劉尚景，楊 陽，馮書銳

(北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司 機車研發(fā)中心，北京100072)

出口愛沙尼亞機車用戶要求安裝國產(chǎn)JZ-7型空氣制動機，從制動性能方面考慮滿足用戶列車牽引的需要;實際應(yīng)用經(jīng)驗有我國在滿洲里口岸多年牽引俄羅斯車輛的北京型、DF7型機車，他們都是安裝JZ-7型空氣制動機，應(yīng)用安全可靠。但是用戶提出在運用環(huán)境－40℃ ～+40℃條件下至少5年的免修使用;機車最大速度100 km/h時緊急制動距離不大于800 m停車;與用戶安全裝置匹配的強制制動。依據(jù)此條件我們在機車設(shè)計時采取必要措施，滿足用戶要求。

1 空氣制動系統(tǒng)設(shè)計

機車用途為調(diào)車兼小運轉(zhuǎn)作業(yè)，車體為外走廊、單司機室結(jié)構(gòu);軸式C0－C0，軸重為23(1±2%)t，機車整備質(zhì)量為138(1±2%)t，柴油機最大運用功率為1 500 kW，機車最大速度為100 km/h，在－40℃ ～+40℃沿海環(huán)境運用。

1.1 機車空氣制動系統(tǒng)基本配置

考慮機車使用條件和用途，我們設(shè)計時采用2套制動閥、1個中繼閥、1個換向切換閥、1個分配閥、1個作用閥、1個緊急作用閥、1個雙塔空氣干燥器及一些功能控制風(fēng)缸，司機室安裝1個緊急放風(fēng)閥?？傦L(fēng)缸容量為1 200 dm3，空氣壓縮機排量為2 750 dm3/min，閘瓦為低摩合成閘瓦;空氣制動系統(tǒng)原理圖見圖1。其作用原理在其它論文［1］中有詳細論述，各個功能閥的作用原理在JZ-7型制動機教科書［2］中有詳細論述，這里不再敘述。

1.2 空氣制動系統(tǒng)特殊改進

針對機車運用條件和JZ-7型制動機特點，對機車空氣制動主要改進如下:

(1)采用適合耐寒、沿海條件使用的橡膠件

按照用戶使用機車情況，預(yù)期使用5年，在試驗臺試驗實際可以達到6年;

(2)小直徑彈簧等易銹蝕零件特殊防銹處理;

(3)采用不銹鋼管路，增強防銹作用;

(4)司機室地板下寒冷空間盡量少安裝制動控制部件，中繼閥、分配閥、作用閥、緊急作用閥全部安裝在機器間內(nèi)，有加熱裝置，保證在極寒條件下可靠使用;

(5)應(yīng)用戶要求增加相應(yīng)電器保護強制制動裝置:系統(tǒng)得到電氣系統(tǒng)制動信號時，電磁閥打開列車管排風(fēng)，同時總風(fēng)管通過電磁閥向中繼閥8#管通風(fēng)，強制實現(xiàn)緊急制動。

2 制動系統(tǒng)試驗

考慮應(yīng)用條件苛刻，管路應(yīng)保證清潔、密封，采用不銹鋼管路有利于使用中保持系統(tǒng)清潔;制動機所有部件車下試驗、裝車后試驗中要求發(fā)現(xiàn)故障必須分析相關(guān)部件協(xié)同處理。廠內(nèi)組裝試驗中已經(jīng)完成，狀態(tài)良好。

3 機車制動能力計算

(1)制動要求:機車單機制動距離800 m。

(2)機車基礎(chǔ)制動計算參數(shù):低摩合成閘瓦;機車整備質(zhì)量138 t;

閘瓦壓力計算

制動缸直徑d=0.203 m

制動倍率γ=6.75

傳動效率η:緊急制動η=0.9;常用制動η=0.85

制動缸壓力P:緊急制動時p=450 kPa，常用制動時p=350 kPa，P=p×3.14×

(kN)

閘瓦壓力K=P×γ×η

緊急制動閘瓦壓力為Kj=88.43 kN

常用制動閘瓦壓力為Kc=64.96 kN

緊急制動距離計算用換算閘瓦壓力K″。

緊急制動換算閘瓦壓力K″=1.24××K=62.59(kN)

圖1 制動系統(tǒng)部分控制原理圖

(3)機車單機緊急制動距離計算

TB/T 1407《列車牽引計算規(guī)程》的制動計算中制動距離Sz=Sk+Se;

Sk=(v0×tk)/3.6，其中v0為機車初速，km/h;tk制動空走時間，s。

tk=3.5－0.08×ij，其中ij為計算坡道坡度。下坡為負值，平直道為0，常數(shù)3.5在單機情況時是2.5。

Se=其中v1計算初速;v2計算末速;?h為換算制動率;φh為換算摩擦系數(shù);ω0為機車單位阻力。

在平直道時制動距離計算。分階段累計計算，速度每10 km/h為1個階段。制動距離為728.7 m，滿足要求，計算結(jié)果見表1。

表1 平直道時機車單機制動距離計算結(jié)果

(4)在坡道時制動距離800 m制動限速計算

使用試湊法計算［3］，與(3)的計算方法相同，先假設(shè)1個限制速度，在800 m距離結(jié)果，再確定下一次計算速度，最終確定小于并接近制動距離的假設(shè)的限制速度為該坡道的限制速度。

合同要求牽引2 500 t貨車小運轉(zhuǎn)工況作業(yè)，針對此工況進行列車坡道制動限速計算。按照(3)項計算方法，當(dāng)機車牽引列車時進行制動計算，了解列車線路運行通過情況，針對小運轉(zhuǎn)工況牽引2 500 t貨車計算。由于車輛與機車基礎(chǔ)制動不同，?h、φh、ω0要考慮車輛進行修正。

①貨車計算參數(shù):用戶沒有提供具體車輛參數(shù)，按照滾動軸承貨車參數(shù)，自重20 t、載重60 t;牽引質(zhì)量2 500 t為32節(jié);貨車單位運行阻力ω″為:

載重60 t滾動軸承貨車換算閘瓦壓力=250 kN。

②計算參數(shù):列車換算制動率?hL、列車換算摩擦系數(shù)按照貨車中磷閘瓦計算φhL、列車單位阻力ω0L。

③計算結(jié)果見表2。表2中數(shù)值僅僅是計算結(jié)果，作為參考;實際運行時要留有余量，并且要試驗驗證。

(5)機車制動黏著力核算

①機車制動力

表2 不同下坡坡道2 500 t列車制動計算限制速度

機車常用制動時制動缸空氣壓強為350 kPa，單個制動缸壓力64.96 kN，機車每根車軸制動力為

機車緊急制動時制動空氣缸壓強為450 kPa，單個制動缸壓力88.43 kN，機車每根車軸制動力為

②黏著制動力

干燥軌面黏著制動系數(shù)μzg=0.062 4+

干燥軌面單軸黏著制動力Fzg=μzg×Q=μzg×

潮濕軌面單軸黏著制動力Fzsh=μzsh×Q=μzsh×

③計算結(jié)果對比

機車的制動力應(yīng)該小于黏著制動力，才可以保證有效實施制動，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，常用制動時機車制動力小于黏著制動力，能夠保證有效實施制動。緊急制動時機車速度大于2.5 km/h時制動力小于黏著制動力，沒有問題，能夠保證有效實施制動;但是機車速度小于2.5 km/h時制動力大于黏著制動力，由于JZ－7型制動機本身特性實施緊急制動同時撒沙，機車速度很低兩者又相差很小，所以不會滑行，能夠保證有效實施制動;或者當(dāng)改用常用制動。

表3 機車單軸黏著制動力與制動力對比 kN

4 結(jié)論

(1)制動機性能，單機試驗符合合同要求;強制制動裝置模擬信號試驗作用正常。

(2)緊急制動距離計算，我國標(biāo)準(zhǔn)條件是干燥軌面平直軌道，計算結(jié)果728.7 m，小于800 m;用戶考慮軌面狀況不同(包括結(jié)冰軌面)，要求制動距離較大，這里只考慮干燥軌面平直軌道計算滿足要求。

(3)機車制動黏著力核算。常用制動時機車無滑行現(xiàn)象;緊急制動時機車速度小于2.5 km/h時制動力大于黏著制動力，JZ－7型制動機本身特性實施緊急制動同時撒沙，經(jīng)試驗證明能夠保證有效實施制動。

(4)機車連掛車輛制動機匹配試驗，在用戶線路上試驗，與我國口岸制動控制基本一致，滿足需求。寒冷條件下使用試驗，在－35℃條件下使用正常。

目前制動機情況達到預(yù)期效果，今后要跟蹤JZ-7型制動機改進后的耐用性和使用可靠性，進一步驗證。

［1］馬瑞東，劉尚景.JZ-7型制動機雙端操縱一個中繼閥的制動系統(tǒng)［J］.內(nèi)燃機車，2007，(2):36-38.

［2］姜靖國.JZ-7型空氣和電空制動機［M］.北京:中國鐵道出版社，2001.

［3］饒 忠.列車制動［M］.北京:中國鐵道出版社，2010.