鐵路工程車輛單元制動器應(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)制動裝置的配置情況及應(yīng)用中存在的問題，對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，對單元制動器的應(yīng)用情況進(jìn)行了說明。

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

隨著我國軌道交通的快速發(fā)展及鐵路營業(yè)里程的持續(xù)增加（截至2018年，我國鐵路營業(yè)總里程已突破13萬公里），越來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裝備水平不高，多數(shù)仍配置傳統(tǒng)散開式基礎(chǔ)制動裝置（包括單元制動缸、閘瓦間隙調(diào)整器、杠桿機(jī)構(gòu)、鑄鐵閘瓦、手制動機(jī)等）。部分配置單元制動器的鐵路工程車輛，因操作使用不當(dāng)?shù)仍?，引起使用過程中發(fā)生停放制動施加，影響鐵路工程車輛的運(yùn)行安全。

1鐵路工程車輛基礎(chǔ)制動裝置現(xiàn)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(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（≥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(jī)以80km/h自行速度運(yùn)行，緊急制動距離≤400m。鐵路工程車輛單機(jī)停放（駐車）制動時，應(yīng)能保證在20‰坡道上不產(chǎn)生溜逸。

1.1基礎(chǔ)制動裝置配置

長期以來，鐵路工程車輛基礎(chǔ)制動裝置普遍采用由單元制動缸、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)散開式基礎(chǔ)制動裝置，并采用高磷鑄鐵閘瓦，由于手制動機(jī)提供的駐車制動力可達(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臺手制動機(jī)。近年來，由于單元制動器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈活、傳動效率高及閘瓦更換操作簡便等顯著優(yōu)點(diǎn)，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(jī)，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(chǔ)制動裝置存在的問題

1.2.1散開式基礎(chǔ)制動裝置鐵路工程車輛采用的散開式基礎(chǔ)制動裝置，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)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(zhuǎn)向架構(gòu)架上。散開式基礎(chǔ)制動裝置存在如下不足。（1）布局較為復(fù)雜，傳動效率低，制動和緩解的可靠性差，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(jīng)常更換閘瓦。（4）人力操縱手制動機(jī)費(fèi)時費(fèi)力。（5）使用維護(hù)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(jī)構(gòu)、閘瓦間隙調(diào)整和停放制動于一體，解決了散開式基礎(chǔ)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(zhuǎn)向架動力學(xué)性能和減少維護(hù)工作量。近年來，在鐵路工程車輛上的應(yīng)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(dāng)?shù)仍虬l(fā)生過停放制動自動施加，引起車輛抱閘運(yùn)行，引起閘瓦、車輪踏面損傷等問題，應(yīng)及時進(jìn)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(nèi)置的儲能彈簧力施加，需要始終保持足夠高的風(fēng)壓（一般≥500kPa）才能確保停放制動緩解。無火回送時，鐵路工程車輛的風(fēng)來自回送車輛，一般風(fēng)壓都在500kPa以下甚至更低，且風(fēng)壓不穩(wěn)定，無法保證停放制動始終處于緩解狀態(tài)，因此，通常情況下無火回送前須隔離停放制動總風(fēng)輸入，并對停放制動進(jìn)行人工手動操作緩解，確?；厮瓦^程停放制動處于緩解狀態(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(jìn)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(yè)條件不良的情況下，人工手動操作相對比較煩瑣。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，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(fēng)通過車輛總風(fēng)管直接充入停放制動缸，而未對停放制動進(jìn)行總風(fēng)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(tài)，一旦回送過程中總風(fēng)風(fēng)壓過低，單元制動器停放制動就會自動施加，如未能及時發(fā)現(xiàn)，車輛將長時間抱閘運(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(tǒng)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(tài)，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(fēng)缸充風(fēng)，回送過程制動時，列車管排風(fēng)，此時，被回送的鐵路工程車輛總風(fēng)缸向制動缸供風(fēng)，總風(fēng)風(fēng)壓下降。按照無火回送的正常操作，無火回送前應(yīng)隔離側(cè)排風(fēng)塞門1、塞門2，并對停放制動進(jìn)行手動緩解操作，確保停放制動處于緩解狀態(tài)。無火回送時，如未按上述正常操作，而是通過總風(fēng)自動進(jìn)行停放制動緩解，由于制動時總風(fēng)風(fēng)壓下降，一旦總風(fēng)風(fēng)壓下降至停放制動緩解風(fēng)壓以下（小于500kPa），停放制動極可能會自動施加，直接導(dǎo)致車輛抱閘運(yùn)行，影響回送安全。

2.3小結(jié)

無火回送時，未按常規(guī)操作進(jìn)行鐵路工程車輛停放制動（總風(fēng)）隔離及人工手動緩解，是引起停放制動自動施加，導(dǎo)致鐵路工程車輛抱閘運(yùn)行的主要原因，同時，鐵路工程車輛氣路設(shè)計(jì)未充分考慮無火回送操作可能引起車輛總風(fēng)風(fēng)壓下降，導(dǎo)致停放制動自動施加，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火回送時可能存在的非常規(guī)操作等情況，引起停放制動自動施加，對制動系統(tǒng)氣路進(jìn)行了優(yōu)化，同時，在保證停放輸出力的前提下，適當(dāng)降低了單元制動器停放制動緩解風(fēng)壓。

3.1制動系統(tǒng)氣路優(yōu)化

主要對鐵路工程車輛停放制動氣路進(jìn)行優(yōu)化，在總風(fēng)缸與停放制動缸之間增加單向閥、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，鐵路工程車輛無論單機(jī)還是無火回送狀態(tài)，均可始終保證列車管或總風(fēng)管的更高風(fēng)壓作為停放制動緩解風(fēng)壓，增加了停放制動緩解可靠性，此外，無火回送時，即使未進(jìn)行停放制動（總風(fēng)）隔離，由于增加了單向閥和副風(fēng)缸，也不會發(fā)生因?yàn)槭┘又苿佣档屯７胖苿泳徑饪傦L(fēng)風(fēng)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(fēng)壓

單元制動器停放制動通過內(nèi)置的儲能彈簧力施加，根據(jù)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，停放制動的最小緩解風(fēng)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(dāng)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(fēng)壓調(diào)整至不大于450kPa，即使車輛總風(fēng)風(fēng)壓稍有下降，也不至于過早的施加停放制動。

4單元制動器在鐵路工程車輛上的應(yīng)用情況

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

5結(jié)論及建議

鐵路工程車輛無火回送時，建議按照常規(guī)操作，隔離停放制動（總風(fēng)）并進(jìn)行人工手動緩解，確保停放制動處于緩解狀態(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系統(tǒng)氣路設(shè)計(jì)，保證停放制動緩解（總風(fēng)）風(fēng)壓穩(wěn)定，避免引起停放制動自動施加。單元制動器具有結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈活、傳動效率高、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，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(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