李軍君

【摘 要】本文主要介紹了大型養(yǎng)路機(jī)械領(lǐng)域廣泛使用的物料運(yùn)輸車三軸轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)制動(dòng)的特點(diǎn)，以及使用過程中存在的問題，并結(jié)合三軸轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而更好滿足物料運(yùn)輸車的使用要求。

【關(guān)鍵詞】大型養(yǎng)路機(jī)械；物料運(yùn)輸車；三軸轉(zhuǎn)向架；基礎(chǔ)制動(dòng)裝置

中圖分類號(hào)： U270.331 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：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(yè)的蓬勃發(fā)展，列車運(yùn)行速度越來越快，對(duì)鐵道線路的要求也越來越高。線路的維護(hù)和保養(yǎng)也變得越來越機(jī)械化，當(dāng)然這離不開我們的大型養(yǎng)路機(jī)械，而作為“物料搬運(yùn)工”的物料運(yùn)輸車也發(fā)揮著不可替代的作用，應(yīng)用越來越廣泛。

WY-100Ⅲ型物料運(yùn)輸車因其作業(yè)時(shí)裝載量較大，同時(shí)具有自走行功能，目前使用最為廣泛。WY-100Ⅲ型物料運(yùn)輸車使用的是三軸轉(zhuǎn)向架，其運(yùn)行工況類似鐵道貨車，空氣制動(dòng)閥采用的是貨車上通用的120型制動(dòng)閥，基礎(chǔ)制動(dòng)裝置中使用的是貨車通用的L-B型制動(dòng)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(dòng)時(shí)制動(dòng)橫梁抖動(dòng)及手制動(dòng)鏈條抖動(dòng)，有一定的安全隱患。為了解決此問題，因此有必要對(duì)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 原基礎(chǔ)制動(dòng)

原基礎(chǔ)制動(dòng)裝置是在貨車基礎(chǔ)制動(dòng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而來，使用的是L-B型制動(dòng)梁，通過制動(dòng)杠桿、制動(dòng)拉桿、制動(dòng)推桿、銷軸及相關(guān)附件連接組合而成，并通過固定支座安裝于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，通過制動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)作用，能在物料車的運(yùn)行過程中通過對(duì)車輪踏面的作用實(shí)現(xiàn)整車的制動(dòng)和緩解操作。其結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：

制動(dòng)時(shí)圖中杠桿1受左側(cè)拉力，拉著制動(dòng)梁2朝左方運(yùn)動(dòng)直至制動(dòng)梁2兩端的閘瓦貼上車輪踏面，杠桿1繼續(xù)受左側(cè)拉力，此時(shí)下拉桿3會(huì)受到朝右方的推力，杠桿4中部為固定支點(diǎn)，所以上拉桿5會(huì)受到朝左側(cè)的拉力，并拉著杠桿6朝左側(cè)運(yùn)動(dòng)，杠桿6朝左側(cè)運(yùn)動(dòng)帶著制動(dòng)梁8運(yùn)動(dòng)直至制動(dòng)梁8兩端的閘瓦貼上車輪踏面， 杠桿1繼續(xù)受拉力，下拉桿7受推力并推著杠桿10朝右側(cè)運(yùn)動(dòng)，杠桿10朝右側(cè)運(yùn)動(dòng)帶著制動(dòng)梁9運(yùn)動(dòng)直至制動(dòng)梁9兩端的閘瓦貼緊對(duì)應(yīng)的車輪踏面，最終實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向架上所有車輪的制動(dòng)，由于動(dòng)作時(shí)間短，可看作三對(duì)車輪同時(shí)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

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

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置制動(dòng)和緩解的過程中，制動(dòng)梁隨著制動(dòng)杠桿的運(yùn)動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)一定的橫向位移。轉(zhuǎn)向架中輪對(duì)與構(gòu)架存在一定的橫向間隙，在運(yùn)行過程中輪對(duì)相對(duì)構(gòu)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(huì)出現(xiàn)制動(dòng)梁與輪對(duì)相向運(yùn)動(dòng)的情況，從而出現(xiàn)閘瓦偏靠車輪輪緣，發(fā)生閘瓦磨耗輪緣，同時(shí)基礎(chǔ)制動(dòng)裝置無(wú)復(fù)位裝置，閘瓦與輪緣時(shí)而接觸時(shí)而不接觸，造成閘瓦的振動(dòng)，閘瓦的微小振動(dòng)就會(huì)引起連接制動(dòng)缸的杠桿較大幅度的振動(dòng)，最終出現(xiàn)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)杠桿和鏈條的明顯抖動(dòng)。

三軸轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)比貨車多一套制動(dòng)梁，連桿機(jī)構(gòu)較長(zhǎng)，且整套基礎(chǔ)制動(dòng)裝置中僅有圖1中標(biāo)識(shí)3處有兩個(gè)固定支點(diǎn)，其余均為活動(dòng)鉸支點(diǎn)，所以在制動(dòng)和緩解的過程中基礎(chǔ)制動(dòng)裝置中零部件均有較大的活動(dòng)空間，這也進(jìn)一步造成了制動(dòng)杠桿的抖動(dòng)。

2 新基礎(chǔ)制動(dòng)

新的基礎(chǔ)制動(dòng)的設(shè)計(jì)需要解決原來存在的問題，同時(shí)還要滿足物料車的制動(dòng)和緩解要求。結(jié)合物料車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了解決制動(dòng)過程中閘瓦偏靠輪緣的問題，新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置中制動(dòng)杠桿垂直安裝，從結(jié)構(gòu)上消除了制動(dòng)梁橫向受力，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖3：

如圖所示，轉(zhuǎn)臂4、轉(zhuǎn)臂7和轉(zhuǎn)臂9上均有一個(gè)固定支點(diǎn)，其余鏈接處均為活動(dòng)鉸接支點(diǎn)。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)缸鞲鞴桿伸出通過杠桿1帶動(dòng)拉桿2向左運(yùn)動(dòng)：拉桿2向左運(yùn)動(dòng)的同時(shí)會(huì)帶動(dòng)杠桿3和拉板5向左運(yùn)動(dòng)，拉板5向左運(yùn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)杠桿6向左運(yùn)動(dòng)，于此同時(shí)，拉桿8和轉(zhuǎn)臂7上端會(huì)隨著杠桿6向左運(yùn)動(dòng)，拉桿8向左運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂9上端向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)轉(zhuǎn)臂9下端向右運(yùn)動(dòng)通過制動(dòng)梁使III軸閘瓦靠緊III軸車輪實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，轉(zhuǎn)臂7上端向左運(yùn)動(dòng)的同時(shí)其下端向右運(yùn)動(dòng)，并通過制動(dòng)梁使II軸閘瓦靠緊II軸車輪實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，II、III軸閘瓦貼緊車輪后，拉板5與杠桿6之間的鉸接點(diǎn)變成固定支點(diǎn)，拉桿2繼續(xù)朝左運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂4上端向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)轉(zhuǎn)臂4下端向左運(yùn)動(dòng)通過制動(dòng)梁使I軸閘瓦靠緊I軸車輪實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。由于動(dòng)作時(shí)間短，可看作三對(duì)車輪同時(shí)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

圖中拉桿2和拉桿10安裝方向沿鋼軌方向垂直車軸，轉(zhuǎn)臂4、轉(zhuǎn)臂7和轉(zhuǎn)臂9動(dòng)作方向與車軸垂直，同時(shí)由于固定支座的作用，防止了制動(dòng)梁的跳動(dòng)和左右位移，動(dòng)作時(shí)作用到制動(dòng)梁上無(wú)沿枕木方向分力，不會(huì)造成制動(dòng)時(shí)閘瓦偏向一側(cè)輪緣，三對(duì)車輪閘瓦動(dòng)作的先后順序也不會(huì)影響結(jié)果。同時(shí)在轉(zhuǎn)臂處加裝扭力彈簧，使緩解狀態(tài)下的制動(dòng)梁能具有一定的復(fù)位功能，從而使閘瓦能離開車輪踏面。

根據(jù)轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝空間設(shè)計(jì)出的新的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置制動(dòng)倍率為7.41，制動(dòng)倍率計(jì)算如下：

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

設(shè)轉(zhuǎn)向架原始輸入力為F，軸1的閘瓦壓力總和為F軸1，根據(jù)力學(xué)關(guān)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(dòng)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(dòng)倍率β2= F軸2÷F=2.47

F軸3 = L5×F2÷L6

（L5=395，F(xiàn)2=F，L6=160）

F軸3 = 395×F×÷160

F軸3 =2.47F

軸3的制動(dòng)倍率β3= F軸3÷F=2.47

基礎(chǔ)制動(dòng)倍率為β=β1+β2+β3=7.41

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)三維結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，制動(dòng)梁是在原L-B型制動(dòng)梁的基礎(chǔ)上通過將中間立柱的銷孔由傾斜更改為水平，制動(dòng)梁根據(jù)安裝于支座上的轉(zhuǎn)臂的運(yùn)動(dòng)來動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)閘瓦壓緊和離開車輪踏面。

當(dāng)轉(zhuǎn)臂在支座內(nèi)位于居中狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)臂在支座內(nèi)有一定的橫向移動(dòng)空間，為單邊7.5mm（如圖6），制動(dòng)梁與轉(zhuǎn)臂連接處也有一定的橫向間隙，單邊為2mm，所以制動(dòng)梁相對(duì)與支座橫向移動(dòng)間隙為單邊9.5mm。而當(dāng)輪對(duì)和制動(dòng)梁均為居中狀態(tài)時(shí)，閘瓦側(cè)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(dòng)到最大位置時(shí)，制動(dòng)梁?jiǎn)芜?.5mm的橫移量和閘瓦距輪緣單邊9mm的間隙可保證轉(zhuǎn)臂與支座處無(wú)橫向的相互作用力（9.5+9>12），即轉(zhuǎn)臂支座處無(wú)非正常受力，所以滿足使用要求。

1—杠桿1；2—拉桿8；3—轉(zhuǎn)臂9；

4—固定支座；5—III軸制動(dòng)梁。

圖5 基礎(chǔ)制動(dòng)裝置三維結(jié)構(gòu)圖

1—閘瓦與輪緣單邊9mm；2—轉(zhuǎn)臂與支座單邊7.5mm；

3—制動(dòng)梁與轉(zhuǎn)臂連接處單邊2mm。

圖6 轉(zhuǎn)臂、組合制動(dòng)梁與輪對(duì)位置圖

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)需滿足物料車整車制動(dòng)力的要求，原基礎(chǔ)制動(dòng)單轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)制動(dòng)倍率為10，在保證整車制動(dòng)性能的情況下需要通過杠桿1來進(jìn)行制動(dòng)倍率的調(diào)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(jù)制動(dòng)杠桿1的安裝要求來進(jìn)行制動(dòng)缸和制動(dòng)杠桿安裝座的定位設(shè)計(jì)。

由于基礎(chǔ)制動(dòng)裝置拉桿位置較高，已經(jīng)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(gè)托架（如圖12），以便拉桿一端出現(xiàn)掉落時(shí)起到一定的安全防護(hù)作用。

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)需要滿足液壓制動(dòng)和手制動(dòng)的安裝，所以液壓油缸及手制動(dòng)機(jī)與基礎(chǔ)制動(dòng)的接口處有相應(yīng)的變化，此處不作詳述。

3 裝車試驗(yàn)

新設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置進(jìn)行了一臺(tái)車的裝車試驗(yàn)，并對(duì)整車進(jìn)行了連掛的空載和重載試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中物料車均由一臺(tái)軌道車進(jìn)行牽引，車輛運(yùn)行中速度達(dá)到60km/h時(shí)進(jìn)行制動(dòng)、緩解操作，然后制動(dòng)直至停車，試驗(yàn)6次，過程中使用視頻裝置對(duì)閘瓦處和制動(dòng)杠桿處進(jìn)行了監(jiān)控。試驗(yàn)前在閘瓦靠輪緣側(cè)邊刷紅色油漆，以便試驗(yàn)后驗(yàn)證效果。

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察和后期視頻觀察分析，試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)制動(dòng)杠桿抖動(dòng)現(xiàn)象，閘瓦無(wú)偏磨痕跡。

4 結(jié)論

新設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)裝置能較好解決制動(dòng)和緩解時(shí)閘瓦偏靠輪緣的問題，以及伴生的制動(dòng)杠桿抖動(dòng)相關(guān)問題，同時(shí)通過相關(guān)計(jì)算可知，制動(dòng)倍率也能滿足原整車的設(shè)計(jì)要求，安裝中各處間隙亦能滿足使用要求，無(wú)干涉存在。

后期裝車試驗(yàn)情況良好，使用過程中未出現(xiàn)閘瓦偏靠輪緣及制動(dòng)杠桿抖動(dòng)的現(xiàn)象，說明設(shè)計(jì)合理，滿足使用要求，設(shè)計(jì)思路在以后的基礎(chǔ)制動(dòng)設(shè)計(jì)中值得借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

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