刘毅;辛民;李果;肖晨;申检宏
安装网【摘 要】LBC-1 type active lubrication type seal brake cylinder is from the original brake cylinder through the structure improvement of six aspects, and has solved the leakage fault caused by the upper cylinder oil shortage and the brake cylinder water problem.The core technology of active lubrication type sealed brake cylinder is rotating piston.The paper expounds the four factors of influencing brake cylinder piston rotation: spring piece, ring gear, inflation speed and reset spring.Finally, it is pointed out that the piston rotation test should simulate the railway vehicle brake charging and discharging conditions, in order to get the accurate test data.%LBC-1型主动润滑式密封制动缸是在原有制动缸的基础上,从6个方面提出结构改进,解决了现有制动缸上部缺油导致的漏泄故障及制动缸进水问题.主动润滑式密封制动缸的核心技术是活塞转动,阐述了影响制动缸活塞转动的4个因素:弹,齿圈,充气速度及缓解弹簧,最后指出活塞转动试验时应模拟铁道车辆制动充排气工况,以得到准确的试验数据.
【期刊名称】《铁道机车车辆》
【年(卷),期】2017(037)002
【总页数】5页(P53-56,120)花生采摘机
【关键词】LBC-1制动缸;主动润滑;活塞转动;弹;充气速度;缓解弹簧
【作 者】刘毅;辛民;李果;肖晨;申检宏
【作者单位】眉山中车制动科技股份有限公司,四川眉山 620010;神华铁路货车运输有限责任公司,北京 100011;眉山中车制动科技股份有限公司,四川眉山 620010;眉山中车制动科技股份有限公司,四川眉山 620010;眉山中车制动科技股份有限公司,四川眉山 620010
【正文语种】中 文电厂巡检机器人
【中图分类】U270.33
LBC-1型主动润滑式密封制动缸(以下简称LBC-1型制动缸)是近三年国内研发的新型制动缸，
其技术在国际上处于领先水平，是在原有制动缸的基础上增加了活塞转动功能及防水功能，是铁道货车制动缸的发展趋势。LBC-1型制动缸2013年11月开始装车运用考验，2016年4月通过运用考验评审并批量装车。
LBC-1型制动缸是在整体旋压密封式制动缸结构上增设活塞旋转机构和防水结构，主要由缸体、前盖、活塞、缸座、弹簧座、缓解弹簧、导向带、防水圈座、锁圈、密封件、活塞旋转机构组成(如图1)。制动缸缓解时，活塞沿固定方向转动一定角度，带动油脂在缸内循环，起到润滑的作用。LBC-1型制动缸为棘轮棘爪旋转机构，机构主要由齿圈、弹、轴承等组成。
LBC-1型制动缸在现有制动缸基础上，主要从6个方面进行结构改进(如图2～图3)，
(1)Y形密封圈外侧增设储油槽，改善密封圈与缸壁间的润滑状况。
(2)增加皮碗锁圈，减小密封圈涨大的趋势。
(3)增加导向带，解决制动缸活塞偏磨。
灸绳(4)增加棘轮棘爪机构，使活塞在制动缸内单向转动，将自然流坠到制动缸下部的油脂通过活塞本身的转动带到制动缸上部，从根本上解决制动缸上部缺油导致的制动缸漏泄问题。
(5)增加防水圈，防止灰尘及雨水从活塞杆和前盖润滑套之间的间隙进入制动缸。
(6)改进型防尘盖，防止雨水从防尘盖吸入缸体。
LBC-1型制动缸的核心技术是活塞在棘轮棘爪旋转机构的作用下的转动，活塞转动一周时，往复运动次数(也即制动缓解次数)应在50次～100次范围内[1]。影响活塞转动一周制动缓解次数的主要因素有弹，齿圈，制动缸充气速度，缓解弹簧等。
2.1 弹
弹是LBC-1型制动缸的关键部件，是棘轮棘爪旋转机构的棘爪部分，直接关系到活塞的转动，通过螺栓连接在活塞上，如果其发生断裂、高度降低等失效，活塞便无法转动，失去主动润滑功能。故对弹制造及检验过程作了严格的规定：材质为60Si2MnA，所用钢带表面应光滑，不得有裂纹、结疤、夹杂物、氧化铁皮、铁锈、分层等缺陷；弹热处理应在可控气氛炉中加热，热处理硬度HRC35～42；并对热处理后的弹表面进行抛
光处理，其表面脱碳层不大于0.02 mm；弹组装前应探伤[1]。
图4为弹的各种状态图，即安装状态(自由状态)，安装状态向安装面的投影及弹展开图。在LBC-1型制动缸完全缓解状态下，弹处于展开状态；在制动时，活塞离开缸体底部，弹逐渐向安装状态恢复，恢复完全后脱离齿圈(图2所示的零件1)，处于安装状态。弹通过压型而成，其关键尺寸为图4所示的A值，称为工作距离，是弹展开状态与弹水平投影的距离，直接决定活塞转动的快慢。
弹LBC-1型制动缸活塞的转动是这样实现的：制动缸缓解时，安装在活塞组成上的弹自由端(图4的左上直线段)接触到齿圈(齿圈焊接在缸体底部)，在缓解弹簧的作用下，弹逐渐展平，由于其自由端被齿圈限制，另一端则驱动活塞转动，直到弹展平，活塞一次转动角度理论上为A值对应的角度。如果弹安装孔所在圆(图4中展开状态中心线)直径为D，活塞转动一周理论上的制动缓解次数为n=πD/A，但由于弹与齿圈的啮合有空行程现象，转动会慢些，转动次数较理论值要多。
弹的失效主要是疲劳断裂，所以设计弹时，在满足转动要求的情况下，尽量降低弹的高度H，以改善其受力情况，提高疲劳强度，提升制动缸的可靠性。
2.2 齿圈
齿圈是棘轮棘爪旋转机构的棘轮部分，焊接在缸体底部。齿圈材质为ZG230～450，齿深2.5 mm，组焊前高温磷化处理。
齿圈的重要参数是齿数，齿数越多，活塞转动一周的制动缓解次数越稳定。制动缸缓解时，如果弹一开始就接触到M点(图5)，齿圈就在缓解弹簧的作用下通过弹迫使活塞转动；如果弹刚开始与N点接触，弹则需在齿圈上滑动几乎一个齿距才能与下一个齿的M点接触，活塞方能开始转动，这一齿距即为弹的空走距离，也称空行程。齿数越多，两齿间距越小，弹空走距离越短，越利于活塞的转动，转动一周制动缓解次数也越少，这样设计弹高度就可以降低，弹寿命也越长。但在实际制造时，齿数越多，齿越小，铸铁模具制造越困难，在满足制造工艺的前提下，尽量增加齿圈的齿数。目前LBC-1型203×254，254×254，305×254和356×254制动缸齿数分别为108齿，120齿，130齿及154齿。
2.3 充气速度
膏药制作在其他条件相同的情况下，LBC-1型制动缸制动时充气速度取决于充气孔径的大小，充气孔径越大，充气速度越快。充气速度对活塞转动的影响如图6～图9所示，图例中的快充快排为充、排气孔径均为φ6.5 mm的工况，图例中的实际工况充气孔径φ3.0 mm，排气孔径φ3.6 mm，而慢充快排为充气孔径φ3.0 mm，排气孔径均为φ6.5 mm的工况。
图6为LBC-1型203×254制动缸充气速度对活塞转动影响曲线，从图中可以看出充气速度对活塞转动影响很大，快充快排时活塞转动较慢，实际工况时活塞转动最快，根据前面的论述，活塞转动快的有利于弹的设计，通过降低弹的高度，缩短工作距离，从而提高弹寿命，提升制动缸的可靠性，当然，降低高度后的弹会让活塞转动变慢。从图6中也可以看出，实际工况与慢充快排相比，活塞转动速度相差不大。
图7为LBC-1型254×254制动缸充气速度对活塞转动影响曲线，与203×254制动缸类似，快充快排工况与实际工况、慢充快排工况相比，前者活塞转动较慢，但其实际工况与慢充快排工况有交叉，两者的差别可以忽略不计。
图8为LBC-1型305×254制动缸充气速度对活塞转动影响曲线，总体情况与254×254制动缸类似，但是快充快排与实际工况的活塞转动速度差别较254×254制动缸有减小的趋势，而
实际工况与慢充快排工况曲线几乎重合。也就是充气速度对活塞转动的影响越来越小。
图9为LBC-1型356×254制动缸充气速度对活塞转动影响曲线，3条曲线几乎重合，可以认为充气速度对356×254制动缸几乎无影响。
由上述曲线可以得出以下结论：
(1)充气速度对LBC-1型制动缸的活塞转动影响随着缸体直径的增大而减小，对LBC-1型203×254制动缸影响最大，对LBC-1型356×254制动缸几乎无影响。
(2)排气速度对LBC-1型制动缸的活塞转动影响随着缸体直径的增大而减小，但影响程度较充气速度要小。
2.4 缓解弹簧
LBC-1型制动缸缓解弹簧是活塞转动的动力来源，但弹簧参数对活塞转动快慢有非常重要的影响，弹簧参数不合理，甚至发生过活塞不转的情况。
在LBC-1型制动缸研制初期，设计的弹簧部分参数如表1的原始数据部分，活塞转动不稳定，
通过参数优化，解决了活塞转动不稳定的问题，如图10～图12为3种型号制动缸缓解弹簧对其活塞转动影响的曲线。
图10为LBC-1型203×254制动缸缓解弹簧参数对活塞转动影响曲线，优化前(原始弹簧)的活塞转动极其不稳定，慢的转动一周需制动缓解97次，快的仅60次，优化后曲线要平缓很多，并且活塞转动要快些。
图11为LBC-1型254×254制动缸缓解弹簧参数对活塞转动影响曲线，优化后的活塞转动比优化前要快。图12显示的是LBC-1型305×254制动缸的影响曲线，优化前后的曲线基本趋于一致。而LBC-1型356×254制动缸缓解弹簧没有优化，因为在试验中其活塞转动一直平稳。
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