拉轨卷扬制动装置改进研究

白增印　靳志宇

【摘 要】原拉轨卷扬制动座制动时对卷筒侧面长期滑动磨损形成圆环形凹槽，对卷筒整体强度造成了破坏；并且制动座在操作和维修保养时，由于制作座所处安装位置空间狭小，不便操作和维修。研究改进后的制动装置选用对卷筒外圆柱面线接触滚动摩擦的制动方案，并且变更制动装置的安装位置，根据卷筒防护罩尺寸以及后承台和操作台与拉轨卷扬座的实际布局尺寸，确定安装位置，并限定制动装置的整体外部结构尺寸，实现了操作和维修简单方便的需求，最终满足了中国铁运总公司各铁路局用户拉轨卷扬制动要求。

【关键词】拉轨卷扬制动装置；制动座；磨损；滚轮组成；弹簧

1 原制动装置功能和结构

长钢轨作业车是中车沈阳机车车辆有限公司自主研发的一项重要产品，应用于中国铁运总公司日常铁路长钢轨的维护保养。长钢轨作业车作业中车（一）上的拉轨卷扬装置承担的任务是从运轨车上把钢轨牵引至作业中车（一）上的输送机进行卸轨。首先由卡具回送装置将卷筒上钢丝绳所连接的轨卡送至运轨车上，再由液压马达带动卷筒转动，完成牵引任务。为了防止轨卡回送时卷筒自由转动，造成钢丝绳松动现象，设置了制动装置。然而，经过多年使用验证，原制动装置有缺陷，需改进。原拉轨卷扬制动是有座体、顶柱、弹簧和螺塞组成，制动原理是通过制动座里的含压簧的顶柱施压滑动摩擦卷筒侧面来实现制动。原制动座结构简单，虽能满足制动要求，但由于采用的点接触滑动摩擦，长时期运行工作后卷筒侧面会被磨损形成一个较深的圆环形状的凹槽，对卷筒的整体强度造成了破坏；并且磨损后的调节制动座螺塞时，制动座安装位置空间狭小，不易进行调试和维修。各铁路局用户也多次反映此问题，为此进行改进研究。

针对原制动座存在的上述问题，在分析改进设计研究中放弃了原来的制动方式和安放位置，将滑动摩擦点接触卷筒侧面实现制动改为滚动摩擦线接触卷筒外圆柱面实现制动，大幅降低卷筒的强度破坏，提高制动装置和卷筒的使用寿命周期，结构设计中要参照卷筒防护罩尺寸以及后承台和操作台与拉轨卷扬座的实际空间布局尺寸，确定安装位置，并调整优化制动装置的整体外部结构尺寸。

2 新制动装置的结构研究

2.1 滚轮组成设计研究

参照长钢轨作业车拉轨卷扬的卷筒侧护板间距及侧板厚度和材质，选取滚轮厚度为175mm，外径Φ155mm，壁厚41mm。滚轮轴经强度计算及效验后，选用Φ40mmh6精度尺寸的阶梯轴，整体由滚轮套、密封挡圈、滚轮轴、毡圈、弹簧挡圈及单列向心球轴承组成。考虑到滚轮套表面热处理时变形量的影响，采用油淬热处理工艺，滚轮套表面硬度HRC30～35，避免火焰淬火热处理过程造成滚轮套较大的变形影响制动效果[1]。滚轮套圆柱面压在拉轨卷扬座上的卷筒两侧的护板外圆面，通过线接触滚动摩擦的方式来实现制动。

2.2 弹簧压柱的设计研究

弹簧采用压簧结构，选用65Mn材料，由原卷扬卷筒制动时线速度计算新结构制动的作用力，设计压簧的具体参数：刚度10.35N/mm，总圈数为8圈，有效圈数为6.5圈，右旋。整体弹簧压柱结构由压簧、滑套、螺柱、螺母、座板组成。M24的螺柱与滑套0.5mm间隙滑动配合可升降，通过螺母调整弹簧压力，在长时期运行由于磨损导致卷筒制动所需作用力不足时，通过微调弹簧压力来满足制动需求。

2.3 滚轮座的设计研究

滚轮座作用是将滚轮组成、弹簧压柱、支架通过它结合起来，能够将弹簧压柱的压力通过滚轮组成最终传递给拉轨卷扬的卷筒侧护板，起到制动效果。结构确定后，进行优化设计，将滚轮座设计成梯形结构，降低零件重量及材料成本，滚轮座整体由2个侧板和一个压板焊接组成。φ24mm转动轴将滚轮座通过支撑支架上φ25mm的孔装配在上面，使滚轮座灵活运动，转动轴的预紧采用双螺母预紧防松的方式。

2.4 支撑支架设计研究

支撑支架的作用相对简单，主要是起将上述部件装配在上面，固定在长钢轨作业中车（一）上面，因此它的强度很关键，考虑到制动力的大小、卷扬侧护板卷筒的线速度极限变化、常用材料储备等诸多影响因素，将安全系数定在1.5。材料选用上，选择了公司内使用率高的[100mm×48mm×5.3mm的槽钢材料，结合长钢轨作业中车（一）上安装位置空间尺寸限制，将支撑支架的外形尺寸定在240mm×160mm×654mm，整体结构由底板及支架焊接组成。考虑到底板在支架焊接过程中垂直度精度控制的问题，选择底板焊接前厚度为30mm，预留5mm的加工余量来调整支架的垂直度，工艺上支架上φ25mm孔也选择焊后加工，来保证装配侧板滚轮座后，使滚轮套能处于水平状态与卷筒线接触的位置。

2.5 拉轨卷扬制动装置的预算及安装

改进后的拉轨卷扬制动装置由11种自制配件、8种标准件组成，配件及标准件装配数量是41件，部件自重59.18kg。拉轨卷扬制动装置自制配件原材料消耗预算400.5元，标准件消耗预算76.1元，自制件加工及装配人工费850.5元，预算共合计1327.1元。

安装工艺要求在长轨车作业中车（一）进行焊接装配，安装尺寸现场参照卷筒防护罩以、后承台、操作台及拉轨卷扬座的空间尺寸进行配做。

3 结语

经过生产试制验证，改进后的长钢轨作业车拉轨卷扬制动装置，结构简单，操作方便，也便于维修保养，解决了原制动座磨损出凹槽破坏卷筒结构强度，空间狭小维修调试不方便的问题，在交付中国铁运总公司各铁路局用户使用后，反馈良好。

【参考文献】

[1]成大先.机械设计手册第一卷[M].5版.北京：化学工业出版社，2008：422-449.

[责任编辑：汤静]