广州地铁总公司余泽广
摘要：广州地铁四号线车辆制动夹钳在架修过程中发现内部出现不同程度的生锈与油脂变质的问题,导致制动夹钳的制动与缓解功能不能正常施加,严重影响车辆运营安全。本文对制动夹钳的生锈的原因进行了分析，并详细介绍了针对该问题的升级改造方案。
关键词：地铁车辆、制动夹钳、生锈、升级改造
问题的提出
广州地铁四号线车辆的制动单元采用的是KNORR生产的WZK紧凑型制动夹钳，在车辆架修（运营时间达5~6年或运营里程达50~60万公里）时经分解发现其内部普遍存在不同程度的生锈与油脂变质的故障现象，严重者导致夹钳施加制动后出现抱死不能缓解的情况，对车辆的正线运营安全存在较大风险。下述将对夹钳生锈的原因展开分析并介绍说明针对该问题的升级改造方案。
问题的分析
1.结构设计不能满足线路运营要求（见图1、图2）
图1制动夹钳实物图
图2制动夹钳内部结构图
（1）夹钳生锈问题主要集中在偏心轴（图2中的85、86）与夹钳臂（图2中的26和126）的连接位置（每个夹钳相似位置共4处），其中轴承的油脂已经变质，轴承、偏心轴以及壳体都存在不同程度的生锈情况，详见图1中的插图a和插图b。此处的密封由转轴密封盘（图2中的20）与上下密封圈（图2中的19与21）配合的端面密封组成。由于钳臂与转轴是一组转动副，该处的密封方式为非完全密封，其连接面间存在一定的间隙，在长期使用过程中，水分容易从此间隙进入转轴内部，导致生锈，防水性能较差。而且广州地铁四号线是高架线，常年处于日晒雨淋的露天恶劣工况，加剧了夹钳生锈的形成。
（2）制动缸的呼吸孔直通大气（详见图1的插图d与图2），未经任何过滤防护就直接沟通了环境空气与制动缸，使制动缸内部零件直接与环境空气中的水汽过分接触，而且外界的水容易直接进入夹钳内部，从而致使油脂变质（详见图1中的插图d）。
2.维护保养不当加剧生锈
车辆年检时，按要求需对制动夹钳的外表进清洁检查,在清洁过程中须对制动夹钳做好防水防护。由于制动夹钳的结构设计防水性能较差,若使用高压水枪进行清洗,易使水从夹钳连接面与呼吸孔渗入夹钳内部,加剧生锈情况。
3.故障原因综述
虽然在四号线运营初期，小部分车辆存在短期使用高压水枪清洁的情况，但在后续维修过程中，高压水枪已禁用，而改用人工擦拭方式进行清洁，然而其生锈情况仍普遍存在。另外对于未曾使用高压水枪清洗的广州地铁五号线车辆（地下线），经拆解评估发现同样存在与四号线夹钳单元生锈相同的情况。因此，广州地铁四号线车辆制动夹钳的生锈问题，根本原因在于其结构设计的防水性能未能满足四号线线路工况的运营要求，易使水分进入夹钳单元内部，导致生锈。
升级改造的必要性
（1）夹钳生锈严重影响夹钳功能，易导致夹钳不能正常施加缓解，影响正线运营安全。
（2）上述发现的生锈以及油脂变质问题表明现有的制动夹钳结构的防尘防水性难以满足运营需要，容易进水进尘，长期使用会导致生锈，严重影响夹钳的功能。若只是简单通过更换备件进行修复后，在修后的使用过程中仍会生锈，未能从根本上改善夹钳的防尘防水性能，依然存在较大运营风险。
（3）从长远的经济性考虑，夹钳单元的壳体、偏心轴、夹钳臂等较大的机械部件在无生锈磨损的情况下架修时可以继续使用，但若夹钳设计缺陷未能及时解决，生锈程度愈发加深，将会生锈的壳体、偏心轴、夹钳臂，致使这些部件都需要更新，较大增加了维修成本。
综上考虑，为保障车辆运营安全，有必要对其进行升级改造，从根本上改善夹钳单元的防水性能，解决夹钳生锈问题。
升级改造方案介绍（见图3）
图3升级改造方案示意图
1.转轴壳体密封位置增加橡胶密封环
作用：此密封环相当于在原钳臂与转轴的间隙位置增加了一面橡胶防水挡板，能有效阻挡外部水份与杂物直接与间隙接触从而渗入夹钳内部。
2.偏心轴和支杆部位增加注油孔及螺堵
作用：便于在维保过程中，在不拆解的情况下向偏心转轴的转动轴承加注油脂并挤出变质的油脂。
3.转轴密封盘的固定螺栓加长（从M4×12升级为M4×30），对应的偏心轴的螺纹孔加深
作用：转轴密封盘考3颗沉头螺栓固定，但由于螺栓较短，有效连接的螺纹部位较短，紧固时单节螺纹公差对螺栓定位偏离影响较大，致使螺栓紧固后与螺孔的同心度较差，导致密封盘未能完全安装到位，防护性能降低。增长有效连接螺纹长度，能减少单节螺纹公差对螺栓定位的偏离影响，能有效矫正与提高紧固后螺栓与螺孔的同心度，保障密封盘紧固后安装面的贴合。
3.转轴的滚针轴承换型，换成自带O型圈密封的轴承
作用：换成自带O型圈密封的轴承提高了轴承防水性能。
4.常用缸增加隔膜和改造呼吸孔
作用：常用缸增加隔膜后，将常用缸容腔隔成转轴与活塞部分，两部分的容腔相互独立，隔绝活塞运动时带进的空气水分与转轴和内部油脂的接触，而且增加呼吸管能有效防护外部环境的水与杂物直接进入制动缸内。
5.转轴外壳密封位置增加金属片固定装置
作用：此金属片安装位置直接覆盖了钳臂与转轴之间的间隙，在夹钳壳体外部阻挡水与杂物直接接触钳臂与转轴之间的间隙。
6.在间隙调整器的波纹管的呼吸孔上增加一条呼吸管
作用：防止外界环境的水与杂物直接进入间隙调整器内部。
7.停放制动缸的呼吸孔调整位置并增加一个防尘防水外罩
作用：防止外界环境的水与杂物直接进入停放制动缸。
结论
综上所述，广州地铁四号线车辆的制动夹钳生锈问题根本故障原因为其结构设计未能满足线路运营防水要求，需要通过升级改造才能从根本上解决生锈问题。本文所述的的升级改造方案能有效提高制动夹钳的防水性能，改善生锈问题。该方案现已在KNORR的新产品上得以广泛应用，新产品已在广州地铁五号线增购车以及六号线车辆上应用，使用效果良好，四号线车辆制动夹钳也将结合其大修进行升级改造。
参考文献：
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[5]广州地铁四号线车辆大修手册,南车四方机车车辆股份有限公司
[6]广州地铁4/5号线车辆WZK紧凑型夹钳单元升级改造方案,KNORR-BREMSE