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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)計進行了分析,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、杠桿機構(gòu)、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?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(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(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,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(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,因為結(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(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?shù)仍虬l(fā)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(yīng)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(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(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行的主要原因,同時,鐵路工程車輛氣路設(shè)計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,也需要進行氣路優(yōu)化。
3系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
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)氣路進行了優(yōu)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(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,詳細如圖3所示。氣路優(yōu)化后,鐵路工程車輛無論單機還是無火回送狀態(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)生因為施加制動而降低停放制動緩解總風(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)標準的規(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(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?shù)惹闆r,優(yōu)化鐵路工程車輛制動系統(tǒng)氣路設(shè)計,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、使用維護方便等優(yōu)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