闸瓦的认知

项目3　城市轨道交通车辆基础制动装置

【项目描述】

基础制动装置是城市轨道交通车辆的制动系统中一个重要且必不可缺的组成部分，基础制动系统是整个制动系统的实施和执行部分，目前由于制造城市轨道交通车辆的厂家众多，因此城轨的基础制动装置也是形式多样。

【学习目标】

通过本模块的学习要求掌握以下基本知识：

1.掌握基础制动装置的总体构造与作用。

2.熟悉各种不同基础制动的组成和特点。

【能力目标】

1.知晓基础制动的分类。

2.掌握基础制动的组成与作用特点。

任务1　城轨车辆基础制动装置的总体认知

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆基础制动的使用与检修情况。

【任务要求】

掌握城轨车辆基础制动的作用。

【知识准备】

城市轨道交通车辆制动装置中制动作用的执行机构，称为基础制动装置。根据制动方式的不同，基础制动装置主要有闸瓦制动和盘式制动两种形式。

1.城轨车辆基础制动装置的基本作用与原理分析

轨道交通车辆的基础制动装置中最简单的是目前货物列车常用的单侧闸瓦制动装置。制动时，制动控制装置根据制动指令使制动缸活塞推杆产生推力，经一系列杆件的传递、分配，使每块闸瓦都紧粘车轮踏面。车轮踏面与闸瓦之间相对滑动，产生摩擦力，再通过轮轨关系转化为轮轨之间的制动力。缓解时，制动控制装置将制动缸内压力空气排出，制动缸活塞在缓解弹簧的作用下退回，通过杆件带动闸瓦离开车轮踏面。在这种基础制动装置中，一个制动缸可以通过各种杆件带动8块闸瓦，对一节车进行制动作用。城市轨道交通车辆一般不采用这种方式，一般采用单元式基础制动装置，目前主要有克诺尔公司和NABTSCO公司的基础制动装置，虽然城市轨道交通车辆的基础制动装置在形式上和铁道车辆的不同，但基本作用和作用原理却是大同小异。

2.城轨基础制动装置的安装形式与结构特点

由于一般城市轨道交通车辆（如地铁车辆）的车体底架下安装的设备较多，没有很大的空间来安装类似于上述的基础制动装置，因此大多数城市轨道交通车辆采用单元式基础制动机。单元制动机和基础制动装置的制动方式完全一样，只是执行对象数量少些。它们之间各有特点：基础制动装置由于采用杠杆联动机构，所以各个轮对的制动力均匀，同步性良好；而单元制动机是单个供气动作，轻便灵活，体积小，占用空间少，灵敏度高。

【知识链接】

我国干线铁路的铁道车辆所使用的基础制动装置是指从制动缸活塞推杆到闸瓦之间的一系列杠杆、拉杆、制动梁、吊杆等各个零部件所组成的机械装置。它的用途是把作用在制动缸活塞上的压力空气推力增大适当倍数以后，平均地传递给各块闸瓦或闸片，使其转变为压紧车轮踏面或制动盘的机械力，阻止车轮转动而产生制动作用。

基础制动装置的形式，按设置在每个车轮上闸瓦的块数及其作用方式不同，可分为单侧闸瓦式、双闸瓦式、多闸瓦式和盘形制动基础制动装置等。其中多闸瓦式应用较少。

1.单侧闸瓦式

单闸瓦式基础制动装置，简称单闸瓦式，也称为单侧制动，即只在车轮一侧设有闸瓦的制动方式，如图3.1所示。我国目前绝大多数铁路货车都采用这种形式。

单闸瓦式基础制动装置的构造简单，节约材料，便于检查和修理。但制动时，车轮只受一侧的闸瓦压力作用，使轴瓦受力偏斜，易形成轴瓦偏磨，引起热量过大而出现热轴现象。此外，由于制动力受到闸瓦面积和闸瓦承受的压力的限制，制动力的提高也受到限制。若闸瓦单位面积承受的压力过大，容易造成闸瓦熔化，这不仅会加速闸瓦的磨耗，而且还会磨耗闸瓦托，使制动力衰减，影响行车安全，有时甚至引起火灾，这种情况在长大坡道地区特别严重。

根据理论计算和实际运用经验，闸瓦单位面积承受的压力一般不超过100kPa（极限值为1300kPa），我国采用GK型制动机和103型制动机的货物车辆，多数已达到和超过了这个限度（最高为1400kPa），因此闸瓦熔化及磨耗的情况比较严重，这是单闸瓦式基础制动装置的主要缺点。在车辆不断向大型和高速方向发展，而闸瓦单位面积的压力不能再增加的情况下，应采用高摩擦系数的合成闸瓦，这不用改变原有的制动装置就可满足高速运行的要求。

图3.1　单侧闸瓦制动

1—制动缸；2—制动缸活塞推杆；3—制动缸前杠杆；4—上拉杆；5—制动杠杆；6—下拉杆；
7—连接拉杆；8—制动缸后杠杆；9—制动缸后杠杆托；10—固定杠杆；11—固定杠杆支点；
12—闸瓦托吊；13—闸瓦托；14—闸瓦；15—制动梁支柱；16—制动梁；17—手制动拉杆

2.双侧闸瓦式

双侧闸瓦式基础制动装置，简称双侧闸瓦式，也称为双侧制动，即在车轮两侧均有闸瓦的制动方式，如图3.2所示。目前一般客车和特种货车的基础制动装置大多采用这种形式。双侧制动装置，在车轮的两侧都安装有闸瓦，所以闸瓦的摩擦面积比单闸瓦式增加一倍，闸瓦单位面积承受的压力较小，这不但能提高闸瓦的摩擦系数，而且散热面积大，可降低闸瓦与车轮踏面的温度，延长车轮的使用寿命，减少闸瓦的磨耗量，并可得到较大的制动力（指同一尺寸的制动缸与同一闸瓦压力的情况下），制动时，由于车轴的车轮两侧都有闸瓦，制动时两侧的闸瓦同时压紧车轮，可以克服单闸瓦式车轮一侧受力而引起的各种弊病。故目前一般客车和特种货车（机械保温车、长大货物车等）大多采用这种形式的基础制动装置。但其结构比较复杂，一般侧架式货车转向架不宜安装双闸瓦式基础制动装置。

3.盘形制动

盘形制动装置是指制动时用闸片压紧制动盘而产生制动作用的制动方式。盘形制动的基础制动装置有两种类型：制动盘安装在车轴上的叫轴盘式，制动盘安装在车轮辐板上的叫轮盘式。盘形制动基础制动装置的基本结构如图3.3所示。

盘形制动基础制动装置的结构比较简单，可以缩小副风缸和制动缸的容积，节省压力空气；各种拉杆杠杆可以小型化，直接安装在转向架上，能减轻车辆自重；不用闸瓦直接磨耗车轮踏面，可延长车轮使用寿命；制动性能比较稳定，可减少车辆纵向冲动；同时制动缸安装在转向架上，制动时动作迅速，可提高制动效率；采用高摩擦系数的合成闸片，可以增大制动力，缩短制动距离，并可延长闸片的使用寿命。目前我国的快速客车（时速在120km以上）大都采用这种制动装置。但由于不用闸瓦直接摩擦车轮踏面，踏面上的油污不能及时清扫，可能降低轮轨间的黏着系数。同时当车轮踏面有轻微擦伤时，不能像闸瓦式制动装置那样利用闸瓦的摩擦来消除这种擦伤，为克服这些缺点，须增设踏面清扫装置。

图3.2　客车双侧闸瓦制动

1—均衡拉杆；2—均衡杠杆；3—均衡杠杆拉杆；4—调整丝套；5—锁紧螺母；
6—制动缸前拉杆；7—制动缸前杠杆；8—销；9—连接拉杆；10—制动缸后杠杆；
11—闸瓦间隙自动调整器；12—手制动下拉杆；13—手制动转筒；14—手制动上拉杆；
15—移动杠杆拉杆吊；16—制动梁缓解弹簧；17—制动梁；18—移动杠杆拉杆；
19—移动杠杆；20—拉环；21—闸瓦托吊；22—闸瓦；23—闸瓦托；24—闸瓦弹簧；
25—移动杠杆上拉杆；26—移动杠杆拉杆；27—固定杠杆

图3.3　盘形制动

1—闸片；2—右闸片托；3—左闸片托；4—闸片托吊；5—闸片吊销；
6—杠杆吊座；7—内侧杠杆；8—外侧杠杆；9—膜板制动缸；10—螺杆

【任务实施】

以课件为例，进行基础制动装置的作用与组成的讲解。

【效果评价】

评价表

续表

任务2　PC7Y（F）型单元式制动器结构与原理分析

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆单元制动器的作用。

【任务要求】

掌握城轨车辆单元制动器的作用。

【知识准备】

1.单元制动器概述

城轨车辆的基础制动装置目前采用单元制动器的比较普遍，我国的广州和上海地铁车辆使用的是德国克诺尔制动机厂生产的单元制动器，而西安地铁2号线则采用日本NABCO公司的单元式制动器，它们在结构上大同小异。一般情况下，城轨车辆的每台转向架安装4套单元制动器，分别对4个车轮进行制动。本项目主要学习目前最常用的PC7Y和PC7YF型单元式制动器，它们的结构基本一致，只是PC7YF多了一个弹簧制动器（又称为停放制动器），主要用于车辆停放制动。

一般单元制动器都将制动缸传动机构、闸瓦间隙调节器以及悬挂装置连在一起，形成一个紧凑的作用装置。有的单元制动器做成立式的，有的则做成悬挂式的，这主要取决于安装方式的不同。

2.单元制动器的特点和主要技术参数

（1）单元制动器的特点

我国的广州、上海等地铁车辆采用的是由德国克诺尔制动机公司生产的PC7Y型和PC7YF型踏面单元制动器，其中PC7YF型附带弹簧制动器，也称为停放制动器。这种踏面单元制动器具有一定的代表性，也具有城轨车辆单元式基础制动装置的普遍特点。

①有弹簧停车制动及手动辅助缓解装置（比如PC7YF型）。

②安装有闸瓦间隙调整器。

③制动传动效率较高，普遍在95%左右。

④占用空间小，安装简单。

⑤性能稳定，作用可靠，维修方便。

（2）主要技术参数

PC7Y型和PC7YF型踏面单元制动器的主要技术参数如下：

制动倍率

常用制动器　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.85

弹簧制动器　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.15

制动缸工作压力　　　　　　　　　　　　　　　　300～600kPa

最大闸瓦压力　　　　　　　　　　　　　　　　　45kN

弹簧制动缓解压力　　　　　　　　　　　　　　　5300～8000kPa

闸瓦磨耗后一次最大调整量　　　　　　　　　　　15mm

最大间隙调整能力　　　　　　　　　　　　　　　110mm

PC7Y型踏面单元制动器重量（包括闸瓦）　　　　　63kg

PC7YF型踏面单元制动器重量（包括闸瓦）　　　　85kg

3.PC7Y型单元制动器

（1）基本结构

如图3.4所示为PC7Y型单元制动器的结构原理图，由图可知其主要由制动（闸）缸、活塞、活塞杆、制动杠杆、活塞弹簧、闸瓦间隙自动调节器、吊杆、扭簧、闸瓦托、闸瓦和壳体等组成。

图3.4　PC7Y型路面单元制动器（不带停车制动器）

1—制动缸；2—制动活塞；3—制动活塞杆；4—制动杠杆；5—单向闸瓦间隙调整器；6—闸瓦托；7—闸瓦托吊；
8—缓解弹簧；9—透气滤清器；10—闸瓦托复位弹簧；11—推杆头；12—弹簧垫圈；13—调整螺母；14—螺栓；
15—外体；16—闸瓦间隙调整器体；26—螺杆；L1—制动杠杆转动中心；R—齿轮啮合面；Z1—啮合锥面

（2）基本作用过程

PC7Y型单元制动器在制动时，单元制动器的制动缸内被充入压力空气，推动活塞移动并转变为活塞杆的推力。活塞杆带动增力杠杆围绕安装在壳体上的销轴转动。由于增力杠杆的增力比为1：2.85，所以该推力通过杠杆使力扩大近3倍后传递给闸瓦间隙自动调整器外壳，再传到主轴，最后传给闸瓦；缓解时，制动缸内的压力空气被排出，制动缸缓解弹簧和扭簧将主轴和活塞恢复原位，整个单元制动机恢复缓解状态。

（3）闸瓦间隙自动调整的作用原理

①基本原理。由于闸瓦是一个磨耗件，因此经过一定时间的运行，闸瓦与车轮踏面之间会出现间隙，这对摩擦制动效率影响极大。对于闸瓦与踏面之间的间隙，不可能采用人工的方式去检测或调整。因此，单元制动器都带有一个闸瓦间隙自动调整器。闸瓦自动间隙调整器由调节套筒、大螺距非自锁螺杆、推力螺母、联合器螺母、行程限位套、预紧力弹簧和滚针轴承等组成。当骑跨在调节套筒上的杠杆通过调节套筒两侧的销轴带动调节套筒一起向车轮踏面方向（该方向即为闸瓦制动时的前进方向）运动时，行程限位套上两侧镶嵌的调节套筒两侧长槽中的销轴首先受到外壳上止挡环的阻挡而停止向前，而闸瓦间隙自动调整器的其他部件尚未受到阻挡还在继续向前。这时行程限位套前端与联合器螺母相啮合的一副伞形离合器开始脱离，而调节套筒还在继续推动推力螺母前进。此时若闸瓦与车轮踏面有间隙，制动杆继续前进，联合器螺母则会在弹簧和滚针轴承作用下发生转动，在大螺距非自锁螺杆上向后移动，直到闸瓦与车轮踏面紧贴，制动杆停止前进，联合器螺母重新与行程限位套啮合而停止转动。当制动缓解时，制动缸活塞复位弹簧与扭簧使杠杆又带动闸瓦间隙自动调整器的调节套筒向后运动。当制动杆受行程限位套和联合螺母啮合不能再后退时，调节套筒继续后退，并与推力螺母分离，推力螺母在弹簧和滚针轴承的作用下转动，在大螺距非自锁螺杆上向后移动，使其与调节套筒及连接环重新紧密啮合。推力螺母后退的距离与联合器螺母后移的距离相同，它们之间仍保持原来的距离，只不过两个螺母在制动螺杆上的位置都向后移动了，而后移的距离即为闸瓦磨损的间隙。这样，单元制动器自动完成了一次闸瓦磨损间隙的补偿过程。

②闸瓦和车轮踏面无磨耗时的制动过程。如图3.5所示，闸瓦和车轮踏面无磨耗时的制动行程H0是指调整衬套25碰到调整环23靠近推杆头11一端的凸环，且进给螺母28和调整衬套25的啮合锥面Z1（以下简称Z1锥面）刚好脱开时的制动行程。当施行车辆制动时，压缩空气进入制动缸1，推动制动活塞2及活塞杆3，带动制动杠杆4，将整个闸瓦间隙调整器及其所有零部件向车轮踏面方向移动，直到调整衬套25碰到调整环23为止。调整环23的凸环可防止调整衬套25进一步向制动方向移动，此时Z1锥面刚好脱开。压缩弹簧24的作用力使调整衬套25作用于调整环23，由于压缩弹簧24的作用，Z1锥面再一次啮合，当Z1锥面刚好完全脱开时，无磨耗时的制动行程H0完成。此时闸瓦间隙已被消除，闸瓦与车轮踏面接触，当制动缸内空气压力继续上升时，踏面单元制动器便产生了制动作用力。

③闸瓦和车轮踏面无磨耗时的缓解过程。如图3.6所示，当施行车辆缓解时，制动缸内的空气压力下降到一定值后，在缓解弹簧8的作用下，通过制动杠杆4，带动整个闸瓦间隙调整器及其所有传动部件脱离车轮踏面，向后（即缓解方向）移动。此时，Z1锥面啮合。当调整衬套25碰到调整环23面离推杆头11一端的凸环时，推过杆26停止向后移动，回到缓解位置。而闸瓦间隙调整器体16等仍由于制动缸缓解弹簧的作用；通过制动杠杆4继续向缓解方向移动，止推螺母22和连接环21的啮合面Z2（以下简称Z2面）开始脱开。由于压缩弹簧29的作用，Z2面再一次啮合，当Z2面刚好完全脱开时，无磨耗的缓解过程完成。当制动缸完全缓解时，各运动着的零部件停止移动，它们的相对位置如图3.6所示。

图3.5　闸瓦和车轮踏面无磨耗时的制动过程

1—制动缸；2—制动活塞；3—制动活塞杆；4—制动杠杆；7—闸瓦托吊；11—推杆头；15—外体；
16—闸瓦间隙调整器体；21—连接环；22—止推螺母；23—调整环；24—压缩弹簧；25—调整衬套；
26—推杆；28—进给螺母；Z1—啮合锥面；Z2—啮合面；H0—制动行程

图3.6　闸瓦和车轮踏面无磨耗时的缓解过程

2—制动活塞；7—闸瓦托吊；8—缓解弹簧；11—推杆头；15—外体；
16—闸瓦间隙调整器体；21—连接环；22—止推螺母；23—调整环；24—压缩弹簧；25—调整衬套；
26—推杆；28—进给螺母；Z1—啮合锥面；Z2—啮合面；H0—制动行程

④闸瓦和车轮踏面有磨耗时的制动过程。各零部件的相对位置如图3.7所示，制动开始时，各零部件的动作与无磨耗时的制动过程完全一样，不同的是：当调整衬套25碰到调整环23后，由于闸瓦和车轮踏面出现磨耗，制动行程进一步加长，即制动缸产生的制动力仍不断通过制动杠杆4传递到闸瓦间隙调整器体16→连接环21→止推螺母22，从而传递到推杆26，带动它们继续向前（即制动方向）移动，进给螺母28也随着推杆26向前移动，而调整衬套25由于受调整环23的限制，不能进一步向前移动，Z1锥面脱开，又由于推杆26和进给螺母28为非自锁螺纹连接，由于闸瓦磨耗，制动行程加长，推杆26等不断向前移动，压缩弹簧24的预压力就会引起进给螺母28在推杆26上转动，28与26两者的相对位移量即为闸瓦和车轮踏面的磨耗量Mv。此时，推杆26向前移动的行程比无磨耗时的制动行程H0大，两者之差即为闸瓦和车轮踏面的磨耗量之和。

图3.7　闸瓦和车轮踏面有磨耗时的制动过程

16—闸瓦间隙调整器体；21—连接环；22—止推螺母；23—调整环；24—压缩弹簧；
25—调整衬套；26—推杆；28—进给螺母；Z1—啮合锥面；Z2—啮合面；
H0—制动行程；Mv—闸瓦和车轮踏面的磨耗量之和

⑤闸瓦和车轮踏面有磨耗时的缓解过程。各零部件的相对位置如图3.8所示，缓解开始时，各零部件的动作与无磨耗时的缓解过程完全一样，只是当调整衬套25碰到调整环23后，由于Z1锥面的啮合，受调整环23限制的调整衬套25能防止进给螺母28在推杆26上转动，压缩弹簧24使Z1锥面保持啮合，因此使推杆26不能进一步向后移动，止推螺母22也不能随着闸瓦间隙调整器体16和连接环21继续向后移动，从而使Z2面脱开，压缩弹簧29的作用又使得止推螺母22在推杆26上转动，直到制动缸完全缓解，闸瓦间隙调整器体16、连接环21回到缓解位，Z1面重新开始啮合而停止转动。两者的相对位移量为闸瓦和车轮踏面的磨耗量之和Mv。此时，闸瓦和车轮路面仍保持了正常间隙，只是推杆25比无磨耗时向前伸出了Mv。

⑥推杆复位机构的工作原理

随着闸瓦的磨耗，推杆26在间隙调整过程中不断伸长，当闸瓦磨耗到限后，需要更换闸瓦时，只需顺时针转动调整螺母13（如图3.4所示），啮合面R上的齿就能克服弹簧垫圈12的作用而滑脱，从而使推杆26右位，而不需要拆卸螺栓14和其他任何零部件。更换闸瓦后，闸瓦间隙又恢复到无磨耗时的正常值范围，一般无需人工调整，即可准备进行下一次制动。

4.PC7YF型单元制动器

PC7YF型单元制动器的结构与PC7Y型单元制动器完全一样，只是多了一个停放制动器。停放制动器实际上是一个弹簧制动器，是利用释放弹簧存储的弹性势能来推动弹簧制动缸活塞，带动两级杠杆使闸瓦制动的。而它的缓解则需要向弹簧制动缸充气，通过活塞移动使弹簧压缩，从而使制动缓解。弹簧制动器一般也是用电磁阀来控制其充气和排气的。因此，司机可以在驾驶室内控制停车制动。如图3.9所示，PC7YF型单元制动器的弹簧制动器（停放制动器）是由汽缸、活塞、双锥形弹簧、螺杆、螺套、定位销、弹簧盘（共两个，其中一个外圈为方齿圈）、导向杆、杠杆、平面轴承和机壳等组成。

图3.8　闸瓦和车轮踏面有磨耗时的缓解过程

4—制动杠杆；16—闸瓦间隙调整器体；21—连接环；22—止推螺母；23—调整环；
24—压缩弹簧；25—调整衬套；26—推杆；28—进给螺母；29—压缩弹簧；Z1—啮合锥面；
Z2—啮合面；H0—制动行程；Mv—闸瓦和车轮踏面的磨耗量之和

PC7YF型制动器的弹簧制动器的停车制动和缓解过程如下：当压缩空气进入停放制动器的制动缸，其活塞被推右移，安装在活塞内的双锥形弹簧受压缩，而活塞中心线上的螺杆及螺套也被推动向后运动，但是很快螺杆被机壳抵住不能再运动，因为螺套与机壳的距离很小。这时活塞在制动缸中还有很大一段活动距离，还在继续向前压缩锥形弹簧。由于中间的螺杆也是大螺距非自锁螺杆，只要外界有推力，螺杆就能自动旋入螺套内而保持活塞继续压缩锥形弹簧。当锥形弹簧被压缩到位后，活塞才停止运动。在活塞和螺杆向右运动时，与螺套尾部相连的杠杆顺时针转动，其另一端将常用制动的活塞杆向左推，使单元制动器处于制动缓解状态。

当停放制动缸排气时，活塞在锥形弹簧的弹力作用下向左运动，螺套及螺杆也向左移动，带动杠杆逆时针转动，使常用制动的活塞杆向右推，单元制动器处于制动状态。因为停放制动器在制动状态时不需要压缩空气，仅靠弹簧的弹力就能使单元制动器产生制动作用，所以可以用于无压缩空气的车辆（停放的列车一般都切断电源，因此空气压缩机停止工作）。但在此过程中为什么这个非自锁螺杆又会不转动而带动螺套呢？这是因为弹簧盘与螺杆头部之间存有一副锥形离合器，当弹簧盘被活塞带动向左运动时，锥形离合器就合上了，使弹簧盘与螺杆之间不能有相对的转动。因此，弹簧盘与锥形弹簧是紧配合，所以只要弹簧盘不转动，锥形弹簧就不会转动。这时我们再看一下锥形弹簧的另一端，另有一个弹簧盘在制动缸盖的导向管上，它们之间是动配合。两个弹簧盘的外侧都装有平面推力轴承，因此整个锥形弹簧组件是可以灵活转动的。但在缸盖一侧的弹簧盘上带有一圈矩形齿，有一个安装在外壳上的定位销正好插在矩形齿轮中，使弹簧盘不能转动，因此整个锥形弹簧组件也就不能转动。所以，在制动缸排气时活塞能带动整个锥形弹簧组件向左运动，从而带动杠杆逆时针转动，实现弹簧力制动。

图3.9　PC7YF型单元式制动器（带停车制动器）

1—制动缸；2—制动活塞；3—制动活塞杆；4—制动杠杆；5—闸瓦间隙调整器；6—闸瓦托；
7—闸瓦托吊；10—缓解活塞；31—缓解风缸；32—缓解活塞；33—缓解活塞杆；34—螺纹套筒；
35—制动弹簧；36—缓解拉簧；37—制动杠杆

具体工作过程如图3.9所示，带弹簧制动器用于停车制动。当停车制动缓解风缸31排气后；制动弹簧35将活塞杆33推向前方，带动停车制动杠杆37，推动制动杠杆4，最后将闸瓦推向车轮路面，实现停车制动。当向缓解风缸31充气时，压缩空气推动活塞32克服弹簧35的作用力，使活塞杆33、制动杠杆31等分别复位，停车制动得到缓解。所以停车制动是排气制动，充气缓解。另外，停车制动还可通过拉动辅助缓解装置解拉环36、使缓解活塞杆33和螺纹套筒34（两者为非自锁螺纹连接）相对移动，释放弹簧作用力，达到缓解的目的。

如前所述，只要向停车制动缸充气，就可以完成停车制动的缓解（释放）了。停车制动的缓解可以在驾驶室内由司机操作。

停车制动的缓解也可以由人工操作。列车在进行检修作业时，总风缸内一般无压缩空气，车辆是被弹簧制动锁住的。若需移动车辆，必须将停车制动释放。这时可以将插在弹簧盘矩形齿轮内的定位销用专门工具拔出，即可使弹簧制动缓解。这是因为锥形弹簧组件在平时制动或缓解中被定位销锁住不能转动，一旦定位销被拔去，锥形弹簧组件即可自由转动并伸长，同时带动螺杆旋转并将螺套向右移动。螺套的右移使杠杆顺时针转动，推动常用制动缸活塞杆向左移动。这时，常用制动的活塞复位弹簧及吊杆扭簧也共同发挥作用，使两杠杆都对主制动杆产生向右移动的力，停车制动得到释放。

弹簧制动器经人工缓解后不会自动复位。若要复位也很简单，只需向弹簧制动缸充一次气，锥形弹簧重新被压缩，定位销将被弹簧盘锁住后即可。

目前，大部分采用PC7Y型和PC7YF型单元制动器的地铁或轻轨转向架，两台带弹簧制动器的PC7YF型单元制动器在转向架上是呈对角线布置的，可以分别对两个轮对进行停车制动。另一个呈对角线布置的是两台PC7Y型单元制动器。

列车中的每一个轮对上均设有一个带停放制动的单元制动缸。停放制动为弹簧储能式，充风缓解、无风制动。通过操纵司机室内的停放制动施加或缓解开关，可控制停放制动施加电磁阀或缓解电磁阀的得电，达到控制停放制动的施加与缓解的目的。在停放制动缸上，还设有手动的停放缓解装置，可通过人工操作缓解停放制动。

停放制动具有在以下条件下保持车辆静止不动的能力：

①车辆载荷ELE。

②有一个停放制动缸失灵。

③在35‰坡道上。

④有29.6m/s的大风。

⑤无时间限制。

【任务实施】

以课件为例，进行PC7Y和PC7YF单元制动机的讲解与熟知，并进行特点与区别的分析。

【效果评价】

评价表

任务3　KLX-7型踏面单元式制动机结构与原理分析

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆单元制动机的作用。

【任务要求】

掌握城轨车辆单元制动机的作用。

【知识准备】

1.KLX-7型踏面制动单元结构

城市轨道交通车辆安装的KLX-7型踏面制动单元有两个不同的踏面制动单元：标准踏面制动单元（E1）和带停放制动的踏面制动单元（E2），如图3.10所示。通常在常用制动和紧急制动时直接采用摩擦制动力作用在车轮踏面上。弹簧停放制动的作用是防止列车停车而没有完全停止时，由于自身重力的作用而溜车，当总风管压力排尽且常用制动缓解时，弹簧停放制动将自动施加。需注意的是，弹簧的总压力以车辆能够停放在4‰的坡道上为标准。车轮上有两种标准模式的制动闸瓦，制动闸瓦托安装在常用制动缸安装座上，由中心销连接制动闸瓦托吊架悬吊。制动力直接由常用制动单元（或停放制动单元）通过推杆施加在闸瓦托上。

图3.10　KLX-7型典型的踏面制动单元的标准布置图

为了防止闸瓦不均匀磨损，在制动构架制动缓解基础上，在两个安装座之间安装两个压缩弹簧，这样有助于装有制动闸瓦的回转推杆从制动车轮上缓解。弹簧停放制动装置安放在常用制动单元的制动缸体上，如图3.11所示，当通过停放制动轴杆实施停放制动时，如果在没有压力空气的情况下，则需要通过执行制动缸上紧急缓解装置对车辆进行缓解，从而保证制动缸的活塞能够缓解，但需注意的是弹簧停放制动的再实施就必须通过空气制动重新安排。

为了防止常用制动（空气压力）和停放制动（弹簧压力）组合制动力的施加，在每一个停放制动单元上安装安全阀（防混合阀），它能够防止两种制动力同时施加。

两种型号的踏面制动单元基于同一个标准的空气制动单元，该单元由空气制动和活塞组成。由两个对称排列的凸轮连接起来，如图3.11所示，用来传送、放大由活塞产生的制动力，凸轮的传送能力由凸轮的具体形状决定。自动松弛调节装置的作用是补偿制动闸瓦和车轮的磨损，该操作单元将自动调整闸瓦与车轮的间隙，并且在制动过程中清扫车轮的踏面。

图3.11　带停放制动装置的踏面制动单元

1—常用制动活塞；2—停放制动轴杆；3—停放制动活塞；4—弹簧；5—停放制动缸；6—内部盖；
7—半圆键；8—外部盖；9—滚珠；10—引导槽；11—紧急缓解锁闭销；12—齿轮主装；13—针状轴承定位销；
14—锥形螺母；15—滚珠轴承；16—圆柱弹簧；17—锥形环；18—连接机构；19—停放制动活塞；
20—安全阀（防混合）；21—密封圈；22—导向环；23—常用制动缓解

制动闸瓦和车轮磨损自动调整装置将延伸到指向车轮的轴杆，在制动模块需要的时候来调整间隙，它将需要重新安装停放制动轴杆的位置，通过旋转推杆上的调整螺母来调整。

（1）常用制动单元

常用制动单元是将制动执行装置和松弛调整装置安装在一个紧凑密封的箱体中的简洁单元，外部制动吊杆和闸瓦托悬吊在安装构架上外部支架上。制动组成部件全部安装在制动缸体内，通过推杆延伸到前盖，内部组成部件通过禳型风箱来阻挡灰尘。

制动推杆用来固定并传递制动力到制动闸瓦托。制动吊杆（铸铁）是通过吊架的安装销固定在叉形安装座的端部，制动吊架离开两个超载压缩弹簧的情况下以制动位为基准。闸瓦托悬吊在以制动吊架的低端为定位的较低的转轴上。为了防止闸瓦托的运动太灵活而影响到制动梁和闸瓦，由弹簧和摩擦盘组成的部件通过两个螺帽安装在闸瓦托上，摩擦盘用来承担推杆的法兰所产生的推力。闸瓦托（铸铁）用来安装闸瓦，承受由基础制动装置产生的推力，并将推力传送到车轮上，推力从制动缸的推杆传送到低轴点的制动头上，闸瓦托通过闸瓦钎将闸瓦固定在所在的位置，闸瓦钎通过一个弹性夹来保证其安全性。活塞在常用制动缸一体内运动，活塞上有一个叉状的伸出杆，每个伸出杆通过转轴安装在凸轮上。在活塞的下面是一个锥形的复原弹簧，它产生一个让制动缸活塞运动到缓解位的力。活塞上安装一个软密封圈，它允许活塞可以“摇动”，从而确保活塞杆成直角伸出，这样使得闸瓦能完全接触车轮踏面。每一个凸轮的反向安装的端部通过制动缸体上针状滚子轴承能够产生局部转动，在每一个凸轮端部的侧面安装针状滚子轴承的止推环，止推环上的滑块能够传递松弛调整装置和传动装置。一个安装在护套内的呼排气口来保证制动缸活塞的运动。滑槽是通过固定在缸体上的端盖来进行保护的，推杆头部通过制动缸体滑槽内两个滑块来进行定位。闸瓦的磨损是通过安装在制动缸制动执行机构上的松弛调整装置进行调整的。当闸瓦磨损时，松弛调整装置的转轴将伸出重新定位，直到更换磨损的闸瓦。

（2）弹簧停放制动

弹簧驱动的停放制动装置是安装在常用制动缸上，通过停放制动活塞杆推动常用制动缸活塞进行动作，如图3.12所示。如果在没有压力空气的情况下让车辆制动，则需通过拉动停放制动缸紧急缓解装置使车辆停放制动缓解。

图3.12　KLX-7带停放的踏面制动单元

1—闸瓦钎；2—摩擦盘；3—调整螺母；4—推杆；5—下部轴销；6—禳型风箱；7—制动吊杆；8—闸瓦托；
9—吊轴销；10—压缩弹簧；11—常用制动复原簧；12—软密封圈；13—常用制动活塞；14—常用制动缸；
15—凸轮1；16—安装销；17—气室；18—止推环；19—凸轮2；20—呼吸口；21—松弛调整器

停放制动装置由动力弹簧、停放制动活塞、停放制动活塞杆和紧急缓解装置安装在密封的制动缸内。在制动缸体的上部由内盖和外盖包裹着，外盖是紧急缓解装置锁闭销和滚动轴承所在位置，内盖里包含动力弹簧和针状轴承的安装位置。停放制动缸的下部是安装在常用制动缸体上，停放制动缸的底部为常用制动和停放制动的活塞杆提供一个压力密封盖。停放制动活塞位于制动缸体内，其压力密封装置是由活塞密封环来保证的。活塞通过一个弹簧锥形离合器装置安装在活塞杆上，活塞通过缸体内一个导向机构进行垂直安装在一个固定的大齿轮装置中，导向机构为了防止活塞在缸体内松动，所以在滑槽中沿径向方向用一个半圆键来安装。在停放制动缸上为了防止常用制动力（压力空气）和停放制动作用力（弹簧力）同时施加，所以安装了安全阀（防混合阀）。

2.FEC-7型踏面制动单元

如图3.13所示，城轨车辆的踏面制动单元PEC-7是气动操纵的制动设备，由制动气缸、变速机构和磨损补调器组合而成；结构紧凑、节省空间，分为卧式和立式两种，特别适合安装在空间狭窄的城轨车辆的转向架上。在PEC-7型制动单元中，无论是带挂接弹簧储能器还是带手动制动杆都可以作为常用制动器或停放制动器使用。弹簧储能器由压缩空气控制，这使得列车中所有停放制动器都可以从驾驶台上集中启动和缓解。

踏面制动单元PEC-7具有以下结构特性：①结构紧凑，无连杆；②通过单作用气缸容量调节器自动修正闸瓦和轮子磨耗造成的闸瓦间隙；③空气消耗量稳定；④通过压缩空气可在驾驶台上集中操纵弹簧储能器；⑤在更换闸瓦时无需进行调整工作。

（1）常用制动的踏面制动单元

1）常用制动器结构

常用制动踏面制动单元结构如图3.13所示，活塞（k1）在外壳（g1）中滑动，它被活塞回位弹簧（fl）保持在缓解位置，并通过两个活塞销（b4）与两个凸轮盘（k3）相连接。凸轮盘由轴承销（b5）支承在外壳（g1）中。压紧环（dl）与其支承滚柱（d2）一起靠在凸轮盘（k3）上。在压紧环上有调节机构（s）及复位六角头R。在调节机构（s）前端上有连杆头（s4）和螺栓（b3），建立与闸瓦托（al）的连接。除此之外，闸瓦托（al）又经吊耳（hl）、吊耳螺杆（b2）和扭转弹簧（f2）与托架（b1）相连。制动闸瓦（a4）装在闸瓦托（a1）中，由弹簧闩（a2）和楔形闩（a3）固定住。波纹管（q）将外壳正面密封以防灰尘和水进入。在外壳最低点处有一个通气塞（e，排风口）。

2）常用制动器工作方式

①常用制动器的制动作用。进行制动时，压缩空气通过接口C流入制动气缸，并作用在活塞（k1）上，使之逆着活塞回位弹簧（f1）的弹力被向下压。活塞的运动被传递给可在外壳（g1）中转动的两个对称安装的凸轮盘（k3）。支承滚柱（d2）在凸轮盘的弯道上滚动，从而整个调节机构（s）和闸瓦托（al）被推入制动位置。当制动闸瓦（a4）抱在轮子上时，即形成制动力。传动比，即制动闸瓦上可产生的最大制动力，是由凸轮盘（k3）的形状决定的。踏面制动单元PEC-7的标准化使其通过安装相应的凸轮盘可达到2.0～5.5的传动比。

②常用制动器的缓解作用。为进行缓解，使踏面制动一单元的制动气缸重新排风。活塞回位弹簧（f1）在吊耳的回位弹簧［如扭转弹簧（f2）或回位弹簧（f7），如图3.16所示］和调节机构（s）的回位弹簧（f3）（如图3.15所示）的支持下，使所有部件都回到起始位置。一个带摩擦件（r）的夹紧联轴节受弹簧负荷，使吊耳（hl）或连杆头（s4）旁的闸瓦托（al）与轮子保持平行。从而防止制动闸瓦（a4）在制动器缓解时滑向轮子的一侧而造成斜向磨损。

（2）调节机构

关于踏面制动单元的调节机构（s）的结构和各种不同位置，如图3.14（a）、（b）、（c）所示。

图3.13　PEC-7型踏面制动单元（不带弹簧储能器）

a1—闸瓦托；a2—弹簧闩；a3—楔形闩；a4—闸瓦；b1—托架；b2—吊耳螺杆；b3—螺栓；
b4—活塞销；b5—轴承销；d1—压紧环；d2—支承滚柱；e—通气塞；f1—活塞回位弹簧；
f2—扭转弹簧；g1—外壳；g2—气缸盖；h1—吊耳；k1—活塞；k2—活塞皮碗；k3—凸轮盘；
q—波纹管；s—调节机构；s4—连杆头；C—常用制动缸的压缩空气接口；R—复位六角头

图3.14　装在连开杆头的调节机构（S）

f3—回位弹簧；s5—调节器外壳；s6—齿式连接器；s7—压紧螺母；s8—转轴；
s9—止动环；s11—连接管；s12—推进螺母；s13—齿式连接器；s15—止挡；
X—闸瓦间隙和弹性延伸量；V—磨损量

1）调节机构松开

调节机构松开如图3.14（a）所示。连接管（s11）上的止动环（s9）在回位弹簧（f3）的弹力作用下紧靠着外壳（g1）的止挡（s15）。其与外壳一侧止挡（s16）的距离X为所需的轮子闸瓦间隙的大小和在制动力作用下的弹性延伸量。

2）不带补调功能进行制动时的调节机构

不带补调功能进行制动时的调节机构如图3.14（b）所示。在刹车时，整个调节机构运动X距离进入制动位置。止动环（s9）靠在止挡（s16）上，回位弹簧（f3）张紧。制动力从调节器外壳（s5）通过齿式连接器（s6）传送到压紧螺母（s7）、转轴（s8）、连杆头（s4），再传送到闸瓦托上。

3）带补调功能进行制动时的调节机构

带补调功能进行制动时的调节机构如图3.14（c）所示。当闸瓦间隙太大时（例如由于制动时闸瓦和轮子的磨损所致），闸瓦抱紧在轮子上需要经过的距离会比X大。连接管（s11）因止动环（s9）被卡住而无法跟上。连接管中的齿式连接器（s13）开启，推进螺母（s12）在推力作用下在非自锁的转轴螺纹上转动。该转动作用使转轴（s8）被拧出相应于磨损量V的一段距离。调节结束后，齿式连接器（s13）重新啮合。在调节过程中，回位弹簧（f3）由于调节器外壳（s5）同样移动了V距离而被张紧。

缓解制动器时，调节机构通过回位弹簧（f3）复位。一旦止动环（s9）接触到止挡（s15），则连接管（s11）、推进螺母（s12）和转轴（s8）的复位过程即告结束。而调节器外壳（s5）还必须移动一段距离V才能回到缓解位置。其间调节器外壳中的齿式连接器（s6）打开，压紧螺母（s7）在调节器外壳运动过程中拧回到静止中转轴的非自锁的螺纹上。当到达最终位置后，齿式连接器（s6）重新啮合。则调节机构即已作好进行新的制动过程的准备。

4）转轴的复位

在更换已磨损的闸瓦或拆卸踏面制动单元之前，必须将调节过程中转出的转轴（s8）复位。调节机构配备的复位六角头R用于复位，通过该复位六角头转轴被拧入。根据踏面制动单元的形式或结构，复位六角头或者直接装在连杆头（s4）的后面，或者装在调节机构后侧末端。

图3.15　后置调节机构（S）

s4—连杆头；s8—转轴；s14—齿式连接器；R—复位六角头

在带横向移动吊耳的踏面制动单元PEC-7上，复位六角头通常装在调节机构后侧末端，如图3.15所示。

在转轴回转时，复位六角头的旋转方向：如图3.14所示的调节机构为顺时针方向；按如图3.14所示的调节机构为逆时针方向。

转轴（s8）和连杆头（s4）在齿式连接器（s14）上互锁，以防止车辆运行中的震动造成位移。转轴回转时齿式连接器随之咔咔作响。

（3）停放制动器

弹簧储能制动器是一种气动停放制动器，如图3.16所示。在制动时，储能弹簧（f4）和（f5）的弹力经过锥体连接器K、螺母（m1）和螺纹转轴（m2）而作用到踏面制动单元的常用制动缸B中的活塞（k1）上。

图3.16　弹簧储能器气缸结构

e—通气塞；f4、f5—储能弹簧；f6、f8—压缩弹簧；f9—回位弹簧；f10—扭转弹簧；
g9—气缸；g4、g5—罩盖；k1、k4—活塞；m1—螺母；m2—螺纹转轴；n1—棘爪；
n2—齿轮；n3—锁定销；n4—推杆；t—盘形弹簧组；B—常用制动缸；
F—弹簧储能气缸的压缩空气接口；K—锥体连接器；N—紧急缓解装置

弹簧储能器装有一个手动紧急缓解装置N，以便能使不带压缩空气接口的车辆在停车后停放制动器缓解。

1）缓解位置

在缓解位置，以缓解压力F给气缸充风，如图3.16所示。活塞（k4）由此逆着储能弹簧（f4）和（f5）的弹力被顶在其上部终端位置。螺母（m1）和螺纹转轴（m2）完全拧合在一起。这样螺纹转轴就不会顶在常用制动缸B的活塞（k1）上，因而停放制动器处于缓解位置。

2）弹簧储能制动器的制动

在弹簧储能器作用时，如图3.17所示，气缸（g3）通过接口F排风。这样活塞（k4）传至储能弹簧（f4）和（f5）的反作用力即降至0。放松的储能弹簧（f4）和（f5）的作用力通过活塞（k4）、锥体连接器K、螺母（m1）和螺纹转轴（m2）作用在常用制动缸B的活塞（k1）上，并将该活塞压入制动位置。接着制动闸瓦即在轮子上抱紧。螺纹转轴（m2）有非自锁的螺纹，储能弹簧（f4）和（f5）通过它产生一种扭矩，使螺纹转轴（m2）向上从螺母（m1）中拧出。然而这种扭矩由闭合的锥体连接器K的摩擦连接以及齿轮（n2）与棘爪（n1）的互咬合而承接。因此螺纹转轴（m2）和螺母（ml）之间不会相对扭转。

图3.17　弹簧储能器在制动位置

f4—储能弹簧；f5—储能弹簧；g3—气缸；k1—活塞；k4—活塞；
m1—螺母；m2—螺纹转轴；n1—棘爪；n2—齿轮；B—常用制动缸；
F—弹簧储能气缸的压缩空气接口；K—锥体连接器

3）弹簧储能器的紧急缓解

如果停放制动器缓解时没有压缩空气可用，则可手动进行紧急缓解，如图3.18所示。为此每个踏面制动单元都有一个装置（在本例中是推下n4）用于操作棘爪（n1）。这种操作装置可因车辆的不同而有差异，因此在此不作详细介绍。

图3.18　弹簧储能器紧急缓解

f4—储能弹簧；f5—储能弹簧；f6—压缩弹簧；f8—压缩弹簧；g3—气缸；g5—罩盖；
k1—活塞；k4—活塞；m1—螺母；m2—螺纹转轴；n1—棘爪；n2—齿轮；
n3—锁定销；n4—推杆；t—盘形弹簧组；K—锥体连接器

在操作棘爪（n1）时，齿轮（n2）被放开，因而螺纹转轴（m2）的扭矩支撑消除。这时由储能弹簧（f4）和（f5）向下作用的较大的力以及螺纹转轴（m2）的非自锁螺纹所产生的扭矩（见“制动状态”一节）不再能够在棘爪（n1）上得到支承。因而螺纹转轴（m2）和齿轮（n2）剧烈旋转。这又促使螺纹转轴（m2）从螺母（ml）向上旋出。同时活塞（k4）向下运动，将空气从气缸（g3）中排挤出去。储能弹簧（f4）和（f5）被放松直到活塞（k4）贴在气缸底座上为止，这样储能弹簧的弹力不再作用在螺纹转轴（m2）上。一旦活塞（k4）向下运动，则锁定销（n3）被压缩弹簧（f8）向下压并将棘爪（n1）闭锁，棘爪不能再与齿轮（n2）咬合。

通过常用制动缸活塞（k1）对于螺纹转轴（m2）的反作用力以及压缩弹簧（f6）的弹力，螺纹转轴在活塞（k4）已经贴靠底座的状态下又向上旋拧，直到碰上罩盖（g5）。这时旋转部件的回转动量使螺母（ml）在螺纹转轴（m2）上逆着盘形弹簧（t）的弹力向下旋拧，从而使锥体连接器K打开。螺母（m1）和活塞（k4）锥形圈之问的摩擦连接断开。自此螺母（ml）也与螺纹转轴（m2）及齿轮（n2）一起旋转，直到它们的回转动量通过内摩擦而完全衰减。停放制动器处于缓解状态。

图3.19　弹簧储能器的重新准备就绪

f4—储能弹簧；f5—储能弹簧；g3—气缸；k4—活塞；m1—螺母；
m2—螺纹转轴；n1—棘爪；n2—齿轮；n3—锁定销；t—盘形弹簧组；
f—弹簧储能气缸的压缩空气接口；k—锥体连接器

4）弹簧储能器重新准备就绪

在紧急缓解的状态下，弹簧储能器没有做好制动准备，如图3.19所示。气缸（g3）以缓解压力从接口F进气，以取消紧急缓解状态。这样活塞（k4）逆着储能弹簧（f4）和（f5）的弹力向上顶，同时锥体连接器k顶着盘形弹簧（t）的力开启。因此锥体连接器k中的摩擦连接断开，螺母（m1）不再处于防扭转保护状态。由于有非自锁的螺纹，在活塞（k4）继续向上运动的同时，螺母也在螺纹转轴（m2）上向上旋拧。当活塞（k4）向上运动到终点时，锁定销（n3）被向上顶。棘爪（n1）因此与齿轮（n2）咬合，从而使齿轮和螺纹转轴（m2）重新处于防扭转保护状态。一旦活塞运动结束，则锥体连接器K自行关闭。

当到达图3.19中的终端位置时，储能弹簧（f4）和（f5）被张紧，弹簧储能器即为一次新的制动做好了准备。

（4）手制动机构

手制动机构主要由专用气缸盖（g6）、连杆（u）和推杆（v）组成（如图3.20所示），由柔性拉杆进行远端控制。柔性拉杆（w）用其软折管护套铰接在气缸盖（g6）上，并用钢索通过一个叉形件挂在连杆（u）上。通过拉动柔性拉杆使连杆摆动。连杆的运动经推杆（v）传递到常用制动缸B的活塞（k1）上。当制动闸瓦在轮子上抱紧时，即形成制动力。

当松开手闸时，弹簧的弹力使所有部件返回起始位置如图3.21所示。带横向移动吊耳的踏面制动单元是特殊形式，当轮子横摆较大需要制动闸瓦侧向移动X距离时需要使用该形式的装置。这样可以避免横向力从水平方向，即与轮轴平行方向上作用于踏面制动单元。该特殊形式的横向移动式吊耳（h2）与吊耳螺杆（h3）一起支承在两个坚实的弹性板式控制臂（h4），不像标准型那样支承在一个刚性支架上。板式控制臂的下端用螺栓与托架（g7）固定在一起，并支撑在导向装置上。它将制动时产生的切向力传递给用法兰连接在踏面制动单元外壳（g1）上的托架。在板式控制臂（h4）的上端有用于支承吊耳螺杆（h3）的支架，该吊耳螺杆两端用横穿螺栓固定。螺栓固定时允许根据位移情况调整位置。

图3.20　气缸盖换成制动机构的套件

k1—活塞；g6—气缸盖；u—连杆；v—推杆；
w—柔性拉杆；B—常用制动缸

图3.21　带横向移动吊耳的踏面制动

s—调节机构；a1—闸瓦托；h2—吊耳；
h3—吊耳螺杆；h4—板式控制臂；g1—外壳；
g7—托架；f7—回位弹簧

在轮轴横向位移时，由轮子凸缘产生的一种横向力作用于制动闸瓦上，它经过闸瓦托（a1）和吊耳（h2）传递到板式控制臂（h4）上。板式控制臂沿力的方向弹性变形，吊耳带着闸瓦托随轮子横向运动。由于调节机构（s）在外壳（g1）中呈万向悬置，而闸瓦托（a1）由一个球形接头支承在转轴上，因而制动闸瓦的摩擦面即使在横向位移时也完全抱在轮子上。随着板式控制臂的弹性形变而形成一种弹力，该弹力在横向力减弱时将吊耳和闸瓦托回复到起始位置。

在这种选型上没有配备摩擦件。闸瓦托由平行于吊耳的平行控制臂操纵。为使闸瓦托能均匀地抱在轮子的曲面上，平行控制臂可克服专用摩擦件的摩擦力而改变其长度。

图3.22　拆卸及安装踏面制动单元PEC-7带横向移动吊耳的踏面制动单元

a2—弹簧闩；a3—楔形闩；a4—闸瓦；e—通气塞；f—弹簧储能器；A—弹簧垫圈；
B—固定螺栓；C—工作气缸压缩空气接口；F—弹簧储能器压缩空气接口；
M—接地点；N—紧急缓解装置；R—复位六角头；S—插头

3.XFD型踏面制动单元

XFD踏面制动单元主要由制动缸、楔角放大机构、间隙调整器及活动瓦托组成，其外形结构如图3.23所示。

（1）作用力放大机构

XFD型踏面制动单元作用力的放大机构与传统踏面制动单元杠杆放大机构不同，它采用了楔角放大原理，具有重量轻、体积小、输出力大且范围广等优点。

图3.23　XFD型踏面制动单元外形结构图

XFD型踏面制动单元作用力的放大倍率仅与楔角角度有关。制动单元结构原理如图3.24所示，力的放大原理如图3.25所示。

图3.24　XFD型踏面制动单元结构原理图

图3.25　楔角放大原理图

（2）制动倍率计算

制动倍率按下式计算：

故

式中　n——制动倍率；

　P1——制动活塞作用力；

　K—制动单元输出力；

　α——楔角角度。

由于采用楔角放大原理，使XFD踏面制动单元结构紧凑、重量轻、体积小、传动效率高。并且放大倍率不再是一个定值，而是一个选取范围，在不改变外形尺寸的情况下，在1.8～4.47倍的范围内可任意选取。

（3）闸瓦间隙调整

闸瓦间隙自动调整器当闸瓦磨耗时，闸瓦间隙自动调整器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。

踏面制动单元在制动过程中，会产生弹性变形与位移，弹性变形与位移也有可能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，KFD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，闸瓦间隙自动调整器，具有手动调整功能，用于更换闸瓦后的调节。

图3.26　弧形滑块式径向活动瓦托简图

（4）弧形滑块式闸瓦托

XFD型闸瓦托采用弧形滑块式结构，能自动保持均匀的闸瓦间隙。调整螺杆与闸瓦托通过V形板簧和O形弹簧及弧形滑块组成径向活动机构，如图3.26所示。当制动时，在输出力作用下，可自动调整闸瓦与车轮踏面间的不均匀间隙，以确保闸瓦均匀贴合，此结构还有避免偏载、弯曲和冲击载荷的传递，防止调整螺杆弯曲变形的特点。

（5）停放制动器

停放制动的施加和缓解可以在司机台上完成，同时司机台上可以显示停放制动的状态。在列车停车时，总风压力下降后停放制动能够自动施加，总风压力恢复时停放制动能自动缓解并恢复停放制动的正常工作。一旦手动缓解了停放制动，停放制动失效，在总风压力正常范围时，进行一次制动操作，停放制动功能即可自动恢复。

停放制动器每轴一个，在转向架上呈对角布置。XFD型踏面制动单元的停放制动器由弹簧的压缩力施加闸瓦压力。当停放制动缸有压力空气时，停放制动弹簧被压缩，停放制动缓解；当停放制动缸的压力空气被排出后，停放制动弹簧通过传动机构施加闸瓦压力。在停放制动施加后，当需要手动缓解时，拉动手动缓解装置可以释放被压缩的停放制动弹簧，使停放制动缓解。

　（6）密封结构

　采用全密封结构。制动缸活塞皮碗采用Y形骨架自封结构，安装方便，可延长检修期。

　（7）XFD踏面制动单元主要技术指标

　制动单元的制动缸直径　　　　　　　　　　　φ177.8mm

　最大闸瓦间隙调整能力　　　　　　　　　　　125mm

　闸瓦一次调整量约　　　　　　　　　　　　　10mm

　活塞最大行程　　　　　　　　　　　　　　　72mm

　闸瓦与车轮踏面正常间隙　　　　　　　　　　4～8mm

　制动倍率　　　　　　　　　　　　　　　　　4.2

　制动单元输出力　　　　　　　　　　　　　　33.52kN（制动缸压力为410kPa时）

　弹簧停车制动器输出力　　　　　　　　　　　20kN

　踏面制动单元重量

　　　　XFD-1型　　　　　　　　　　　　　43kg

　　　　XFD-2型　　　　　　　　　　　　　63kg

　【任务实施】

　以课件为例，进行单元制动机的讲解与熟知，并进行特点与区别的分析。

【效果评价】

评价表

任务4　闸瓦的认知

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示闸瓦的使用。

【任务要求】

掌握城轨车辆制动闸瓦的分类与作用。

【知识准备】

1.闸瓦的分类

闸瓦是指制动时，压紧在车轮踏面上以产生制动作用的制动块。

由于城市轨道交通车辆是从铁路车辆演变而来的，与铁路车辆有太多的联系，因此闸瓦也是基本上沿用铁路车辆的闸瓦。铁路上最基本和最多使用的就是铸铁闸瓦，但是铸铁闸瓦的摩擦系数在高速时仅0.1左右，而在低速时却达到0.4以上，与轮轨黏着系数不匹配，制动效能很低，尤其是在长坡道连续制动时，易发生高温熔化，从而造成轮对抱死、轮轨擦伤以及火灾事故。因此，必须以一种性能更好的材料来替代铸铁闸瓦。为解决这个矛盾，苏联早期的地铁列车和市郊动车，曾采用木质（桦木）闸瓦，以后发展到层压木闸瓦。在20世纪50年代，美国的柯勃拉（COBRA）、英国的菲洛杜（FERODO）以及苏联的6KB-10合成闸瓦先后研制成功。这些闸瓦的优点是摩擦系数高，受速度影响小，耐磨，不伤车轮。20世纪60年代后期，世界上出现了能与铸铁闸瓦互换的低摩擦系数合成闸瓦，此后其发展逐渐加快，目前合成闸瓦已经得到了广泛的使用。1973年，苏联在全部客货车上使用8-1-66合成闸瓦（这种闸瓦已对早期的6KB-10合成闸瓦作了改进）。1974年，美国所有新造列车全部采用合成闸瓦。日本也在积极推广高、中、低摩擦系数的合成闸瓦。据报道，日本可以按用户要求任意调整合成闸瓦的摩擦系数。西欧铁路联盟新造的联运货车有20%采用高摩擦系数合成闸瓦，既有参加联盟各国自行制造的，也有购买美国柯勃拉和铁锚牌合成闸瓦的。

综上所述，轨道车辆上使用的闸瓦基本上分为两大类，即铸铁闸瓦和合成闸瓦。在铸铁闸瓦中，又可分为中磷铸铁闸瓦和高磷铸铁闸瓦。在合成闸瓦中，按其基本成分，可分为合成树脂闸瓦和石棉橡胶闸瓦；按其摩擦系数高低，又可分为高摩擦系数合成闸瓦和低摩擦系数合成闸瓦（简称高摩合成闸瓦和低摩合成闸瓦）。中磷铸铁闸瓦、高磷铸铁闸瓦和低摩合成闸瓦，称为通用闸瓦，可互换使用（不用改变基础制动装置的结构）。

2.铸铁闸瓦

高磷铸铁闸瓦与中磷铸铁闸瓦相比，主要是提高了含磷量。中磷铸铁闸瓦的含磷量为0.7%～1.0%，高磷铸铁闸瓦的含磷量为10%以上。高磷铸铁闸瓦的耐磨性比中磷铸铁闸瓦高1倍左右。

实践证明，高磷铸铁闸瓦的使用寿命约为中磷铸铁闸瓦的2.5倍以上。高磷铸铁闸瓦还有一个优点，就是制动时火花少。铸铁闸瓦的摩擦系数是随含磷量的增加而增大的，因此高磷铸铁闸瓦的摩擦系数大于中磷铸铁闸瓦。但含磷量过高，将增加闸瓦的脆性。试验证明，当含磷量超过1.0%时，闸瓦如不加钢背，便有裂损的可能，所以高磷铸铁闸瓦需采用钢背补强。

3.合成闸瓦

合成闸瓦是以树脂、石棉、石墨、铁粉和硫酸钡等材料为主，热压而成的闸瓦。

（1）合成闸瓦的优点

合成闸瓦与铸铁闸瓦相比，具有以下优点：

①摩擦性能可按需要进行调整。合成闸瓦的摩擦性能可根据需要，用改变、调整配方和工艺的方法获得较为理想的效果，从而可以充分地利用轮轨间的黏着系数。

②耐磨性能好，使用寿命长。合成闸瓦的耐磨性能好，使用寿命一般为铸铁闸瓦的3～10倍。

③对车轮踏面的磨耗小，可延长车轮使用寿命。

④重量轻。合成闸瓦的质量一般只为铸铁闸瓦质量的1/3～1/2。

⑤可避免磨耗铁粉的污染及因制动喷射火星而引起的火灾事故。铸铁闸瓦的磨耗铁粉，不仅会污损车辆的电气设备，而且在制动过程中产生的红铁粉（在较长距离和较大坡度的坡道区段更为严重）喷射出来，容易引起火灾。合成闸瓦制动时没有或很少有磨耗铁粉飞散，从而能防止火灾事故，并减轻对电气设备的不良影响。

⑥摩擦系数比较平稳并能保证有足够的制动力。铸铁闸瓦在高速制动时摩擦系数较小，可能造成制动力不足，而在低速特别是接近停车时，其摩擦系数又上升较多，很容易引起列车的纵向冲动，甚至造成滑行而擦伤车轮。而合成闸瓦具有摩擦系数比较平稳的特性，在高速时，摩擦系数值变化较小，故能产生足够的制动力，在速度较低时摩擦系数值变化不大，故能使停车平稳，提高旅客乘坐的舒适度，减轻或防止设备的损坏。

（2）合成闸瓦的结构

合成闸瓦由于其材料本身强度小，必须在其背部衬压一块钢板（钢背）来增加它的抗压强度。整个合成闸瓦由钢背和摩擦体两部分组成，如图3.27所示。钢背内侧开有槽或孔，用以提高摩擦体与钢背的结合强度。低摩合成闸瓦钢背两端的中间部分制成凸起的挡块，两侧低平，以便与闸瓦托的四爪相结合，钢背外侧中部装有钢板焊制成的闸瓦鼻子，其外形和中磷铸铁闸瓦相同。由于高摩合成闸瓦的摩擦系数大，因此不能与通用闸瓦互换使用。为了防止混淆，将高摩合成闸瓦钢背两端的中间制成低平，两侧凸起，正好与低摩合成闸瓦相反，钢背内侧还焊有加强筋，以增加钢背的刚度。为了增加散热面积和避免闸瓦裂损、脱落，合成闸瓦摩擦体的中部压成一条或两条散热槽。

图3.27　合成闸瓦

（a）低摩合成闸瓦；（b）高摩合成闸瓦
1—钢背；2—摩擦体；3—散热槽；4—冲孔

（3）合成闸瓦的制作材料和工艺

闸瓦制动是依靠闸瓦与车轮踏面的相互摩擦来消减列车的动能而产生制动作用的。因此，闸瓦的材料及其性能（主要是摩擦性能和对摩擦制动的效率）将直接影响到制动装置的构成和制动的效果。例如，铸铁闸瓦的摩擦系数在低速时急速增高，所以要求高速列车制动机必须具有速度压力调节装置，以便当速度变化时能够自动地调节闸瓦压力，否则闸瓦将会被烧熔，车轮踏面也将受到很大的损伤。对于摩擦系数比较稳定的合成闸瓦，虽然不需要安装速度调节装置，但是由于它目前还存在着降低轮轨间黏着系数的缺点，因而必须加装防滑装置，以防列车在制动时车轮打滑。而且，闸瓦是一种磨耗量很大的消耗性零件，因此要求闸瓦具有良好的耐磨特性，这也是一项重要的指标。此外，由于闸瓦与车轮踏面是一对摩擦副，闸瓦的摩擦特性不仅对闸瓦本身有影响，而且对车轮踏面也有很大影响，这就要求闸瓦性能不会使车轮踏面发生热裂及不正常的磨耗而产生下凹等情况。因此，对闸瓦的成分、材质、形状和硬度等，都必须有严格的要求。更何况地铁列车的频繁制动（大约每2min制动一次），因此地铁闸瓦使用工况的恶劣程度是其他任何交通工具所无法比拟的。

合成闸瓦的发展经历了从有石棉到无石棉的过程。由于合成闸瓦属于由基体材料（树脂）、增强纤维和摩擦性能调节剂组成的三元复合材料，既是功能材料，又是结构材料，不仅涉及摩擦学，而且涉及高分子化学、高分子物理学、界面化学和金属矿物质学等领域，所以能研制出摩擦性能和物理性能好的闸瓦，对充分利用摩擦系数和黏着系数提高制动效率有重要意义。

低摩合成闸瓦具有与铸铁闸瓦可互换的优点，但是它的结构成分中含有大量的润滑材料，与车轮踏面接触后会遗留在车轮踏面上，再传递到轨面上，导致轮轨间黏着系数明显下降，因此无法用于重载、高速的列车。

高摩合成闸瓦与低摩合成闸瓦相比，摩擦系数高，对轮轨黏着系数的影响较小，因此提高了制动效能。但是高摩合成闸瓦的增强纤维原先都选用石棉。随着石棉的危害日益受到人们的关注，1988年美国环保总局颁布了对石棉制品的禁令，我国也在2000年颁布了对石棉的禁令。世界发达国家的高摩合成闸瓦均改用符合环保要求的增强纤维，例如碳纤维、钢纤维、玻璃纤维和有机纤维。上海地铁车辆使用的德国原装闸瓦——JURID836闸瓦就是无石棉闸瓦。

合成闸瓦的成分，目前见到的几乎是由树脂、铁粉、减摩剂、石棉以及稳定剂合成的。其中关键成分是树脂、减摩剂和稳定剂。树脂是黏结材料，一般是酚醛树脂，但实际上是酚醛树脂经过一定的改性聚合的，例如日本用腰果壳油改性。改性以后的酚醛树脂，可以降低闸瓦的杨氏弹性模数，从而降低车轮踏面的最高温度。所谓最高温度，是指车轮踏面上出现的热斑温度，这是由于闸瓦局部与车轮踏面接触所产生的瞬时局部高温。闸瓦杨氏弹性模数降低后，闸瓦变软，使它与车轮踏面的接触面能吻合良好，这样就可以改善闸瓦和踏面发生局部高温的情况。树脂改性也可以在酚醛树脂中加入丁腈橡胶或其他树脂。腰果壳油可能使改性后的酚醛树脂特性更好一些。铁粉的作用是调节摩擦系数与速度之间的关系。摩擦剂则用于降低摩擦系数。目前，我国采用石墨做减摩剂，只是价格可能高了一些。用于稳定摩擦系数的稳定剂，目前国内尚未研究，所以国产合成闸瓦在高温或低温时的差别就很大。由于闸瓦摩擦系数不稳定，容易造成列车在制动过程中打滑。

合成闸瓦生产过程中的热处理与合成闸瓦的耐磨性也有很大的关系。有些合成闸瓦不耐磨，原因是生产时压制时间不足，如果在压制时，经过一定时间的热处理后，耐磨性能就有了显著的提高。合成闸瓦容易发生金属镶嵌，这个问题与车轮踏面的瞬时局部高温有关。降低闸瓦杨氏弹性模数后，局部高温有所下降，可能解决这一问题，同时车轮踏面的热裂也可以减少。当然，车轮踏面的热裂和闸瓦摩擦面上金属镶嵌的发生，与车轮材质也有一定的关系。

由此可见，影响闸瓦摩擦系数性能的因素是很多的，在制造工艺方面，有材质成分、压制时间、热处理温度和外形尺寸等；在使用方面，有运行速度、制动初速、表面沾水和制动缸压力等。

（4）合成闸瓦的缺点

虽然合成闸瓦具有很多优点，但它对车轮也有很大的影响，主要有以下几种情况：

①热龟裂。由于闸瓦与车轮的接触不良，因而在车轮踏面上产生局部过热，形成热斑点，在个别情况下会发生热龟裂。

②车轮的沟状磨耗。在制动频繁的区段上使用合成闸瓦会使车轮温度升高。车轮踏面呈现沟状磨耗，这是由于合成摩擦材料局部摩擦热膨胀引起的。温度越高时，这种磨耗在车轮踏面的外侧越容易发展。沟状磨耗是闸瓦横向摩擦造成的。研究制动时的踏面温度分析，便可以判断车轮踏面容易发生沟状磨耗的位置。

③车轮的凹形磨耗。在冬季积雪地区使用合成闸瓦时，会发生这种磨耗。这是由于水介入到闸瓦摩擦表面所引起的。

除上述现象外，合成闸瓦对车轮踏面的常见影响有毛细裂纹、热裂纹、滑行裂纹和踏面剥离等。

【任务实施】

可以以参观本城市地铁车辆的时机为切入点，然后再以理论进行闸瓦分类，铸铁闸瓦和合成闸瓦的组成、特点与分析。

【效果评价】

评价表

任务5　城轨车辆盘形制动装置的认知

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示闸瓦的使用。

【任务要求】

掌握城轨车辆制动闸瓦的分类与作用。

【知识准备】

闸瓦制动结构简单，但其制动功率不能过大，因为过大的制动功率会导致闸瓦制动摩擦副的损伤，如闸瓦熔化、车轮踏面过热剥离或热裂，这些都会危及行车安全。因此当需要较大的制动功率时，可采用盘形制动装置，盘形制动最早是在德国柏林地铁车辆上首先装车使用的。目前，我国国内一些城轨车辆的基础制动装置也采用盘形制动，取代传统的踏面制动方式。盘形制动减少了对车轮的磨耗，延长了车轮的使用寿命，且制动平稳、噪声小。盘形制动通过双向选择摩擦可以得到比闸瓦制动更大的制动功率，从而满足了高速制动的要求，保证了行车安全。

图3.28　盘式制动装置的组成与结构

1—制动盘；2—单元制动缸；3—吊杆；4—闸片；
5—闸片托；6，7—杠杆；8—支点拉板

1.盘形制动装置的作用与种类

（1）基本作用

如图3.28所示，城轨车辆的盘形制动装置一般由单元制动缸、夹钳装置、闸片和制动盘等组成。制动时，制动缸活塞杆推出，制动缸体和活塞杆带动两根杠杆，通过杠杆和支点拉板组成的夹钳，使闸片同时夹紧制动盘的两个摩擦面，产生制动作用。

（2）种类

1）按安装的形式分

如图3.29所示，城轨车辆盘式制动装置按其安装形式的不同，可分为轴盘式和轮盘式。在转向架空间位置较大的情况下，比如拖车，一般采用轴盘式制动装置。制动盘以某种形式固定在车轴上：通常是把盘毂用过盈配合压装在车轴上，再把制动盘用螺栓紧固在盘毂上。一根轴可布置2～4个制动盘。当轴盘式制动装置无安装空间时，就只能采用轮盘式制动装置。轮盘式制动装置如图3.30所示，制动盘与过渡钢盘径向连接，过渡钢盘用螺钉安装在车轮轮毂上。

图3.29　盘式制动装置的安装形式

1—轮对；2—单元制动缸；3—单元制动缸；4—制动夹钳；5—牵引电机

图3.30　盘式制动装置的安装形式

1—盘毂；2—制动盘；3—过渡钢盘；4—制动盘

2）按制动盘和闸片使用的材料分

城轨车辆盘形制动装置制动盘按所使用的材料可分为铸铁、铸钢和锻钢等，按闸片采用合成材料、粉末冶金等各种材料。

城市有轨车辆一般采用铸铁盘和合成闸片。对合成闸片材料的选择，除了要满足制动摩擦性能的要求外，还必须考虑摩擦产生的粉末对环境污染的影响。对车速较高的城郊有轨车辆，如果超过每小时160km或更高，可增加制动盘的数量，来满足高速制动的要求。如果增加制动盘数量有困难，则可通过改变制动盘和闸片的材料，如选择钢盘、粉末冶金闸片来满足制动要求。

2.盘形制动装置的优点

城市轨道交通交通车辆的基础制动装置使用盘式制动装置代替闸瓦制动装置，可以避免闸瓦对车轮踏面的摩擦，因此不存在对踏面的烧损，也减少了车轮的磨耗。盘式制动的设计可以通过计算选择制动盘和闸片的材料，使制动配合获得较高的摩擦系数和最佳的制动效果。盘式制动的最大优点是散热性好，摩擦系数稳定，制动力恒定，热容量大，允许其具有较大的制动功率。这对于城市轨道交通车辆运行时速高、载客多、启动制动频繁的行车特点，更具有安全保障作用。但是，盘式制动代替闸瓦制动后，使轮轨间的黏着系数有所下降，这是它的最大缺点。总结如下：

①城市轨道交通交通车辆使用盘形制动装置代替了闸瓦对车轮踏面的摩擦，因而不存在对车轮的热影响，同时也减少了车轮的磨耗，延长了车轮的使用寿命并改善了运行品质，保证了行车安全。

②盘形制动的散热性能比较好，所以摩擦因数稳定，能得到较恒定的制动力。它的热容量允许它具有较高的制动功率。

③由于可以自由地选择制动盘和闸片的材料，使这一对摩擦副具有最佳的制动参数，可以获得较高的摩擦因数，并且比较稳定。因此可以减小闸片压力，减小制动缸及杠杆的尺寸，减轻制动装置的重量。

④盘形制动的闸片面积比闸瓦制动的闸瓦面积大，承受的单位面积压力小，它的磨耗率也小。

⑤盘形制动代替闸瓦制动后，使轮轨间的黏着系数有所降低。

3.典型城轨车辆盘形制动装置的结构

（1）安装位置与结构

如图3.31所示是安装在某城市轨道交通交通车辆转向架上典型的盘形制动装置的位置和结构示意图，由图可知城轨车辆盘形制动装置主要包括一个带有弹簧制动器的气动制动钳（2/C03）、一个不带弹簧制动器的气动制动钳（1/C01）和每根轴上的两个车轮制动盘（3/C04）。制动钳（2/C03）的弹簧制动部分用作停放制动，并配有一个机械遥控装置（4/C03.02）。

（2）结构特点

盘形制动装置的制动钳单元具有以下几个结构特点：

①采用模块化结构，包括独立的制动气缸和闸瓦间隙自动调整装置。

②紧凑、轻量化设计，在转向架中占用空间较小。

③隔膜或密封型气缸，用作常用制动的执行器。

④弹簧制动器可通过手动操作电缆或辅助缓解键进行机械缓解。

⑤用于停放制动的弹簧制动器，它集成在机壳中，有1个或两个执行弹簧（根据要求而定）。

⑥具有剖分式结构的扭转向刚性钳杆。

⑦钳杆上仅有少量的铰接点和轴承，并进行了封装，以实现长寿命和低噪声。

⑧制动钳单元从一个销钉上居中悬挂（制动闸片支座上没有吊座），可以很容易地针对较大的侧向运动和倾斜运动进行调整。

（3）不带弹簧制动器的制动钳单元

如图3.32示，不带弹簧制动器的制动钳单元C01用于常用制动，主要由机壳、隔膜、钳杆、闸瓦间隙自动调整模块和制动闸片支座等部件组成，机壳由销钉支撑，该销钉适宜安装在托架中。此托架用螺栓连接到转向架构架上。隔膜安装在机壳中，用两个形状相同的钳杆9以铰链连接。在钳杆的自由端装有制动闸片支座，外加制动闸片。钳杆3的另一端被铰链连接到闸瓦间隙自动调整模块。隔膜包括隔膜D1、活塞D2和活塞复位弹簧D3。闸瓦间隙自动调整模块主要包括心轴、推力螺母、套筒飞轮和扭力弹簧。闸瓦间隙自动调整模块端部的推杆插口用橡胶盖密封，以防尘土进入。

每个制动闸片支座都由制动闸片支座、销钉和制动闸片组成。制动闸片支座有一个楔形滑槽以便插入闸片。闸片由铆装在闸片支座上的一个锁紧闸门加以固定，并用一个弹簧钢锁紧弹簧保持闸门的位置。制动闸片支座技术数据如表3.1所示。

图3.31　盘形制动装置在城轨车辆拖车转向架上的安装位置和结构示意图

1/CO1—不带弹簧制动器的气动制动钳；2/CO3—带弹簧制动器的气动制动钳；3/CO4—车轮制动盘；
4/CO3.02—机械遥控装置；5—制动闸片；6—制动闸片支座

图3.32　不带弹簧制动器的制动钳单元C01

1—机壳；2—托架；3，9—钳杆；4—销钉；5—闸瓦间隙自动调整模块；6—六角复位头；7—制动闸片支座；
8—制动闸片；10—推杆；11—套筒飞轮；12—扭力弹簧；13—心轴；14—推力螺母；
15—隔膜（包括隔膜D1、活塞D2、活塞复位弹簧D3）；16—偏心轴；17—杆；C—常用制动供风口

表3.1　制动闸片支座技术数据

当常用制动供风口C处有压缩空气进入时，其压力作用在隔膜内，推动活塞D2移动，并带动杆17上的偏心轴转动，从而使安装在偏心轴上的钳杆3转至制动位置。而连接至闸瓦间隙自动调整模块上与之相对的钳杆9也转至制动位置。制动闸片接触制动盘，产生制动力。

当常用制动供风口C处压缩空气排出时，在活塞复位弹簧D3的复原力作用下，偏心轴随活塞D2的缩回而转回。心轴在闸瓦间隙自动调整模块内继续转动，直至钳杆3和9复位，制动闸片离开制动盘，制动缓解。

（4）带弹簧制动器的制动钳单元

带有弹簧制动器的制动钳单元C03，用作常用制动和停放制动。主要由机壳、隔膜、钳杆、闸瓦间隙自动调整模块、制动闸片支座和弹簧制动器等部件组成，具体结构如图3.33所示。

图3.33　带弹簧制动器的制动钳单元C03

1—机壳；2—托架；3—销钉；4，7—钳杆；5—闸瓦间隙自动调整模块；6—六角复位头；
8—制动闸片支座；9—制动闸片；10—套筒飞轮；11—扭力弹簧；12—心轴；13—推力螺母；14—活塞；
15—压缩弹簧；16—螺纹心轴；17—齿轮；18—螺母；19—偏心轴；20—杆；21—推杆；
22—隔膜（包括隔膜D1、活塞D2、活塞复位弹簧D3）；A—弹簧制动器；C—常用制动供风口；F—停放制动供风口；N—紧急缓解装置

图3.34　弹簧制动器的结构

1—机壳；2—隔膜（包括隔膜D1、活塞D2、
活塞复位弹簧D3）；3—活塞；4—压缩弹簧；
5—端盖；6—齿轮；7—螺母；8—螺纹心轴；
9—压缩弹簧；A—弹簧制动器；Y—锥形万向节

隔膜安装在机壳内，与无弹簧制动器的制动钳单元C01中使用的隔膜完全相同。弹簧制动器A集成在机壳中，它主要包括活塞、压缩弹簧、螺纹心轴、推杆、螺母、齿轮及紧急缓解装置N组成。钳杆4，7，闸瓦间隙自动调整模块与无弹簧制动器的制动钳单元结构相同。

带有弹簧制动器的制动钳单元C03的常用制动作用与不带弹簧制动器的制动钳单元C01一致，只是额外增加了停放制动作用，弹簧制动器结构如图3.34所示。当停放制动供风口F处有压缩空气进入弹簧制动器时，停放制动缓解。以最小缓解压力向弹簧制动器充风，将使活塞外加螺纹心轴及推杆移回缓解位置。随着推杆回程，活塞D2由活塞复位弹簧D3推回缓解位置，从而打开钳杆，停放制动缓解。

当弹簧制动器排风时可启动压缩弹簧。此弹簧的作用力由活塞经锥形万向节Y传递到螺母，再从那里转至螺纹心轴。螺纹心轴通过活塞的推杆将作用力传递给活塞D2，推动活塞到达制动位置，停放制动施加。弹簧停放制动器的夹紧力大小与常用制动力无关，且不受隔膜气缸大小的影响。

螺纹心轴和螺母的螺纹为非自锁型。螺纹心轴由一个半圆键约束在齿轮中，以使其在力传递过程中不会在螺母内转动。

停放制动在紧急情况下，弹簧制动器A可通过遥控装置由一条连接至紧急缓解装置N的线缆进行缓解。当没有压缩空气时（车辆已停放并停机），亦可人工拉动紧急缓解装置N使停放制动缓解。

【任务实施】

可以以参观本城市地铁车辆的时机为切入点，然后再以理论进行闸瓦分类，铸铁闸瓦和合成闸瓦的组成、特点与分析。如图3.35所示是某地铁盘形制动器的实物图，对地铁盘形制动装置的日常检查与维护要求如下：

图3.35　城轨车辆盘形制动实物图

①检查制动钳单元是否有变形或锈蚀等损坏情况。

②检查将制动钳单元紧固至构架的紧固件上的标志。如果紧固件松脱，则应对其重新紧固。

③检查制动闸片支座是否有变形或腐蚀，如有损坏需更换所有损坏的部件。

④检查底座是否紧固，确认固定制动闸片支座紧固件的销钉是否损坏。如有损坏，更换销钉。

⑤检查用于弹簧制动器排气的通气塞是否阻塞，必须用螺钉旋具等杆形工具对螺纹孔进行清洁。

⑥检查制动闸片是否损坏，在制动闸片磨损至小于5mm的最小厚度之前必须对其进行更换。在安装了新的制动闸片后，应反复施加和缓解车辆制动，检查它们是否操作正常。最后检查时制动闸片与制动盘之间的间隙应为1.5mm。

对盘形制动装置进行检查与维护时，应注意：关闭制动截断塞门，完全排空常用制动气缸中的空气；对于带有弹簧制动器的制动钳单元C03，须遥控操作紧急缓解装置，以手动方式缓解弹簧制动器。

【效果评价】

评价表

项目小结

空气制动系统中的制动执行装置，通常被称为基础制动装置。根据制动方式的不同，基础制动装置主要有闸瓦制动和盘式制动两种形式。

一般单元制动机都将制动缸传动机构、闸瓦间隙调节器以及悬挂装置连在一起，形成一个紧凑的作用装置。有的单元制动机做成立式的，有的则做成悬挂式的，这主要取决于安装方式的不同。PC7Y型单元制动机和PC7YF型单元制动机是基于地铁车辆的特点而出现的两种不同形式。

闸瓦是指制动时，压紧在车轮踏面上以产生制动作用的制动块。其分为铸铁闸瓦和合成闸瓦两大类，且有各自的特点及使用范围。

闸瓦制动的结构虽然简单可靠，但其制动功率不大。特别是高速列车在电制动故障时，必须完全依靠空气摩擦制动使车辆停下来，这样大的制动功率会使闸瓦熔化，车轮踏面过热剥离或热裂，这些都会危及行车安全。盘式制动这种有大制动功率的制动方式就应运而生了。停放制动纯粹是针对地铁车辆运行的特点而从制动机的作用中独立出来的一块。

思考与练习

1.简述基础制动装置的基本概念。

2.简述闸瓦制动的优缺点。

3.简述PC7Y型单元制动机和PC7YF型单元制动机各有什么特点？

4.简述盘式制动的组成及特点。

5.简述停放制动的能力。

6.分析和比较铸铁闸瓦和合成闸瓦的综合性能。