ST系列闸调器故障影响分析

ST系列闸调器故障影响分析

刘丛贵

中国铁路哈尔滨局集团有限公司齐齐哈尔车辆段 黑龙江齐齐哈尔 161000

1. 闸调器的作用方式

    我国铁路货车广泛装用ST2-250型和ST1-600型两种型号。ST2-250型闸调器是当前我国新造铁路货车的主型闸调器，典型安装方式是安装在前后制动杠杆之间。

    以ST2-250型闸调器为例，闸调器正常设定情况下，闸调器调整分为以下三个状态：

    （1）轮瓦间隙等于设定值

    缓解时，筒体与挡铁的间距为A，制动时，在筒体与挡铁接触的同时，闸瓦与车轮恰好接触，筒体和挡铁相对位移为A+S´，其中S´为杆系弹性变形和内部间隙变化引起的位移，可保证车轮与闸瓦间隙为设定值，保持恒定的制动缸活塞行程，闸调器长度不变。

    （2）轮瓦间隙大于设定值

    缓解时，筒体与挡铁的间距为A，制动时，在筒体与挡铁接触时，闸瓦与车轮并未接触，剩余间隙反馈到筒体与挡铁的相对位移须增加S。这种情况下，筒体和挡铁相对位移为A+S´+S，制动缸活塞行程相应增大，闸调器须进行缩短调整。

    （3）轮瓦间隙小于设定值

    缓解时，筒体与挡铁的间距为A，制动时，在闸瓦与车轮接触时，筒体与挡铁并未接触，剩余间隙反馈到筒体与挡铁的相对位移须减小S。这种情况下，筒体在拉力作用下旋转，与挡铁接触，这样，筒体与挡铁相对位移为A+S´-S，制动缸活塞行程相应减小，闸调器须进行伸长调整。

2. 闸调器的受力分析

    ST系列闸调器为拉伸式闸调器，为了解闸调器在制动缓解过程中受力情况，结合典型基础制动装置布置形式，对闸调器的受力情况进行了分析。

2.1制动时力的传递

    车辆施行空气制动时，制动缸在压力空气的作用下伸出产生制动源动力，制动力从前制动杠杆开始传递。前制动杠杆带动闸调器并绕闸调器圆销旋转，拉动1位上拉杆，上拉杆再拉动1位转向架制动装置；闸调器在拉力作用下向前移动，拉力通过闸调器拉动后制动杠杆，后制动杠杆绕固定支点旋转拉动2位上拉杆，再拉动2位转向架制动置。

    至此，制动缸产生的制动力经过基础制动装置、转向架制动装置的传递，作用闸瓦与车轮踏面上，最终产生制动力。

2.2缓解时力的传递

当车辆缓解时，制动缸或手制动机施加的作用力消除，制动缸和手制动机不能带动基础制动装置和转向架制动装置缓解，其缓解的动力来源于制动梁的重力，力的传递过程与制动时正好相反。

    由于转向架滑槽存在一定角度，制动梁滑块可沿滑槽移动。缓解时，制动梁重力作用产生一个沿滑槽方向的分力，使制动梁向后、向下移动。固定杠杆侧制动梁移动使固定杠杆绕支点旋转，推动中拉杆移动，中拉杆再推动游动杠杆旋转，使上拉杆受拉力作用；游动杠杆侧制动梁移动同样推动游动杠杆旋转，使上拉杆也受拉力作用。1位上拉杆受拉后，拉动前制动杠杆绕闸调器圆销旋转，推动制动缸推杆向缓解位移动；2位上拉杆受拉后，拉动后制动杠杆绕固定支点旋转，后制动杠杆拉动闸调器，再带动前制动杠杆旋转，使制动缸推杆进一步向缓解位移动。可知，在制动、缓解过程中，闸调器始终受到拉力作用。

3. 闸调器故障形式

    通过对闸调器故障的长期关注和多次现场调研，闸调器运用和检修过程中主要存在零件磨耗、磨损，变形、破损，锈蚀及内部油脂干涸等问题，影响闸调器的检修周期和使用可靠性。

3.1磨耗、磨损

    检修中发现，闸调器前盖、引导螺母的伞齿磨耗，拉杆、螺杆的磨损等问题。

3.2变形、破损

    运用中发现，闸调器控制杆弯曲、拉杆头裂断、拉杆挡圈断裂和固定螺栓丢失、筒体脱出等问题

3.3锈蚀

    主要是引导螺母弹簧盒、筒体的锈蚀。

3.4闸调器未正确调整

调整闸调器主要是调整控制杆的伸出长度，控制制动缸活塞行程。如未正确调整，可造成制动缸行程不符合相关规定，严重时可造成制动缸无行程，此时闸瓦与车轮无间隙，产生抱闸。

由于调整时控制杆较原来伸长了约120mm，制动缸活塞标准行程为125mm，相应也要缩短120mm，制动缸基础无行程，此时挡铁已压在筒体上，A值为0。此时，闸瓦间隙为0，即使在缓解状态下，车轮与闸瓦也不会分开，产生抱闸。

3.5前盖和引导螺母伞齿磨耗严重超限

    闸调器检修标准规定，前盖和引导螺母的伞齿磨耗限度为不大于齿高的1/3。为验证伞齿磨耗对闸调器性能影响，将引导螺母与前盖对磨，伞齿磨耗达到一半后组装，再进行试验台性能试验，结果表明，前盖和引导螺母伞齿磨耗严重超限对闸调器性能无明显影响，试验台性能试验合格。

3.6主弹簧折断

    理论上，闸调器除去主弹簧后，无法进行伸长和缩短调整，变成一根死杆。试验将主弹簧从中间折断后再组装到闸调器里，进行制动、缓解试验，观察对闸调器调整动作的影响。

    初期，闸调器作用正常，但随着试验次数增加，筒体不再产生旋转，闸调器失去作用。分解后发现两段主弹簧缠绕在一起，弹簧总高度变小。分析认为，初始阶段，虽然主弹簧折断，但两段弹簧总高度未明显减小，主弹簧存在一定的压力，随试验次数增多，当两段主弹簧缠绕到一定程度，两段弹簧的总高度降低到不能提供足够作用力后，闸调器失去作用。

4. 闸调器故障影响分析  
   1. 制动抱闸

闸调器只有持续缩短才会使闸瓦间隙变小，产生抱闸。

a）由闸调整器作用方式可知，正常调整时，闸调器要缩短，筒体必须与挡铁接触并使主弹簧产生超过弹性变形量的压缩量。

b）由试验结果可知，闸调器发生故障后，最大缩短量仅为基础制动杆系的弹性变形量，之后挡铁与筒体虽接触但不再压缩主弹簧,无法继续缩短。

c）受力分析可知，无论在制动和缓解过程中，闸调器始终受拉力作用，不会因基础制动的作用造成压缩。

综上，闸调器即使发生故障，最大缩短量为基础制动杆系的弹性变形量，约18mm，以C70E型敞车制动倍率7.8为例，闸瓦间隙将由约19.9mm减小至15.3mm，不会造成制动抱闸。

4.2闸调器故障判断

相关试验结果表明，闸调器作用正常时，制动或缓解过程中，筒体会产生旋转动作，而故障闸调器的筒体一般不旋转。因此，运用过程中，若发现闸调器在制动和缓解过程中筒体均不旋转，基本可判断闸调器故障，可进行更换处理。

4.3零部件变形、破损

a）控制杆弯曲

控制杆弯曲后，相当于挡铁到筒体的距离A增大，制动缸行程将伸长，制动缸系统平衡压力将略有降低。

相关试验已确定控制杆变形的原因是，当闸调器螺杆收缩到极限时，护管端头与后拉杆头的间距仅有12mm。再次施加制动时，挡铁将推动筒体向后移动，使护管端头与后拉杆头接触，闸调器的拉力通过护管、筒体传递到挡铁、控制杆上，控制杆受到压力的大小由到主弹簧压力变为闸调器受到的拉力，超过了控制杆材料的屈服极限，造成控制杆弯曲。

个别单位在架车检修时进行单车试验，未固定上拉条端头，闸调器可缩至最短，就会出现了控制杆弯曲情况。

    因此，适当加长螺杆长度，增大护管端头与后拉杆头的间距，就可解决控制杆弯曲问题。架车进行单车试验时，固定上拉条端头，也可避免控制杆弯曲问题。

b）前拉杆头裂断

前拉杆头为组焊件，且受力较大，焊接热影响会造成材质变化及初始裂纹源，长期使用使裂纹扩大，以致断裂，造成闸调器脱落，严重影响列车行车安全。耐久试验时，曾出现拉杆头经27万次循环试验就发生断裂的情况。

c）零部件磨耗、锈蚀

拉杆、螺纹、前盖和引导螺母的伞齿等零部件的磨耗、锈蚀及润滑脂干涸仅影响闸调器的使用寿命和检修周期，对行车安全无直接影响。延长零件的使用寿命和检修周期，采用相应的防腐耐磨措施即可。要防止内部件锈蚀和油脂干涸，须提高闸调器的密封性能。

5. 结论与建议
   1. 结论

通过对闸调器故障现场调研、理论分析及试验台试验，可得以下结论：

5.1.1 闸调器自身故障不会造成抱闸，但错误调整可能会减小闸瓦间隙造成抱闸。

5.1.2 前拉杆头断裂会造成闸调器脱落，严重影响列车行车安全。

5.1.3 控制杆弯曲，各零件锈蚀、磨耗、润滑脂干涸等故障影响闸调器的作用性能及使用寿命、检修周期，对列车安全运行无明显影响。

5.2建议

5.2.1 尽快采用锻造一体的前拉杆头代替焊接结构，避免拉杆头裂断故障，防止闸调器脱落。

5.2.2 修改闸调器螺杆尺寸，增大后拉杆头与护管头间尺寸，解决控制杆弯曲故障。

5.2.3 进一步研究延长闸调器检修周期和使用寿命。