新型自动调整行程制动缸的研制

铁路货车在制动过程中闸瓦不断磨耗, 使车轮和闸瓦间隙偏大, 导致制动缸活塞行程过长, 制动力偏小, 从而影响行车安全;因此, 铁路货车就需要安装一个闸瓦间隙调整装置, 及时调整制动缸活塞行程, 使之保持在一定的尺寸范围之内。

在目前的铁路货车制动系统布置中, 制动系统各部件基本采用散开式的传统布置方式, 制动系统采用了多级杠杆传动机构, 闸瓦间隙调整装置和制动缸是分开布置的, 在一些制动装置安装空间受到限制的铁路货车上, 制动装置将难以布置, 即使勉强完成布置, 往往制动装置结构繁琐且传动效率偏低。如果采用将闸瓦间隙调整装置和制动缸集成在一起的自动调整行程制动缸, 则能很方便的解决该难题。

1 基本结构

新型自动调整行程制动缸由闸瓦间隙调整机构和制动缸两部分组成 (见图1) 。

制动缸部分由缓解弹簧、活塞组成、制动缸体、外套筒和复位弹簧组成。

闸瓦间隙调整机构主要由螺杆、弹簧 (1) 、弹簧 (2) 、套筒组成、推力轴承、调整螺母、拉杆、操纵杆等组成。

套筒组成可在活塞的推动下伸出外套筒, 当活塞回退时套筒组成又可在复位弹簧的作用下缩回外套筒。套筒组成与外套筒的位置变化可控制操纵杆与套筒组成的位置变化, 使操纵杆带动拉杆动作, 调整两个弹簧对调整螺母作用力的大小, 从而控制调整螺母是否可以脱开离合面旋转。当调整螺母可旋转时, 螺杆可以伸出或缩回套筒组成, 从而调整闸瓦和车轮之间的间隙。

闸瓦间隙调整机构的基本工作原理简单说就是一个压杆, 但做成两截套在一起, 一截做成螺杆, 另一截做成一端带控制机构的空心的套筒组成, 中间用调整螺母连接。当调整螺母不受约束、可以旋转时, 压杆就会因旋转方向不同而伸长或缩短。为了能使其自动调整而将调整螺母前后都装上预压缩的弹簧, 并把螺杆和调整螺母的螺纹做成多头的非自锁螺纹, 使弹簧能推动螺母向前或向后转动, 导致压杆伸长或缩短, 即闸瓦间隙调整机构的总长度伸长或缩短。

闸瓦间隙调整机构内有3个离合器, 通过各个离合器的接合和脱开来实现闸调器在各个工况下的作用 (见图2) 。离合器A和B由调整螺母左右两端外锥面和套筒内腔与之对应的两个内锥面组成;离合器C由操纵杆端部凸起面与制动缸体与之对应的平台面组成。

1.螺杆;2.弹簧 (1) ;3.套筒组成;4.调整螺母;5.推力轴承;6.弹簧 (2) ;7.拉杆;8.操纵杆;9.制动缸体;10.缓解弹簧;11.活塞组成;12.外套筒;1 3.复位弹簧。

1.螺杆;2.弹簧 (1) ;3.套筒组成;4.调整螺母;5.推力轴承;6.弹簧 (2) ;7.拉杆;8.操纵杆;9.制动缸体;10.缓解弹簧;11.活塞组成;12.车轮;1 3.制动梁闸瓦;1 4.制动梁杠杆 (1) ;15.制动梁杠杆 (2) 。

2 作用原理

新型自动调整行程制动缸的作用分为三个工况:第一, 是正常间隙时的工况, 第二, 是大于正常间隙时的工况, 第三, 是小于正常间隙时的工况, 现阐述如下。

如图2所示, 为了说明作用原理需要, 增加了车轮、制动梁闸瓦、制动梁杠杆 (1) 、制动梁杠杆 (2) , 并简化了新型自动调整行程制动缸的结构。

缓解时各零部件所处位置如图2所示。在缓解状态下, 制动缸没有受外力, 各零部件是根据套筒内两个弹簧的弹簧压力的作用保持在各自的位置, 弹簧 (1) 的预压力小于弹簧 (2) 的预压力, 此时离合器A接合, 离合器B、C脱开。

第一阶段。制动缸活塞逐渐向左移动, 带动套筒组成移动, 此时操纵杆跟随套筒组成一起移动, 离合器C逐渐由脱开转为接合;在离合器C接触之前, 操纵杆没有受力, 暂时没有动作。

第二阶段。正常间隙时, 随着制动缸活塞继续向左移动, 制动梁闸瓦与车轮接触, 此时离合器C已经接合, 操纵杆不再跟随套筒组成向左移动, 操纵杆带动拉杆停止向左移动 (见图3) 。

当闸瓦间隙小于正常间隙时, 在离合器C接触之前, 制动梁闸瓦就已接触到车轮, 螺杆所受制动梁杠杆 (1) 的反力增大;此时, 这一增大后的反力和弹簧 (1) 共同作用在调整螺母上的合力将大于弹簧 (2) 作用在调整螺母上的作用力, 推动调整螺母和螺杆一起向左移动;但此时弹簧 (2) 对调整螺母的作用力仍大于弹簧 (1) 对调整螺母的作用力, 于是当离合器A脱开后, 这一弹簧合力又有使离合器A接合的趋势, 由于离合器B也保持脱开状态, 导致调整螺母旋转, 螺杆向左移动缩进套筒组成。

第三阶段。正常间隙时, 套筒继续向左移动, 拉杆压缩弹簧 (2) , 使弹簧 (2) 作用在调整螺母上的作用力小于弹簧 (1) 作用在调整螺母上的作用力, 这两个相反作用力的合力 (以下简称:弹簧合力) 和螺杆所受制动梁杠杆 (1) 的反力共同作用, 使调整螺母和螺杆一起向右移动, 使离合器A脱开, 离合器B接合 (见图4) 。

当闸瓦间隙大于正常间隙时, 由于此时闸瓦仍未与车轮接触, 于是螺杆所受另一侧制动梁杠杆 (1) 的反力远小于弹簧这两个相反作用力的合力, 此时离合器A脱开后, 没有立刻与离合器B接合, 此时调整螺母由于没有受到任何离合器摩擦副的约束, 从而可以在螺杆上旋转, 由于弹簧 (1) 作用在螺杆上的力大于另一侧制动梁的反力, 于是螺杆在弹簧 (1) 的作用力的推动下向右侧伸出套筒。这一过程直到两侧的制动梁闸瓦接触到车轮时停止。

第四阶段。当离合器B接合后, 闸瓦间隙调整机构成一个压死杆。此时, 一端制动力的传递过程是活塞→套筒→离合器B→调整螺母→螺杆→杠杆 (1) ;另一端的制动力传递过程是制动缸体→杠杆 (2) 。

3 试验情况

对原理机进行了试验台性能试验, 完成正常间隙稳定性、间隙减小与增大及灵敏度、螺杆全行程伸长与缩短等各项试验, 试验结果全部达到设计要求。

4 结语

新型自动调整行程制动缸采用闸瓦间隙调整机构与制动缸集成在一起的组合方式, 构思巧妙, 结构简单、紧凑、作用可靠;可有效解决制动装置安装空间受到限制的铁路货车制动系统布置困难及制动效率偏低的难题。

摘要：介绍了一种新型自动调整行程制动缸的基本结构、作用原理和试验情况。

关键词：自动调整行程,制动缸