劉 兵，梁宏舉

（沈陽(yáng)北車西屋軌道制動(dòng)技術(shù)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110144）

JZ-7機(jī)車制動(dòng)機(jī)斷鉤保護(hù)閥研制

劉 兵，梁宏舉

（沈陽(yáng)北車西屋軌道制動(dòng)技術(shù)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110144）

對(duì)JZ-7型機(jī)車制動(dòng)機(jī)進(jìn)行了分析，提出了適用于JZ-7型機(jī)車制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)車斷鉤保護(hù)裝置方案、原理及結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了試制及試驗(yàn)。

JZ-7型機(jī)車制動(dòng)機(jī)；斷鉤保護(hù)裝置；結(jié)構(gòu)及原理

目前使用的JZ-7型機(jī)車制動(dòng)機(jī)沒有斷鉤保護(hù)裝置，而國(guó)內(nèi)現(xiàn)使用的DK-1制動(dòng)機(jī)、CCB-Ⅱ制動(dòng)機(jī)等均具有該項(xiàng)功能。國(guó)外的機(jī)車制動(dòng)機(jī)也都有該功能。

原鐵道部曾經(jīng)明確要求機(jī)車應(yīng)具有斷鉤保護(hù)功能，TB/T 2420-93《內(nèi)燃機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)技術(shù)條件》4.8條明確規(guī)定斷鉤保護(hù)應(yīng)能立即自動(dòng)切除制動(dòng)管風(fēng)源，立即產(chǎn)生緊急制動(dòng)作用并保持緊急制動(dòng)狀態(tài)。但因JZ-7制動(dòng)機(jī)無(wú)該功能，所以不得不對(duì)裝JZ-7制動(dòng)機(jī)的機(jī)車給予了特殊規(guī)定，可以沒有該項(xiàng)功能。國(guó)內(nèi)各機(jī)車廠也迫切需要能在JZ-7制動(dòng)機(jī)上增加該項(xiàng)功能，盡快滿足原鐵道部的要求。

在出口車市場(chǎng)中，國(guó)外用戶一般都要求機(jī)車具有斷鉤保護(hù)功能，而因JZ-7制動(dòng)機(jī)還沒有該功能，這就限制了JZ-7制動(dòng)機(jī)在出口車市場(chǎng)的使用。

為此，研制適用于JZ-7制動(dòng)機(jī)的斷鉤保護(hù)裝置顯得十分必要。

1 實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)的可行性分析

我們所需要的斷鉤保護(hù)功能應(yīng)該能夠在列車正常運(yùn)轉(zhuǎn)位發(fā)生斷鉤時(shí)，自動(dòng)切斷列車管的供風(fēng)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不發(fā)生作用。發(fā)生斷鉤保護(hù)作用后，當(dāng)手柄置制動(dòng)位后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正?？刂乒δ?。

在正常運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)，JZ-7型機(jī)車制動(dòng)機(jī)實(shí)際上是處于充氣緩解位。即總風(fēng)給列車管充氣，直到列車管達(dá)到定壓為止。若列車管有漏泄，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)給列車管補(bǔ)風(fēng)。所有這些動(dòng)作，都是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。只要是在運(yùn)轉(zhuǎn)位，只要是列車管壓力沒有達(dá)到定壓，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)。因此在機(jī)車斷鉤的情況下，就會(huì)存在一邊排風(fēng)，一邊補(bǔ)風(fēng)的現(xiàn)象。這個(gè)補(bǔ)風(fēng)作用，是由JZ-7制動(dòng)機(jī)的中繼閥來(lái)完成的。中繼閥是一個(gè)靠壓力平衡作用原理來(lái)對(duì)列車管進(jìn)行控制，也就是說，列車管的壓力應(yīng)該與均衡風(fēng)缸的壓力大小相一致。均衡風(fēng)缸壓力升高，列車管壓力也升高，均衡風(fēng)缸壓力降低，列車管壓力也降低，這個(gè)作用方式是不變的。那么，在實(shí)際制動(dòng)控制過程中也有不需要補(bǔ)風(fēng)的情況，這是通過對(duì)總風(fēng)遮斷閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。總風(fēng)遮斷閥實(shí)際上是一個(gè)氣控單向閥，當(dāng)不需要補(bǔ)風(fēng)時(shí)，只需把這個(gè)總風(fēng)遮斷閥關(guān)斷就可以了。同樣道理，在機(jī)車斷鉤時(shí)，同樣不需要補(bǔ)風(fēng)作用，我們只要關(guān)斷總風(fēng)遮斷閥就可以實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)作用，而且單獨(dú)關(guān)斷總風(fēng)，也不會(huì)對(duì)系統(tǒng)其他元件造成任何影響。

既然關(guān)斷總風(fēng)遮斷閥可以實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)作用，那么我們就需要在系統(tǒng)中增加一個(gè)裝置，只要這個(gè)裝置能夠在斷鉤時(shí)提供一個(gè)壓力信號(hào)，使總風(fēng)遮斷閥關(guān)斷就可以了。如何判斷機(jī)車斷鉤呢？對(duì)機(jī)車而言，只有在充風(fēng)緩解情況下的斷鉤才需要保護(hù)作用，其他情況則不需要這個(gè)保護(hù)功能。因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)位發(fā)生斷鉤時(shí)，列車管壓力都有一個(gè)較大的下降。這樣，只要是在運(yùn)轉(zhuǎn)位，列車管壓力比前一刻有較大下降，我們都可以認(rèn)為發(fā)生了斷鉤。對(duì)制動(dòng)機(jī)來(lái)講，通過壓力變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能不是問題。

另一個(gè)關(guān)鍵問題是能否識(shí)別出制動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，即要知道JZ-7制動(dòng)機(jī)的手柄在什么位置。只有在運(yùn)轉(zhuǎn)位，出現(xiàn)列車管壓力下降時(shí)才能起作用，在其他位置時(shí)，不起作用。通過對(duì)JZ-7制動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和作用原理進(jìn)行分析，這個(gè)識(shí)別制動(dòng)機(jī)手柄位置的功能同樣可以通過壓力信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。JZ-7制動(dòng)閥上有一路控制壓力，即8號(hào)管風(fēng)，它在運(yùn)轉(zhuǎn)位和過充位時(shí)沒有壓力，在其他位置時(shí)為總風(fēng)壓力。我們把它作為識(shí)別信號(hào)，在無(wú)風(fēng)的情況下，是運(yùn)轉(zhuǎn)位，有風(fēng)的情況下是其他位。這符合我們的需求。

通過以上分析可以看出，采用機(jī)械方式，僅在管路中增加一套裝置，實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)功能是可行的。

2 技術(shù)要求

制動(dòng)機(jī)是機(jī)車上的關(guān)鍵部件，它關(guān)系到運(yùn)行安全問題，因此在JZ-7制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中增加斷鉤保護(hù)功能不能影響到原制動(dòng)系統(tǒng)的正常功能。為此，斷鉤保護(hù)裝置應(yīng)滿足以下要求。

（1）JZ-7制動(dòng)機(jī)是純機(jī)械式的產(chǎn)品，沒有電氣，因此斷鉤保護(hù)裝置也應(yīng)是機(jī)械式的裝置。

（2）斷鉤保護(hù)裝置應(yīng)不影響JZ-7制動(dòng)機(jī)的正常使用，且可以方便的切除該功能。

（3）斷鉤保護(hù)裝置在機(jī)車正常使用時(shí)應(yīng)不起作用，只有在發(fā)生斷鉤時(shí)能夠自動(dòng)切斷列車管的供風(fēng)。

（4）發(fā)生保護(hù)作用后，當(dāng)JZ-7制動(dòng)機(jī)置制動(dòng)位后，保護(hù)功能應(yīng)能自動(dòng)解除。

（5）應(yīng)盡量采用JZ-7制動(dòng)機(jī)的零件，方便維護(hù)和檢修。

3 斷鉤保護(hù)裝置的組成及原理

3.1 斷鉤保護(hù)裝置的組成

該裝置由斷鉤保護(hù)閥、總風(fēng)遮斷閥、轉(zhuǎn)換閥、容積風(fēng)缸等部分組成（見圖1斷鉤保護(hù)裝置組成）。

圖1 斷鉤保護(hù)裝置組成

（1）斷鉤保護(hù)閥組成

斷鉤保護(hù)閥（見圖2斷鉤保護(hù)閥）是該裝置的核心控制元件，它由保護(hù)閥部、轉(zhuǎn)換閥部、充氣止回閥及閥體等部分組成。保護(hù)閥部利用容積風(fēng)缸和列車管間的壓差帶動(dòng)柱塞和膜板移動(dòng)，切斷或溝通向總風(fēng)遮斷閥的控制風(fēng)通路，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車管管路的開和斷。轉(zhuǎn)換閥部通過8號(hào)管風(fēng)和彈簧拉力的作用，使柱塞處于不同的位置，實(shí)現(xiàn)只在運(yùn)轉(zhuǎn)位斷鉤時(shí)才切斷列車管風(fēng)源，而其他情況下不起作用的功能。充氣止回閥給容積風(fēng)缸充氣，且防止風(fēng)缸壓力回流。

斷鉤保護(hù)閥中膜板、活塞、各種O形圈、彈簧及充氣止回閥等件，均采用JZ-7制動(dòng)機(jī)現(xiàn)用零件，方便維修。

（2）總風(fēng)遮斷閥就是現(xiàn)有的中繼閥上的總風(fēng)遮斷閥，需要把它接到中繼閥總風(fēng)進(jìn)口處，它受斷鉤保護(hù)閥的控制，當(dāng)斷鉤時(shí)，切斷總風(fēng)源，實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)的作用。在其他情況下，它就相當(dāng)一個(gè)通路，不起作用。

（3）轉(zhuǎn)換閥是為了方便切除斷鉤保護(hù)裝置功能而設(shè)置的。當(dāng)位于開通位時(shí)，該裝置起作用，當(dāng)位于切斷位時(shí)，該裝置不起作用。轉(zhuǎn)換閥實(shí)際上就是一個(gè)手動(dòng)控制的兩位三通閥。

3.2 作用原理

（1）正常緩解位（見圖2）

列車正常運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)閥手柄置運(yùn)轉(zhuǎn)位，制動(dòng)機(jī)處于充氣緩解狀態(tài)。斷鉤保護(hù)閥處于充氣緩解位。此時(shí)8號(hào)管通到轉(zhuǎn)換部活塞下側(cè)，此時(shí)8號(hào)管沒有風(fēng)，轉(zhuǎn)換柱塞在彈簧力的作用下向下移動(dòng)，處于下位，列車管風(fēng)經(jīng)轉(zhuǎn)換柱塞一路到保護(hù)閥活塞下側(cè)，推動(dòng)活塞向上移動(dòng)，使保護(hù)閥柱塞處于上位。另一路經(jīng)充氣止回閥給容積風(fēng)缸充風(fēng)?？傦L(fēng)通路經(jīng)轉(zhuǎn)換閥柱塞溝通到保護(hù)閥柱塞處，因保護(hù)閥處于上位，這條通路被截?cái)啵Ｗo(hù)閥到總風(fēng)遮斷閥的那條通路則通過保護(hù)閥柱塞及體內(nèi)氣路通大氣，總風(fēng)遮斷閥處于開放位，機(jī)車可正常充風(fēng)。

圖2 緩解位原理圖

（2）正常制動(dòng)位（見圖3）

當(dāng)制動(dòng)閥手柄置制動(dòng)位時(shí)，制動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。斷鉤保護(hù)閥處于正常制動(dòng)位。此時(shí)8號(hào)管壓力空氣被接通，轉(zhuǎn)換閥部活塞在8號(hào)管壓力空氣的作用下向上移動(dòng)，處于上位?？傦L(fēng)通路因轉(zhuǎn)換閥柱塞上移使溝通到保護(hù)閥柱塞處的通路被截?cái)唷Ａ熊嚬芡泛腿莘e風(fēng)缸通路經(jīng)轉(zhuǎn)換柱塞溝通，使保護(hù)閥活塞兩側(cè)壓力可以得到溝通，不能形成壓力差，即使列車管減壓，容積風(fēng)缸也隨同列車管一起減壓，保護(hù)閥活塞不動(dòng)作，依舊保持原有溝通狀態(tài)不變。而保護(hù)閥到總風(fēng)遮斷閥的那條通路則依舊通過保護(hù)閥柱塞及體內(nèi)氣路通大氣，總風(fēng)遮斷閥處于開放位，不會(huì)影響到機(jī)車的充排風(fēng)。

圖3 制動(dòng)位原理圖

（3）斷鉤保護(hù)位（見圖4）

當(dāng)機(jī)車在運(yùn)轉(zhuǎn)位時(shí)，斷鉤保護(hù)閥也處于正常充氣緩解狀態(tài)。此時(shí)若發(fā)生斷鉤事故，則列車管壓力應(yīng)下降，隨著列車管壓力的下降，而保護(hù)閥部活塞上方的容積風(fēng)缸壓力因充氣止回閥的作用不能回流，因此，保護(hù)閥活塞在容積風(fēng)缸壓力的作用下向下移動(dòng)，保護(hù)柱塞處于下位，總風(fēng)到總風(fēng)遮斷閥的通路被溝通，總風(fēng)遮斷閥關(guān)閉，列車管不能補(bǔ)風(fēng)，列車管壓力會(huì)迅速排凈，機(jī)車產(chǎn)生緊急制動(dòng)并保持緊急制動(dòng)狀態(tài)。

圖4 斷鉤保護(hù)位原理圖

（4）斷鉤保護(hù)作用的解除

當(dāng)發(fā)生保護(hù)作用后，將制動(dòng)閥手柄置制動(dòng)位，保護(hù)作用自動(dòng)解除。

在發(fā)生保護(hù)作用時(shí)，保護(hù)閥部在保護(hù)位，當(dāng)手柄置制動(dòng)位后（其他位也一樣），轉(zhuǎn)換部受制動(dòng)閥控制，轉(zhuǎn)換到制動(dòng)位，保護(hù)閥活塞兩側(cè)的壓力空氣既容積風(fēng)缸和列車管的壓力空氣通過轉(zhuǎn)換閥柱塞溝通，活塞兩側(cè)壓力差消失，活塞在彈簧力的作用下恢復(fù)到充氣緩解位，總風(fēng)遮斷閥控制管內(nèi)的高壓風(fēng)也通過保護(hù)閥柱塞排大氣，總風(fēng)切斷功能解除，系統(tǒng)恢復(fù)到正常控制狀態(tài)。

4 性能特點(diǎn)

該裝置利用了JZ-7制動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用8號(hào)管風(fēng)壓力作為識(shí)別控制信號(hào)，通過控制總風(fēng)遮斷閥對(duì)總風(fēng)的遮斷實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)功能，不影響JZ-7制動(dòng)機(jī)的正常功能。對(duì)于采用貨車位運(yùn)用的機(jī)車，只要增加該裝置就可以實(shí)現(xiàn)斷鉤保護(hù)功能。若采用客車位進(jìn)行運(yùn)用則需采用改進(jìn)后的自動(dòng)制動(dòng)閥，僅是增加一條管路把8號(hào)管風(fēng)直接引出，不會(huì)影響到制動(dòng)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)上，該裝置盡量采用JZ-7制動(dòng)機(jī)在用零部件，方便維護(hù)檢修。該產(chǎn)品采用壓力控制的原理，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠的特點(diǎn)。

5 試制過程

沈陽(yáng)北車西屋軌道制動(dòng)技術(shù)有限公司于2012年4月開始研制斷鉤保護(hù)裝置，于2012年5月28日通過了《斷鉤保護(hù)裝置》設(shè)計(jì)方案評(píng)審。2012年6月完成技術(shù)設(shè)計(jì)并開始進(jìn)行樣機(jī)試制。為了確認(rèn)方案設(shè)計(jì)是否合理，首先按功能對(duì)保護(hù)閥進(jìn)行了分解，在驗(yàn)證設(shè)計(jì)正確性后再進(jìn)行整體樣機(jī)的試制。在分功能模塊驗(yàn)證工程中，發(fā)現(xiàn)輸入壓力與輸出壓力之間偏差較大，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)是活塞柱塞端平衡壓力作用面積不足導(dǎo)致的。設(shè)計(jì)時(shí)為了結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，將柱塞尾部設(shè)計(jì)為通大氣，在實(shí)際動(dòng)作過程中，活塞兩側(cè)壓力作用面積的不一致，導(dǎo)致最終平衡壓力的不一致。改進(jìn)設(shè)計(jì)后，經(jīng)再次驗(yàn)證，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在確認(rèn)了結(jié)構(gòu)和作用達(dá)到要求后于2012年10月至11月進(jìn)行了斷鉤保護(hù)閥的整體設(shè)計(jì)及試制，試制完成樣機(jī)2套。

6 斷鉤保護(hù)裝置的性能試驗(yàn)

6.1 試驗(yàn)原理

為了驗(yàn)證JZ-7型斷鉤保護(hù)裝置是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，利用JZ-7型試驗(yàn)臺(tái)模擬機(jī)車的列車管充、排風(fēng)作用。當(dāng)正常操作時(shí)，該裝置不起作用，當(dāng)發(fā)生斷鉤時(shí)，列車管減壓，該裝置開始動(dòng)作，切斷中繼閥風(fēng)源，具體原理示意圖（見圖5）如下。

圖5 斷鉤保護(hù)裝置試驗(yàn)原理圖

斷鉤保護(hù)裝置接到試驗(yàn)臺(tái)風(fēng)源接口處，中繼閥和JZ-7型制動(dòng)閥分別安裝到試驗(yàn)臺(tái)上，模擬機(jī)車操作。其中在JZ-7型制動(dòng)閥的管座上把8號(hào)管和列車管2的控制壓力引出到斷鉤保護(hù)裝置上。

6.2 斷鉤保護(hù)裝置試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)兩套JZ-7型制動(dòng)機(jī)斷鉤保護(hù)裝置在JZ-7型試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，生產(chǎn)的斷鉤保護(hù)裝置產(chǎn)品符合產(chǎn)品圖樣和技術(shù)條件，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

（1）模擬機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)，不論運(yùn)轉(zhuǎn)位還是制動(dòng)位，都不發(fā)生作用，JZ-7制動(dòng)閥各項(xiàng)性能正常，斷鉤保護(hù)裝置對(duì)制動(dòng)機(jī)無(wú)影響。

（2）模擬在列車正常運(yùn)轉(zhuǎn)位發(fā)生斷鉤時(shí)，能夠自動(dòng)切斷列車管的供風(fēng)。當(dāng)列車管的壓力下降在60 k Pa前，就可發(fā)生斷鉤保護(hù)作用，與列車管的減壓速度無(wú)關(guān)。當(dāng)斷鉤保護(hù)裝置發(fā)生作用后，制動(dòng)閥手柄置于制動(dòng)位，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常控制狀態(tài)。

表1 斷鉤保護(hù)裝置在JZ-7型試驗(yàn)臺(tái)上的試驗(yàn)記錄

7 結(jié)束語(yǔ)

該裝置已經(jīng)通過了地面試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，其性能穩(wěn)定，動(dòng)作靈敏，控制可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)斷鉤保護(hù)作用。建議裝車運(yùn)用考核。

［1］ TB/T 2420-93.內(nèi)燃機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)技術(shù)條件［S］.

［2］ 姜靖國(guó)，于勝利，等.JZ-7型空氣制動(dòng)機(jī)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1989.

Research&Development of Protective Valve of the Disconnected Coupler for Type JZ-7 Locomotive Brake

LIU Bing，LIANG Hongju
（CNR Wabtec Railway Brake Technology Co.，Ltd.，Shenyang 110144 Liaoning，China）

This paper analyzes type JZ-7 locomotive brake，puts forward the scheme，principle and structure of the protective device of the locomotive disconnected coupler for type JZ-7 locomotive brake，and makes the trial-manufacture and test.

type JZ-7 locomotive brake；protective device of disconnected coupler；structure and principle

U260.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.09

1008－7842（2014）04－0044－04

?）男，高級(jí)工程師（

2014－01－22）