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单元制动器金鹰重工培训中心一、概述为了适应列车速度、载重的需要，提高机车车辆技术装备水平，目前城市轨道车辆和大型养路机械的基础制动装置普遍采用了单元制动器。单元制动器是集制动缸、力的放大机构及间隙调整器为一体的装置，它对减轻车辆重量、均匀分配制动力、改善转向架动力学性能及减少维护量等有明显作用。目前应用于城市轨道车辆和大型养路机械中的单元制动器主要有三种，分别是四川江山铁路配件公司的JSP型、株洲九方制动设备公司的JDYZ型和铁科院机车车辆研究所的XFD型。三种单元制动器的生产厂家不同，但其结构原理、操作方法和维护保养基本一致，本课件以JSP型为例对单元制动器进行介绍。二、单元制动器的结构组成及工作原理JSP-2型单元制动器(一)单元制动器的外型JSP-1型单元制动器(二)单元制动器的内部结构1234567812131014911151-缸体；2-制动皮碗及楔角机构；3-塔式复原弹簧；4-固定轴承；5-滚动轴承；6-间隙调整器；7-调整螺杆；8-小调整螺杆；9-停车制动主弹簧；10-停车制动皮碗；11-调整螺母；12-手动缓解装置；13-中间隔板；14-棘轮机构；15-调整六方。图1JSP-1型单元制动器图2JSP-2型单元制动器单元制动器内部结构：楔角机构塔式弹簧制动皮碗滚动轴承固定轴承间隙调整器手动缓解装置进风口中间隔板停车制动主弹簧排风口停车制动皮碗小调整螺杆调整螺母(三)单元制动器的工作原理1、行车制动制动缸压缩空气经P口进入缸体，制动缸皮碗及楔角机构下移，推动滚动轴承向前移动，同时间隙调整器前移，从而推出调整螺杆带动闸瓦托、闸瓦压紧车轮踏面，实现车辆的制动功能，如图1所示。2、行车制动缓解制动缸压缩空气从P口排出，制动皮碗及楔角机构在复原弹簧的作用下上移，滚动轴承和间隙调整器后退，带动调整螺杆后退，从而实现了车辆的缓解。3、停车制动停车制动皮碗下方的压缩空气排出，停车制动皮碗在主弹簧作用力下迅速下移，同时带动小调整螺杆下移，小调整螺经过中间隔板的通孔推动制动皮碗及楔角机构下移，从而产生停车制动作用，如图3所示。图3停车制动示意图图4手动缓解示意图4、停车制动空气缓解总风进入停车制动皮碗下方，当总风压力达到450kPa以上时，推动皮碗和主弹簧向上移动，从而带动小调整螺杆上移，实现了停车制动的缓解。如图2所示。5、停车制动手动缓解用专用工具拉动手动缓解销，调整螺母和棘轮装置在停车制动主弹簧的作用下快速旋转，迫使停车制动主弹簧和皮碗下移至上缸体的最底端，同时由于调整螺母的快速旋转，小调整螺杆迅速上移至上缸体的顶端，实现了停车制动的缓解，如图4所示。三、单元制动器的主要特性1、力的放大机构采用楔角放大原理传统的基础制动力的放大原理基本上通过逐级的杠杆传递完成，而单元制动器力的放大采用楔角放大原理，使制动单元重量轻、体积小、输出力大且范围广，如图5所示。踏面制动单元力的放大倍率仅与楔角角度有关，制动倍率的计算如下：图5楔角放大原理k=p1·1/tgα=p1·n故n=k/p1=1/tgα式中n—制动倍率p1—制动皮碗作用力k—制动单元输α—楔角角度2、单向间隙调整器对弹性变形的不调整性，确保闸瓦与车轮踏面的有效间隙踏面制动单元在制动过程中，产生如下三种变形与位移：(1)在输出力传递过程中，由于机械原因，间隙调整器内将产生较小范围内的弹性变形；(2)制动时，车轮产生沿受力方向的弹性位移；(3)制动时，单元制动器安装固定座的弹性变形位移。由于上述弹性变形，将促使间隙调整器进行调整。这样会造成车轮踏面与闸瓦间的有效间隙越来越小。为了防止该现象的发生，JSP型踏面制动单元的单向间隙调整器内设置了制动盘机构，以保证弹性变形范围内，间隙调整器不调整，使闸瓦与车轮踏面之间的正常间隙保持始终不变。当闸瓦磨耗时，能自动调整闸瓦与车轮踏面间隙变化，使之达到规定的正常间隙。间隙调整器的工作原理：(1)缓解位置：当制动单元处于缓解状态时，间隙调整机构及其所有零部件处于图示的位置，图中所示的设计距离“A”，就是闸瓦和车轮踏面之间的理论正常间隙。(2)轻制动作用：当制动缸充入压缩空气，间隙调整机构首先移动一段距离“A”，这个距离“A”相当于在缓解位置时闸瓦与踏面之间的距离，这时闸瓦刚好贴敷在车轮踏面上，而没有产生制动力。(3)全制动作用：间隙调整机构继续向前移动，这时离合弹簧4被压缩，制动盘5被夹紧，使导向螺母6不能转动。同时，调整螺母2在调整弹簧1的作用下齿也啮合，不能转动，同螺杆3向前运动产生制动力，此时不发生间隙调整。(4)有磨损制动行程：间隙调整机构移动了距离“A”以后，全制动开始实施，闸瓦会产生磨损，这样就会形成一段由于闸瓦磨损导致的多余行程“P”。这个磨损的多余行程“P”是应该被调整的多余间隙。(5)缓解和磨损间隙调整：当压缩空气排出制动缸时，作用在勾贝推杆上的空气压力消失，从而闸瓦上的制动力也消失。在复原弹簧1作用下，所有零件向相反的方向移动。移动过距离“P”以后，系统弹性变形消失，离合弹簧张开，制动盘2不再被夹紧，由于螺杆3螺纹是非自锁的，引导弹簧4推动导向螺母5在螺杆3上旋转、移动，至接触到引导齿座6齿面啮合为止，向螺母5正好移动了磨损的距离“P”。同时，在复原弹簧1作用下，制动主轴套7继续向后移动，在移动过一段距离“A”后，引导齿座6被调整后盖8的凹槽顶住，不能继续移动，由于导向螺母5和引导齿座6的齿面紧紧啮合，导向螺母5和螺杆3也一起停止移动。在复原弹簧力的作用下，制动主轴套7要继续向后移动，这时，通过复原弹簧1和制动主轴套7，调整螺母9和调整齿片10齿面脱开，在调整弹簧11作用力下，推动调整螺母9在非自锁的螺杆3上旋转、移动，至间隙调整机构回到初始位置，调整螺母9和调整齿片10齿面再次啮合。这样，调整螺母9也移动了相当于闸瓦磨损距离“P”，磨损距离得到调整补偿，单元制动器恢复了正常闸瓦间隙。(6)过剩间隙调整：在单元制动器处于缓解状态时，如果闸瓦与轮对踏面之间的间隙大于“A”，这时就存在一个过量的间隙“S”，经过一次或多次制动、缓解的循环过程，间隙“S”会被完全补偿，但间隙调整机构产生调整的动作与补偿闸瓦磨损间隙“P”有所不同。向制动缸充入压缩空气，制动单元开始动作。当间隙调整机构连同闸瓦托向前移动距离“A”后，由于过量间隙“S”的存在，闸瓦和轮对踏面还未接触，螺杆1不传递制动力，制动盘2不被夹紧，在压缩空气的作用下，间隙调整机构继续往前移动，导向螺母3齿面与引导齿座4齿面脱离，在引导弹簧力的作用下，导向螺母3被迫在螺杆上1旋转、移动直到导向螺母3与引导齿座4齿面再次啮合，这个制动过程，导向螺母3相对于螺杆1移动了一段距离，也就是说，这个过量间隙“S”首先在导向螺母3处得到了部分补偿或全部补偿。当制动缸压缩空气排出后，单元制动进入缓解状态，间隙调整机构和闸瓦托同时都向后移动，移动了一个距离“A”和弹性位移“E”，调整螺母1和调整齿片2齿面脱开，在调整弹簧力作用下迫使调整螺母1旋转、移动直到调整螺母1和调整齿片2齿面再次啮合，在这个缓解过程，调整螺母1相对于螺杆3向后移动了一段距离也就相当于制动螺杆向前移动了一段距离，过量间隙得到“S”得到部分补偿或全部补偿。(7)产生弹性变形的制动行程：当制动缸充入压缩空气时，间隙调整机构移动一段距离“A”后闸瓦贴敷在车轮踏面上。闸瓦间隙调整机构继续向前移动，产生制动力，在制动力的作用下轮对发生弹性变形“E”，这时在弹性变形反作用力下离合弹簧1被行程压缩，制动盘2被夹紧，使导向螺母3不能转动，带动螺杆向前运动，引导齿座被调整后盖的凹槽挡住不能再继续向前移动，导向螺母3随螺杆向前移动一段距离“E”。在缓解时，螺杆往回移动一段距离“E”后弹性变形反作用力消失，制动盘2才能松开，回到正常缓解状态。发生弹性变形这段距离“E”是不被调整补偿的。3、弧形滑块式径向活动闸瓦托结构，能自动保持均匀闸瓦间隙，防止闸瓦偏磨弧形滑块式闸瓦托结构是调整螺杆与闸瓦托通过V型板簧和Ω型弹簧及弧形滑块组成的径向活动机构。在制动力作用下，闸瓦托的圆柱型曲面绕球向块转动以适应闸瓦与踏面的吻合，同时在压簧作用下保持顶角的锁定，如图6所示。此外，这种结构还有避免偏载、弯曲和冲击载荷的传递，防止调整螺杆弯曲变形的特点。图6弧形滑块式闸瓦托结构4、更换闸瓦方便用扳手转动单元制动器箱体后部的六方形调整后盖，可以进行闸瓦间隙的手动调整。更换闸瓦时，顺时针转动调整后盖，使螺杆带动闸瓦托退回以获得必要的空间，逆时针转动调整后盖可以使闸瓦托快速移向车轮踏面。更换闸瓦后，经过多次制动、缓解过程后，闸瓦间隙自动调整机构将自动恢复正常闸瓦间隙。顺时针逆时针注意：要进行闸瓦托复位或手动快速移动，必须在单元制动器的行车制动和停车制动都处于缓解状态下进行。5、停车制动单元具有快速缓解特性当总风压力超过450kPa时，操纵车辆上的停车制动缓解开关，停车制动能迅速缓解。当车上没有总风或风压不足时，可采用手动缓解，用专用工具拉动手动缓解销，只需3秒钟左右即可彻底缓解停车制动，同时能够听到小调整螺杆撞击缸体顶部发出的“砰”的声响。四、单元制动器的维护保养单元制动器直接关系到列车运行安全，司乘人员每天出车前务必对单元制动器进行检查，确保其状态良好。检查的重点是单元制动器行车制动、缓解和停车制动、缓解以及手动缓解等作用过程，1、检查单元制动器与安装座的连接螺栓是否松动或脱落，视情况拧紧或恢复原状。2、检查单元制动器本身活动连接部件是否松动或脱落，视情况拧紧或恢复原状。3、检查闸瓦与车轮踏面间隙是否在4～8mm内。如超出范围，可多制动、缓解几次，单元制动器应能自动调整闸瓦间隙到4～8mm内。如果不能自动调整到以上范围的，可将该单元制动器进行隔离。4、行车制动作用检查：机车运行前，应将单阀置于制动或缓解位，检查单元制动器应能正常制动与缓解。5、停车制动作用检查：排出停车制动总风压力，单元制动器处于制动状态；向停车制动缸体内充入总风且风压大于450kPa时，单元制动器应处于缓解状态。检查停车制动作用时，自阀和单阀均应处于缓解位，单元制动器行车制动处于缓解位。6、手动缓解作用检查：在停车制动起作用的时候，拉动手动缓解销，制动单元应迅速彻底缓解。此时自阀和单阀闸均应处于缓解位，单元制动器行车制动处于缓解位。五、单元制动器的使用注意事项1、总风缸无风源或整车无电时，停车制动器产生制动作用，所以动车前一定要先缓解停车制动器，方可动车，即停车制动器未缓解前，严禁动车，否则会产生抱闸运行现象。2、机车和车辆在无动力回送或与其它车辆混编时，可根据需要接上列车管，通过列车管向回送车辆总风缸充气，使回送车辆的停车制动器缓解，当列车管压力达到450kPa以上时，方可动车。3、总风缸无风源时，停车制动器只能实现一次手动缓解，手动缓解后不能再次停车制动。若需再次制动，必须再次向总风缸充风，待风压达到450kPa以上时，方可实施二次停车制动。4、停车制动主弹簧始终被压缩在上缸体内，具有较大的弹力。分解和组装停车制动器时，必须在专业人员的指导下或经正式培训后，方可进行。序号故障现象故障原因处理方法1闸瓦间隙不均匀未调整好扳正闸瓦托调好闸瓦上下间隙2行车制动缸体及停车制动缸体空气泄漏皮碗、楔角机构、缸套、缸盖、停车制动缸体、导向阻尼套及相应的O型密封圈、Y型密封圈损伤更换故障部件3制动及缓解失效塔式复原弹簧故障或楔角机构卡死更换弹簧或修复4停车制动器缓解不彻底轴承、调整螺母或小调整螺杆动作不良修理或更换部件5停车制动器手动缓解时不缓解手动缓解装置中棘爪或弹簧故障检查更换弹簧或棘爪6过多闸瓦间隙不调整导向螺母、轴承和弹簧故障更换故障部件7闸瓦间隙逐渐变小间隙调整器内制动盘故障更换制动盘表1单元制动器常见故障及处理六、常见故障与应急故障的处理方法1、常见故障分析判断及处理在机车车辆运用和单元制动器试验中，单元制动器产生故障，应仔细进行故障的分析，判断故障原因，检修处理。故障分析判断及处理主要情况如表1所示。以上故障，除第1条外均须将单元制动器解体进行修理。如在现场运用过程中，发现出现以上故障，须