鐵路工程車輛單元制動(dòng)器應(yīng)用研究

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摘要：本文介紹了現(xiàn)有鐵路工程車輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的配置情況及應(yīng)用中存在的問(wèn)題，對(duì)鐵路工程車輛氣路設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，提出了氣路優(yōu)化措施，對(duì)單元制動(dòng)器的應(yīng)用情況進(jìn)行了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：鐵路工程車輛；單元制動(dòng)器；無(wú)火回送；停放施加；氣路優(yōu)化

隨著我國(guó)軌道交通的快速發(fā)展及鐵路營(yíng)業(yè)里程的持續(xù)增加（截至2018年，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)總里程已突破13萬(wàn)公里），越來(lái)越多的鐵路工程車輛投入應(yīng)用，以保證鐵路運(yùn)行和安全。鐵路工程車輛的制動(dòng)裝備水平不高，多數(shù)仍配置傳統(tǒng)散開(kāi)式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置（包括單元制動(dòng)缸、閘瓦間隙調(diào)整器、杠桿機(jī)構(gòu)、鑄鐵閘瓦、手制動(dòng)機(jī)等）。部分配置單元制動(dòng)器的鐵路工程車輛，因操作使用不當(dāng)?shù)仍?，引起使用過(guò)程中發(fā)生停放制動(dòng)施加，影響鐵路工程車輛的運(yùn)行安全。

1鐵路工程車輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置現(xiàn)狀

鐵路工程車輛軸重一般不超過(guò)21t，輪徑包括φ840mm、φ915mm和φ1050mm三種規(guī)格，按照在平直道線路上最高持續(xù)運(yùn)行速度不同分為A級(jí)（≥80km/h）、B級(jí)（≥100km/h）和C級(jí)（≥1200km/h）三個(gè)速度等級(jí)。鐵路工程車輛緊急制動(dòng)距離要求為，在平直道線路上，單機(jī)以80km/h自行速度運(yùn)行，緊急制動(dòng)距離≤400m。鐵路工程車輛單機(jī)停放（駐車）制動(dòng)時(shí)，應(yīng)能保證在20‰坡道上不產(chǎn)生溜逸。

1.1基礎(chǔ)制動(dòng)裝置配置

長(zhǎng)期以來(lái)，鐵路工程車輛基礎(chǔ)制動(dòng)裝置普遍采用由單元制動(dòng)缸、閘瓦間隙調(diào)整器、大量的杠桿和拉桿（或推桿）等組成的傳統(tǒng)散開(kāi)式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，并采用高磷鑄鐵閘瓦，由于手制動(dòng)機(jī)提供的駐車制動(dòng)力可達(dá)30kN，完全滿足單機(jī)停放安全，鐵路工程車輛一般單機(jī)配置1臺(tái)手制動(dòng)機(jī)。近年來(lái)，由于單元制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、傳動(dòng)效率高及閘瓦更換操作簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，單元制動(dòng)器直接集成了停放制動(dòng)模塊，可以方便地通過(guò)壓縮空氣控制停放制動(dòng)的施加或緩解，無(wú)須人力操縱笨重的手制動(dòng)機(jī)，越來(lái)越多的用戶希望在鐵路工程車輛采用單元制動(dòng)器。

1.2基礎(chǔ)制動(dòng)裝置存在的問(wèn)題

1.2.1散開(kāi)式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置鐵路工程車輛采用的散開(kāi)式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)及位置的限制，一般需要多級(jí)杠桿傳動(dòng)，大量杠桿和拉桿（或推桿）分布在制動(dòng)缸和各個(gè)閘瓦之間，散開(kāi)布置于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上。散開(kāi)式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置存在如下不足。（1）布局較為復(fù)雜，傳動(dòng)效率低，制動(dòng)和緩解的可靠性差，易發(fā)生緩解不良造成踏面損傷、閘瓦提前報(bào)廢等。（2）閘瓦壓力分布不均，容易引起閘瓦和車輪產(chǎn)生偏磨等異常磨耗。（3）鐵路工程車輛緊急制動(dòng)時(shí)的軸平均制動(dòng)功率約為274kW，已超過(guò)鑄鐵閘瓦能承受的軸平均制動(dòng)功率極限244kW，鑄鐵閘瓦的磨耗快，且容易引起車輪踏面熱損傷，需要經(jīng)常更換閘瓦。（4）人力操縱手制動(dòng)機(jī)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。（5）使用維護(hù)不便。

1.2.2單元制動(dòng)器單元制動(dòng)器集制動(dòng)缸、力的放大和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、閘瓦間隙調(diào)整和停放制動(dòng)于一體，解決了散開(kāi)式基礎(chǔ)制動(dòng)裝置的不足，并可有效減輕簧下重量，均勻分配制動(dòng)力，改善轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能和減少維護(hù)工作量。近年來(lái)，在鐵路工程車輛上的應(yīng)用逐漸增加。但裝用單元制動(dòng)器的鐵路工程車輛無(wú)火回送過(guò)程中，因操作不當(dāng)?shù)仍虬l(fā)生過(guò)停放制動(dòng)自動(dòng)施加，引起車輛抱閘運(yùn)行，引起閘瓦、車輪踏面損傷等問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行解決。

2無(wú)火回送時(shí)的停放制動(dòng)施加原因分析

2.1無(wú)火回送時(shí)停放制動(dòng)操作分析

單元制動(dòng)器停放制動(dòng)通過(guò)內(nèi)置的儲(chǔ)能彈簧力施加，需要始終保持足夠高的風(fēng)壓（一般≥500kPa）才能確保停放制動(dòng)緩解。無(wú)火回送時(shí)，鐵路工程車輛的風(fēng)來(lái)自回送車輛，一般風(fēng)壓都在500kPa以下甚至更低，且風(fēng)壓不穩(wěn)定，無(wú)法保證停放制動(dòng)始終處于緩解狀態(tài)，因此，通常情況下無(wú)火回送前須隔離停放制動(dòng)總風(fēng)輸入，并對(duì)停放制動(dòng)進(jìn)行人工手動(dòng)操作緩解，確?；厮瓦^(guò)程停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)。為保證鐵路工程車輛停放安全不溜逸，每臺(tái)鐵路工程車輛一般均配置至少4臺(tái)，甚至有的車配置8臺(tái)帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器，無(wú)火回送時(shí)，需要逐臺(tái)對(duì)帶停放制動(dòng)的單元制動(dòng)器進(jìn)行人工手動(dòng)操作緩解，特別是對(duì)長(zhǎng)（6輛）編組的鐵路工程車輛而言，在作業(yè)條件不良的情況下，人工手動(dòng)操作相對(duì)比較煩瑣。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有些鐵路工程車輛在無(wú)火回送時(shí)，為了避免人工手動(dòng)操作停放制動(dòng)緩解，存在直接利用回送車輛提供的風(fēng)通過(guò)車輛總風(fēng)管直接充入停放制動(dòng)缸，而未對(duì)停放制動(dòng)進(jìn)行總風(fēng)隔離和人工手動(dòng)操作緩解。在這種無(wú)火回送操作模式下，盡管單元制動(dòng)器停放制動(dòng)呈緩解狀態(tài)，一旦回送過(guò)程中總風(fēng)風(fēng)壓過(guò)低，單元制動(dòng)器停放制動(dòng)就會(huì)自動(dòng)施加，如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，車輛將長(zhǎng)時(shí)間抱閘運(yùn)行，往往直接導(dǎo)致車輪踏面、閘瓦損傷，影響回送安全。

2.2車輛無(wú)火回送氣路原理分析

圖2為鐵路工程車輛一種常見(jiàn)的制動(dòng)系統(tǒng)氣路圖，無(wú)火回送時(shí)，被回送的鐵路工程車輛的無(wú)火回送回路處于打開(kāi)狀態(tài)，回送車輛通過(guò)列車管、無(wú)火回送回路向被回送鐵路工程車輛總風(fēng)缸充風(fēng)，回送過(guò)程制動(dòng)時(shí)，列車管排風(fēng)，此時(shí)，被回送的鐵路工程車輛總風(fēng)缸向制動(dòng)缸供風(fēng)，總風(fēng)風(fēng)壓下降。按照無(wú)火回送的正常操作，無(wú)火回送前應(yīng)隔離側(cè)排風(fēng)塞門1、塞門2，并對(duì)停放制動(dòng)進(jìn)行手動(dòng)緩解操作，確保停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)。無(wú)火回送時(shí)，如未按上述正常操作，而是通過(guò)總風(fēng)自動(dòng)進(jìn)行停放制動(dòng)緩解，由于制動(dòng)時(shí)總風(fēng)風(fēng)壓下降，一旦總風(fēng)風(fēng)壓下降至停放制動(dòng)緩解風(fēng)壓以下（小于500kPa），停放制動(dòng)極可能會(huì)自動(dòng)施加，直接導(dǎo)致車輛抱閘運(yùn)行，影響回送安全。

2.3小結(jié)

無(wú)火回送時(shí)，未按常規(guī)操作進(jìn)行鐵路工程車輛停放制動(dòng)（總風(fēng)）隔離及人工手動(dòng)緩解，是引起停放制動(dòng)自動(dòng)施加，導(dǎo)致鐵路工程車輛抱閘運(yùn)行的主要原因，同時(shí)，鐵路工程車輛氣路設(shè)計(jì)未充分考慮無(wú)火回送操作可能引起車輛總風(fēng)風(fēng)壓下降，導(dǎo)致停放制動(dòng)自動(dòng)施加，也需要進(jìn)行氣路優(yōu)化。

3系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

考慮到鐵路工程車輛無(wú)火回送時(shí)可能存在的非常規(guī)操作等情況，引起停放制動(dòng)自動(dòng)施加，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)氣路進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)，在保證停放輸出力的前提下，適當(dāng)降低了單元制動(dòng)器停放制動(dòng)緩解風(fēng)壓。

3.1制動(dòng)系統(tǒng)氣路優(yōu)化

主要對(duì)鐵路工程車輛停放制動(dòng)氣路進(jìn)行優(yōu)化，在總風(fēng)缸與停放制動(dòng)缸之間增加單向閥、副風(fēng)缸，并新增列車管與副風(fēng)缸之間的通路，通路上設(shè)置節(jié)流閥單向閥，詳細(xì)如圖3所示。氣路優(yōu)化后，鐵路工程車輛無(wú)論單機(jī)還是無(wú)火回送狀態(tài)，均可始終保證列車管或總風(fēng)管的更高風(fēng)壓作為停放制動(dòng)緩解風(fēng)壓，增加了停放制動(dòng)緩解可靠性，此外，無(wú)火回送時(shí)，即使未進(jìn)行停放制動(dòng)（總風(fēng)）隔離，由于增加了單向閥和副風(fēng)缸，也不會(huì)發(fā)生因?yàn)槭┘又苿?dòng)而降低停放制動(dòng)緩解總風(fēng)風(fēng)壓，引起停放制動(dòng)自動(dòng)施加的情況。

3.2降低停放制動(dòng)緩解風(fēng)壓

單元制動(dòng)器停放制動(dòng)通過(guò)內(nèi)置的儲(chǔ)能彈簧力施加，根據(jù)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，停放制動(dòng)的最小緩解風(fēng)壓一般不大于500kPa。在保證停放制動(dòng)力滿足車輛停放安全的前提下，適當(dāng)降低停放制動(dòng)儲(chǔ)能彈簧力值，將用于鐵路工程車輛的單元制動(dòng)器停放制動(dòng)最小緩解風(fēng)壓調(diào)整至不大于450kPa，即使車輛總風(fēng)風(fēng)壓稍有下降，也不至于過(guò)早的施加停放制動(dòng)。

4單元制動(dòng)器在鐵路工程車輛上的應(yīng)用情況

單元制動(dòng)器已累計(jì)在優(yōu)化制動(dòng)系統(tǒng)氣路和停放制動(dòng)緩解風(fēng)壓的鐵路工程車輛裝車50臺(tái)（輛）以上，自2017年運(yùn)用至今，單機(jī)最長(zhǎng)累計(jì)運(yùn)行里程5萬(wàn)多公里，運(yùn)用情況良好。車輛運(yùn)行及無(wú)火回送期間，停放制動(dòng)作用良好，未發(fā)生停放制動(dòng)自動(dòng)施加的情況。

5結(jié)論及建議

鐵路工程車輛無(wú)火回送時(shí)，建議按照常規(guī)操作，隔離停放制動(dòng)（總風(fēng)）并進(jìn)行人工手動(dòng)緩解，確保停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)?？紤]可能出現(xiàn)的操作不當(dāng)?shù)惹闆r，優(yōu)化鐵路工程車輛制動(dòng)系統(tǒng)氣路設(shè)計(jì)，保證停放制動(dòng)緩解（總風(fēng)）風(fēng)壓穩(wěn)定，避免引起停放制動(dòng)自動(dòng)施加。單元制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈活、傳動(dòng)效率高、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，可以方便地通過(guò)壓縮空氣控制停放制動(dòng)的施加或緩解，無(wú)須人力操縱笨重的手制動(dòng)機(jī)，建議加大在鐵路工程車輛上運(yùn)用。

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作者：張昕 孔德鵬 馬超 王超恒 李隨新 張兵奇 單位：中車青島四方車輛研究所有限公司