鐵路工程車輛單元制動器應用研究

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摘要：本文介紹了現有鐵路工程車輛基礎制動裝置的配置情況及應用中存在的問題，對鐵路工程車輛氣路設計進行了分析，提出了氣路優化措施，對單元制動器的應用情況進行了說明。

關鍵詞：鐵路工程車輛；單元制動器；無火回送；停放施加；氣路優化

隨著我國軌道交通的快速發展及鐵路營業里程的持續增加（截至2018年，我國鐵路營業總里程已突破13萬公里），越來越多的鐵路工程車輛投入應用，以保證鐵路運行和安全。鐵路工程車輛的制動裝備水平不高，多數仍配置傳統散開式基礎制動裝置（包括單元制動缸、閘瓦間隙調整器、杠桿機構、鑄鐵閘瓦、手制動機等）。部分配置單元制動器的鐵路工程車輛，因操作使用不當等原因，引起使用過程中發生停放制動施加，影響鐵路工程車輛的運行安全。

1鐵路工程車輛基礎制動裝置現狀

鐵路工程車輛軸重一般不超過21t，輪徑包括φ840mm、φ915mm和φ1050mm三種規格，按照在平直道線路上最高持續運行速度不同分為A級（≥80km/h）、B級（≥100km/h）和C級（≥1200km/h）三個速度等級。鐵路工程車輛緊急制動距離要求為，在平直道線路上，單機以80km/h自行速度運行，緊急制動距離≤400m。鐵路工程車輛單機停放（駐車）制動時，應能保證在20‰坡道上不產生溜逸。

1.1基礎制動裝置配置

長期以來，鐵路工程車輛基礎制動裝置普遍采用由單元制動缸、閘瓦間隙調整器、大量的杠桿和拉桿（或推桿）等組成的傳統散開式基礎制動裝置，并采用高磷鑄鐵閘瓦，由于手制動機提供的駐車制動力可達30kN，完全滿足單機停放安全，鐵路工程車輛一般單機配置1臺手制動機。近年來，由于單元制動器具有結構緊湊、動作靈活、傳動效率高及閘瓦更換操作簡便等顯著優點，同時，單元制動器直接集成了停放制動模塊，可以方便地通過壓縮空氣控制停放制動的施加或緩解，無須人力操縱笨重的手制動機，越來越多的用戶希望在鐵路工程車輛采用單元制動器。

1.2基礎制動裝置存在的問題

1.2.1散開式基礎制動裝置鐵路工程車輛采用的散開式基礎制動裝置，因為結構及位置的限制，一般需要多級杠桿傳動，大量杠桿和拉桿（或推桿）分布在制動缸和各個閘瓦之間，散開布置于轉向架構架上。散開式基礎制動裝置存在如下不足。（1）布局較為復雜，傳動效率低，制動和緩解的可靠性差，易發生緩解不良造成踏面損傷、閘瓦提前報廢等。（2）閘瓦壓力分布不均，容易引起閘瓦和車輪產生偏磨等異常磨耗。（3）鐵路工程車輛緊急制動時的軸平均制動功率約為274kW，已超過鑄鐵閘瓦能承受的軸平均制動功率極限244kW，鑄鐵閘瓦的磨耗快，且容易引起車輪踏面熱損傷，需要經常更換閘瓦。（4）人力操縱手制動機費時費力。（5）使用維護不便。

1.2.2單元制動器單元制動器集制動缸、力的放大和傳動機構、閘瓦間隙調整和停放制動于一體，解決了散開式基礎制動裝置的不足，并可有效減輕簧下重量，均勻分配制動力，改善轉向架動力學性能和減少維護工作量。近年來，在鐵路工程車輛上的應用逐漸增加。但裝用單元制動器的鐵路工程車輛無火回送過程中，因操作不當等原因發生過停放制動自動施加，引起車輛抱閘運行，引起閘瓦、車輪踏面損傷等問題，應及時進行解決。

2無火回送時的停放制動施加原因分析

2.1無火回送時停放制動操作分析

單元制動器停放制動通過內置的儲能彈簧力施加，需要始終保持足夠高的風壓（一般≥500kPa）才能確保停放制動緩解。無火回送時，鐵路工程車輛的風來自回送車輛，一般風壓都在500kPa以下甚至更低，且風壓不穩定，無法保證停放制動始終處于緩解狀態，因此，通常情況下無火回送前須隔離停放制動總風輸入，并對停放制動進行人工手動操作緩解，確保回送過程停放制動處于緩解狀態。為保證鐵路工程車輛停放安全不溜逸，每臺鐵路工程車輛一般均配置至少4臺，甚至有的車配置8臺帶停放制動的單元制動器，無火回送時，需要逐臺對帶停放制動的單元制動器進行人工手動操作緩解，特別是對長（6輛）編組的鐵路工程車輛而言，在作業條件不良的情況下，人工手動操作相對比較煩瑣。通過調查發現，有些鐵路工程車輛在無火回送時，為了避免人工手動操作停放制動緩解，存在直接利用回送車輛提供的風通過車輛總風管直接充入停放制動缸，而未對停放制動進行總風隔離和人工手動操作緩解。在這種無火回送操作模式下，盡管單元制動器停放制動呈緩解狀態，一旦回送過程中總風風壓過低，單元制動器停放制動就會自動施加，如未能及時發現，車輛將長時間抱閘運行，往往直接導致車輪踏面、閘瓦損傷，影響回送安全。

2.2車輛無火回送氣路原理分析

圖2為鐵路工程車輛一種常見的制動系統氣路圖，無火回送時，被回送的鐵路工程車輛的無火回送回路處于打開狀態，回送車輛通過列車管、無火回送回路向被回送鐵路工程車輛總風缸充風，回送過程制動時，列車管排風，此時，被回送的鐵路工程車輛總風缸向制動缸供風，總風風壓下降。按照無火回送的正常操作，無火回送前應隔離側排風塞門1、塞門2，并對停放制動進行手動緩解操作，確保停放制動處于緩解狀態。無火回送時，如未按上述正常操作，而是通過總風自動進行停放制動緩解，由于制動時總風風壓下降，一旦總風風壓下降至停放制動緩解風壓以下（小于500kPa），停放制動極可能會自動施加，直接導致車輛抱閘運行，影響回送安全。

2.3小結

無火回送時，未按常規操作進行鐵路工程車輛停放制動（總風）隔離及人工手動緩解，是引起停放制動自動施加，導致鐵路工程車輛抱閘運行的主要原因，同時，鐵路工程車輛氣路設計未充分考慮無火回送操作可能引起車輛總風風壓下降，導致停放制動自動施加，也需要進行氣路優化。

3系統優化設計

考慮到鐵路工程車輛無火回送時可能存在的非常規操作等情況，引起停放制動自動施加，對制動系統氣路進行了優化，同時，在保證停放輸出力的前提下，適當降低了單元制動器停放制動緩解風壓。

3.1制動系統氣路優化

主要對鐵路工程車輛停放制動氣路進行優化，在總風缸與停放制動缸之間增加單向閥、副風缸，并新增列車管與副風缸之間的通路，通路上設置節流閥單向閥，詳細如圖3所示。氣路優化后，鐵路工程車輛無論單機還是無火回送狀態，均可始終保證列車管或總風管的更高風壓作為停放制動緩解風壓，增加了停放制動緩解可靠性，此外，無火回送時，即使未進行停放制動（總風）隔離，由于增加了單向閥和副風缸，也不會發生因為施加制動而降低停放制動緩解總風風壓，引起停放制動自動施加的情況。

3.2降低停放制動緩解風壓

單元制動器停放制動通過內置的儲能彈簧力施加，根據鐵道行業標準的規定，停放制動的最小緩解風壓一般不大于500kPa。在保證停放制動力滿足車輛停放安全的前提下，適當降低停放制動儲能彈簧力值，將用于鐵路工程車輛的單元制動器停放制動最小緩解風壓調整至不大于450kPa，即使車輛總風風壓稍有下降，也不至于過早的施加停放制動。

4單元制動器在鐵路工程車輛上的應用情況

單元制動器已累計在優化制動系統氣路和停放制動緩解風壓的鐵路工程車輛裝車50臺（輛）以上，自2017年運用至今，單機最長累計運行里程5萬多公里，運用情況良好。車輛運行及無火回送期間，停放制動作用良好，未發生停放制動自動施加的情況。

5結論及建議

鐵路工程車輛無火回送時，建議按照常規操作，隔離停放制動（總風）并進行人工手動緩解，確保停放制動處于緩解狀態。考慮可能出現的操作不當等情況，優化鐵路工程車輛制動系統氣路設計，保證停放制動緩解（總風）風壓穩定，避免引起停放制動自動施加。單元制動器具有結構緊湊、動作靈活、傳動效率高、使用維護方便等優點，同時，可以方便地通過壓縮空氣控制停放制動的施加或緩解，無須人力操縱笨重的手制動機，建議加大在鐵路工程車輛上運用。

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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