相通，當壓縮空氣進入制動缸時，如果制動缸的膜板破損，將會使壓縮空氣直接排到大氣中，無法產生推力推動活塞使夾鉗杠桿機構動作，導致列車制動無法實現。膜板破損原因是膜板在活塞往復運動過程中，膜板薄弱處容易疲勞開裂，導致制動缸缸體漏風；此外若膜板自身質量不好，也易造成制動缸漏風。

2）制動缸螺栓緊固不均。制動缸在組裝時螺栓緊固不均勻,缸體與缸蓋受力不均勻,容易造成缸體與缸蓋間漏氣。

4.1.2 制動缸漏氣處理方法

1）改善制動缸膜板材質，增加膜板膠質含量，提高膜板彈性，使膜板在運動過程中不易產生破裂和損壞。

2）在制動缸組裝過程中要嚴格按照工藝質量標準做好包括緊固螺栓等工作，發現問題及時處理。

4.2 制動夾鉗卡滯故障原因分析及處理方法

4.2.1 制動夾鉗卡滯故障原因

1）在列車施加制動過程中，制動夾鉗機構的各個銷和軸之間可能進入雜物，如風沙、灰塵、油污等，會影響到夾鉗機構正常動作，甚至造成卡滯，使高速機車無法正常施加制動。

2）夾鉗機構缺油銹死會使夾鉗機構在傳遞制動力過程中卡滯，導致列車正常制動不能實現。

4.2.2 制動夾鉗卡滯處理方法

1）定期檢查制動夾鉗各個銷軸之間動作是否良好，使夾鉗機構狀況符合檢修作業標準。經常清理制動夾鉗軸銷各機構，保證夾鉗機構各個銷和軸之間的潔凈，防止卡滯問題發生。

2）定期對夾鉗機構進行除銹、潤滑保養，確保夾鉗機構各傳動部件均能夠正常動作。

3）加強對夾鉗機構的檢修管理，提高夾鉗機構檢修質量。按照檢修作業要求，加強作業人員培訓，認真執行檢修作業規范，對可能導致故障的薄弱環節要心中有數及時補強，確保夾鉗機構不會出現缺油銹死與夾鉗機構進入異物等導致夾鉗機構故障的現象發生。

4.3 制動閘片偏磨故障原因及處理方法

4.3.1 制動閘片偏磨故障原因

制動閘片產生偏磨的原因有很多種，主要是制動夾鉗閘片托機構的加工制造缺陷和組裝偏差，具體原因主要表現在以下方面：

1）制動閘片在制動過程中，制動閘片的內側與外側線速度不一樣。制動閘片在靠近制動盤中心部分的線速度較低，制動閘片磨耗較小：制動閘片在靠近制動盤外側的線速度較高，制動閘片磨耗較大，因此出現制動閘片偏磨現象。

2）制動夾鉗單元重心偏差較大。制動夾鉗單元主要由制動缸和制動夾鉗杠桿構成。由于制動夾鉗單元制動缸的存在，使制動夾鉗單元重心偏向于缸體一側，較重一側制動閘片更加容易貼緊制動盤，從而造成制動閘片偏磨現象。

3）制動夾鉗的吊掛裝置的孔和對應的圓柱銷配合間隙變大，致使制動閘片偏離作用中心而造成制動閘片的偏磨。

4）制動閘片和制動盤之間的匹配性較差。在制動過程中，制動夾鉗機構會產生異常磨耗，從而導致制動閘片受力不均勻，造成制動閘片的偏磨。

4.3.2 制動閘片偏磨處理方法

1）優化閘片的摩擦受力面積和通風排屑槽分布，使制動閘片在制動過程中，制動閘片內外側的線速度不一樣得到改善。

2）調整閘片面心位置，優化閘片托結構，改善閘片結構，使制動夾鉗與制動盤所產生的壓力更合理均勻地分配在制動閘片上。

3）提升制動夾鉗單元易產生磨耗部件的材質性能，提升制動夾鉗機構的磨耗性，延長使用壽命。此外，要提升檢修和日常養護質量，保證制動閘片不偏離作用中心，減小制動閘片的偏磨。

4）增加制動夾鉗機構之間的潤滑。在制動夾鉗檢修時，要嚴格執行工藝質量標準，認真落實活動機構部件潤滑要求，確保制動夾鉗機構能夠正常施加制動，避免因夾鉗部件卡滯而造成的閘片偏磨。

5）優化制動夾鉗軸銷之間的安裝精度，設計合理的制動夾鉗的間隙配合，使制動閘片能夠更有效地貼合于制動盤，進而減小制動閘片的偏磨。

4.4 制動盤異常磨耗產生原因與處理方法

4.4.1 制動盤異常磨耗產生原因

制動盤與制動閘片均為易磨損部件，在使用過程中磨耗是不可避免的。制動盤使用壽命與溫度，制動盤材質和性能等因素有關，制動盤異常磨耗產生原因：

1）制動盤的硬度低，制造制動盤所使用的材質硬度低于制動閘片所使用材料的硬度，造成制動盤與制動閘片之間匹配性能較差。制動盤材質硬度低是造成制動盤異常磨耗的原因之一。

2）制動盤與制動閘片之間的配合間隙大小不均，制動盤通風散熱不良，制動盤的不同部位受到制動閘片的壓力不同等，會造成制動盤盤面上的溫度不均，溫度高的部位容易萌生裂紋，相對磨損較為嚴重，從而造成制動盤的異常磨耗。

3）制動盤與制動閘片間有異物存在。在機車高速運行過程中，制動盤與制動閘片之間如果進入沙粒、冰雪等異物，在制動盤和制動閘片結合面容易造成磨粒磨損，磨粒磨損屬于點接觸，更容易造成制動盤和制動閘片表面劃傷等異常磨耗。

4.4.2 制動盤異常磨耗處理方法：

1）優化制動盤材質，調整制動盤和制動閘片的硬度，提高制動盤與制動閘片之間的匹配性。

2）加強對制動盤以及制動夾鉗、制動閘片的檢修管理。當發現制動盤產生非正常劃傷時，要及時修理、排除故障或更換新制動盤。定期清理制動夾鉗機構以及制動盤盤面，使制動盤與制動夾鉗間不存有異物，保持部件干凈。這樣更有利于減小制動盤的異常磨耗。

3）改善制動夾鉗機構與制動閘片結構，使制動閘片對制動盤的制動壓力分配更加均勻，減小制動盤因受力不均而產生的異常磨耗。

5 結束語

本文以我國目前高速機車廣泛使用的盤形制動制動裝置為研究對象，針對該裝置在實際運用使用過程中存在的制動缸漏氣、制動夾鉗機構與制動閘片故障和制動盤異常磨耗等典型故障，分析成因，提出對策，旨在為防止以至消除上述故障，提升設備安全性可靠性拋磚引玉，期望引發有關使用單位和維修人員重視，集思廣益，形成更多更好的思路和辦法，既為主機制造企業從產品設計源頭上進行優化設計和制造組裝過程中工藝控制提供技術支撐，也為各鐵路站段優化制動裝置的檢修方案提供依據。