謝慶華

(柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院動力技術(shù)學(xué)院 廣西柳州 545616)

1 引言

鐵路是旅途舒適、安全系數(shù)高的一種大眾交通出行工具，是國家重點(diǎn)提倡和發(fā)展建設(shè)的民生工程，特別是在“十八大”上國家提出建設(shè)環(huán)境友好型社會以來，鐵路行業(yè)達(dá)到與航空運(yùn)輸行業(yè)相媲美的出行方式，特別是在以復(fù)興號為代表的高速標(biāo)準(zhǔn)動車組問世，給動車和高鐵的發(fā)展注入了無限動力。鐵路運(yùn)行的運(yùn)力的特點(diǎn)為高聚積信，運(yùn)行環(huán)節(jié)相輔相成、不可缺一，而高速運(yùn)行車輛的制動系統(tǒng)又是其重要組成部分，是在運(yùn)行中減速和停車的作用機(jī)構(gòu)。對于當(dāng)代高速鐵路，制動不僅成為制約列車速度和牽引動力提高的重要因素，更是行車安全的重要保障。

2 制動的分類

2.1 按制動的形式分類

黏著制動和非黏著制動是列車制動按制動的形式分類的兩種重要類型。其中，由鋼軌與車輪間形成的摩擦力形式作用并執(zhí)行的制動方式，稱為黏著制動，或摩擦制動。施行黏著制動時，制動力受輪軌間的粘著力的限制，最大制動力不超過粘著力。粘著制動是目前主要的制動方式，閘瓦制動、盤形制動、動力制動（電制動）、液力制動等制動方式都屬于粘著制動[1]。制動時，閘瓦壓緊轉(zhuǎn)動的車輪踏面后，閘瓦與車輪間的摩擦力借助鋼軌，在與車輪接觸點(diǎn)上產(chǎn)生與列車鋼軌運(yùn)行相同的反作用粘著力，即制動力，粘著力制動方式中，閘瓦（閘片）、車輪和鋼軌是列車制動的三大要素。

而不是由鋼軌與車輪間形成摩擦力形式作用并執(zhí)行制動的制動形式，為非黏著制動。列車電磁制動和渦流制動等屬于非粘著制動，這種制動的特點(diǎn)是形成的制動作用的程度大小不受車輪和鐵軌的黏著力的限制。非黏著制動目前主要作為一種輔助的制動方式用于黏著制動力不夠的高速旅客列車上。

2.2 按制動時的動力源分類

列車制動按制動時的動力源和制動能量轉(zhuǎn)換的不同有電制動和空氣制動兩種。而空氣制動又有純空氣制動和非純空氣制動，前者以高壓的密閉容積里的氣體作為動力源進(jìn)行控制和傳遞制動信號，電制動是將列車的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芎螅僮兂蔁崮芟牡艋蚍答伝仉娋W(wǎng)的制動方式，在高速電力列車上主要有電阻制動和再生制動，制動時優(yōu)先使用再生制動。電制動是將列車上的牽引裝置經(jīng)轉(zhuǎn)換和簡化后進(jìn)行執(zhí)行作用的一種制動方式，屬于動力制動的一種類型。

雖然目前的電制動從牽引動力裝置上能有非常充足的制動力提供，但對于空氣制動來講，其在高速動車組里的地位仍然非常重要。由于直流牽引電機(jī)的車輛其制動力會跟著列車速度的下降一起減少，這時，如沒有其他制動方式輔助，列車由于慣性力就不可能完全停下來，或者要溜車很長一段時間后才因?yàn)樽枇μ蠖Ｖ?。而使用交流電機(jī)作動力牽引裝置的列車雖然可通過改變轉(zhuǎn)速差來執(zhí)行改變制動力大小的目的，從理想的狀態(tài)和理論的角度來講列車速度不直接限制制動力，但從高速列車到列車停止均能有效執(zhí)行和作用的、可靠的電制動裝置尚處于實(shí)驗(yàn)室的理論研究階段[1-2]。

圖1 自動式空氣制動系統(tǒng)的組成

過去空氣制動分為直通式制動和自動式制動。直通式采用制動管增壓制動、減壓緩解，列車分離時不能自動停車。司機(jī)操縱手柄在制動位停止的時間長短直接決定制動力大小，受到人的感覺和心理因素的影響特別大，因此控制不精確。同時制動作用狀態(tài)下全車作用風(fēng)缸的壓縮空氣由總風(fēng)缸供給，緩解時每個制動風(fēng)缸的作用空氣都須經(jīng)作用閥排氣口進(jìn)入大氣，此時會出現(xiàn)前后車廂的制動的同一性不好，給列車交接處站立著和行走著的乘客帶來不舒適的體驗(yàn)。而空氣制動自動作用系統(tǒng)為作用管降壓執(zhí)行制動、增壓執(zhí)行緩解，這種狀況下列車分離時能制動執(zhí)行自動作用而停車。作用風(fēng)缸的風(fēng)力離排氣口制動作用風(fēng)缸較近，作用閥不在進(jìn)行其制動與緩解的過程，因此緩解與制動的同一性比直通式制動機(jī)優(yōu)異，列車縱向沖動較小，給列車交接處站立著和行走著的乘客帶來較佳的體驗(yàn)，適合于較長編組的列車，以及有階段制動及一次緩解功能[3]。

3 自動式空氣制動的原理及泄漏故障

3.1 自動式空氣制動的組成及各部分的功能

自動式空氣制動系統(tǒng)的組成見圖1所示，分為壓力空氣供給部分、空氣制動控制部分和基礎(chǔ)制動裝置。

空氣壓縮機(jī)、總風(fēng)缸等裝置組成壓力空氣供給部分，是為整個制動系統(tǒng)提供原動力的重要模塊。 空氣壓縮機(jī)和總風(fēng)缸安裝在機(jī)車部位，它們的功能分別是制造壓縮空氣和儲存壓縮空氣，提供給全列車的制動管。

空氣制動控制部分由給風(fēng)閥、自動制動閥、給風(fēng)閥制動管等組成。給風(fēng)閥將總風(fēng)缸的壓縮空氣調(diào)至規(guī)定壓力，經(jīng)自動制動閥充入制動管。自動制動閥是一個空氣壓力操縱部件，控制制動管壓縮空氣的沖入和排出。制動管又稱為列車管、剎車管，是貫通全列車的壓縮空氣管，通過它向列車中各車輛的制動裝置輸送壓縮空氣。列車運(yùn)行和停止時機(jī)車乘務(wù)員通過自動制動閥控制列車制動管內(nèi)壓縮空氣的壓力[4]。三通閥和制動管連通，在制動管壓力的變化時進(jìn)行工作，是空氣制動裝置的主要部件，能控制制動機(jī)。

基礎(chǔ)制動裝置是以前傳統(tǒng)的機(jī)械杠桿式傳動裝置和現(xiàn)在普遍使用夾鉗式裝置。夾鉗式裝置由制動夾鉗、支架和剪刀形的夾緊制動盤的本體組成?；A(chǔ)制動裝置在制動時，將制動缸推力傳遞到閘瓦（閘片），使閘瓦（閘片）夾緊車輪（制動盤）產(chǎn)生制動。

3.2 自動式空氣制動系統(tǒng)的工作原理

自動式空氣制動系統(tǒng)的制動過程中首先減壓，然后將主風(fēng)管和大氣連接，最后在副風(fēng)缸大氣壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大氣壓狀態(tài)下，三通閥的滑閥向左移動使副風(fēng)缸和制動缸連接。副風(fēng)缸的壓縮空氣進(jìn)入制動缸，制動缸的活塞向右移動，閥瓦向左移動實(shí)現(xiàn)制動。

緩解過程，制動消除時首先加壓，然后將主風(fēng)管和總風(fēng)缸連接，最后三通閥滑閥向右移動阻斷副風(fēng)缸和制動缸相連，同時連接制動缸和大氣，制動缸向左移動閥壓向右實(shí)現(xiàn)緩解。 特點(diǎn)：加壓緩解，減壓制動，階段制動，一次緩解。

貫穿整個列車的制動管既是制動動力渠道又是制動控制信號通道[5]。這種制動控制模式的一個突出缺點(diǎn)是制動、緩解波速低,列車中各車輛的制動、緩解作用一致性差,列車縱向沖動大,客車乘坐舒適性差。這個缺點(diǎn)不可能通過改進(jìn)空氣制動機(jī)各部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)得到根本解決。為解決這一問題,對原有制動機(jī)進(jìn)行了加電控的改進(jìn),產(chǎn)生了電空制動機(jī)。它是用電來傳輸制動控制信號,以此來大大提高信號傳輸速度,提高列車中各車輛的制動、緩解的一致性。對自動式電空制動機(jī)來說,電傳送的實(shí)際上只是一個啟、停原有空氣分配閥動作的開關(guān)量信號,具體的制動管空氣壓力設(shè)定值仍要由制動管通過壓力空氣傳送。

3.3 自動式空氣制動常見的泄漏故障

空氣制動裝置在單車試驗(yàn)中的常見泄漏故障及處理。檢修作業(yè)完畢，應(yīng)進(jìn)行列車制動機(jī)性能全部試驗(yàn)。 列車試驗(yàn)器應(yīng)由專人操縱進(jìn)行列車制動機(jī)性能全部試驗(yàn)，確認(rèn)車列制動機(jī)性能。作業(yè)過程依次傳遞確認(rèn)制動機(jī)的性能試驗(yàn)號志。列車制動機(jī)試驗(yàn)發(fā)生問題時，須登上機(jī)車與司機(jī)共同對列車制動機(jī)試驗(yàn)。以往試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)來看，漏泄故障是發(fā)生最多和影響最嚴(yán)重的自動式空氣制動故障，而根據(jù)發(fā)現(xiàn)泄漏故障問題的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，常見的泄漏故障有制動管系漏泄故障，副風(fēng)缸、加速緩解風(fēng)缸及管系漏泄故障，制動缸及管系漏泄和空重車自調(diào)裝置及管系漏泄故障等。

3.3.1 制動管系漏泄故障

《鐵路貨車制動裝置檢修規(guī)則》列車泄漏試驗(yàn)必須達(dá)到制動系統(tǒng)漏泄1分鐘不允許超過5千帕。根據(jù)研究和實(shí)際檢驗(yàn)，制動管一般在下列幾處易發(fā)生漏泄[6]：

（1）列車制動管連接處，每個法蘭頭焊接處，一對法蘭連接處，由于普遍存在著列車人員對螺紋管接口不加以認(rèn)真處理的問題，導(dǎo)致列車制動管頭泄漏嚴(yán)重。

（2）折塞門與制動管或折角塞門與補(bǔ)助管接頭處：可能普遍的問題為發(fā)生松動的折角塞門未穩(wěn)固、折角塞門由于穩(wěn)固不當(dāng)造成裂紋而沒有及時處理。

（3）折角塞門、截?cái)嗳T手把方套處，截?cái)嗳T芯漏泄，特別是錐型折角塞門易發(fā)生漏泄故障。

3.3.2 緩解作用風(fēng)缸、副作用風(fēng)缸及管漏泄故障檢驗(yàn)

制動管泄漏檢驗(yàn)無誤，使得截?cái)嗳T在打開位，當(dāng)空氣制動充氣工作到高壓后，令手把置于三位，觀察壓力表指針動作情況，降低則表示緩解作用風(fēng)缸、副作用風(fēng)缸及制動管之中的部位存在漏泄[7]。

這種故障的查找方法是在自動作用式制動系統(tǒng)穩(wěn)定保壓時仔細(xì)觀察制動機(jī)有無自然緩解作用，若存在則是副作用風(fēng)缸上和制動管上的泄漏問題；若無則是緩解作用風(fēng)缸上和制動管上的泄漏問題。為方便以及快捷處理此類泄漏，一般要求檢查風(fēng)缸及管漏泄時，必須按規(guī)定的檢查步驟及順序。

3.3.3 管系泄漏及空重車自動調(diào)節(jié)裝置泄漏

傳感閥及調(diào)整閥、傳感閥觸桿、法蘭連接處、夾芯閥、顯示板活塞桿、降壓風(fēng)缸是管系泄漏及空重車自動調(diào)節(jié)裝置泄漏的多發(fā)區(qū)域[8]?？罩剀囎哉{(diào)裝置無壓力空氣當(dāng)處于初充風(fēng)或緩解時，而管減壓并制動后則有高壓氣體存在，高壓氣體作用與制動執(zhí)行缸，此時的泄漏也和制動缸漏泄危害相當(dāng)。

4 快速查看泄漏故障列車壓力的方法和試驗(yàn)方法

列車制動機(jī)試驗(yàn)發(fā)生泄漏時，須登上機(jī)車與司機(jī)共同對列車制動機(jī)試驗(yàn)。一般的研究人員和車輛乘務(wù)員（隨車機(jī)械師）等幾乎沒有接觸過司機(jī)室設(shè)備，按以下方法在司機(jī)室快速查看列車制動壓力。

和諧電力機(jī)車（HXD）司機(jī)室如下圖所示。圖2中，1表是制動屏，2表是機(jī)械表，有總風(fēng)管、機(jī)車制動缸、制動管、均衡風(fēng)缸壓力等，3表是LKJ屏，為列車運(yùn)行記錄控制裝置。

圖2 和諧電力機(jī)車司機(jī)室

制動屏、機(jī)械表以及LKJ屏均能查看制動管壓力，但因機(jī)械表儀器有誤差，且因不同視角查看機(jī)械表也會存在一定的偏差，而LKJ顯示的制動管壓力最準(zhǔn)確，機(jī)務(wù)部門問題分析也采用的是LKJ數(shù)據(jù)，因此建議查看LKJ顯示的制動管壓力。 機(jī)械表如圖3所示，機(jī)械表總共有兩個表，每個表又有兩個指針，一個指針是紅色，一個指針是白色，雙壓力顯示。顯示制動管壓力指示如圖4所示。

圖3 和諧電力機(jī)車機(jī)械表

圖4 和諧電力機(jī)車機(jī)械壓力顯示表

圖5 和諧電力機(jī)車制動屏

圖6 制動屏儀表數(shù)值

參照機(jī)械表旁邊的文字標(biāo)簽，從圖4可以看出，上面的機(jī)械表標(biāo)簽有“總風(fēng)缸MR”和“制動管BP”，其中“總風(fēng)缸MP”的字體顏色是紅色，“制動管BP”字體顏色是白色，因此，紅色字體的“總風(fēng)缸MR”壓力在機(jī)械表則是紅色指針?biāo)鶎?yīng)的壓力，白色字體的“制動管BP”壓力則是白色指針?biāo)鶎?yīng)的壓力。下邊機(jī)械表標(biāo)簽顯示的是紅色“制動缸BC I”和白色“制動缸BC II”，代表的是機(jī)車制動缸壓力。因此，若查看機(jī)械表，則最上方機(jī)械表白色指針?biāo)鶎?yīng)的壓力即為制動管壓力。

圖7 LJK控制屏藍(lán)色工況顯示區(qū)域

制動屏顯示的風(fēng)表是虛擬的風(fēng)表，見圖5，所模擬的正是機(jī)械表指針指示的壓力，均是雙壓力顯示，查看方式與查看機(jī)械表的一致，具體如圖6所示。

首先看制動屏壓力表下面的文字，左邊顯示的是紅色“均衡風(fēng)缸”，和白色“制動管”，因此左邊壓力表白色指針?biāo)鶎?yīng)的正是制動管壓力，制動屏為數(shù)顯模式，因此“制動管”正下面框內(nèi)數(shù)字顯示的則為制動管壓力，圖6上顯示制動管壓力為612 kPa。右邊壓力表下面顯示的是紅色“總風(fēng)缸”、白色“制動缸”，為機(jī)車相關(guān)壓力。

LKJ控制屏上顯示的制動管壓力最為直接，一目了然。首先查看LKJ顯示屏右上方藍(lán)色區(qū)域，如圖7所示，然后可看到有“制動管壓力”，圖7中顯示的制動管壓力為600kPa。

泄漏試驗(yàn)一般方法如下，制動管漏泄試驗(yàn)：制動管作用力確認(rèn)達(dá)到600 kPa時，保壓1分鐘，制動管作用壓力降低不允許超過20 kPa。車輪緩解度試驗(yàn)規(guī)則：制動管壓力達(dá)到600 kPa確認(rèn)后，減壓50千帕，列車檢修員嚴(yán)格按列車數(shù)量檢查直到所有車廂啟動制動作用，保壓1 min后，不發(fā)生自然緩解為符合。充風(fēng)作用緩解時，檢修員嚴(yán)格按列車數(shù)量檢查確認(rèn)所有制動機(jī)在1 min內(nèi)完成為合格。而制動保壓試驗(yàn)規(guī)則為，風(fēng)力達(dá)到600 kPa時，減壓170 kPa，在制動作用狀態(tài)下能保壓1分鐘以上為合格，制動主風(fēng)管高壓空氣漏泄不得超過20 kPa?？傦L(fēng)作用管漏泄試驗(yàn)規(guī)則為，在風(fēng)壓達(dá)到600 kPa時，保壓1 min，總風(fēng)管壓力自然降低不允許超過20 kPa。全部試驗(yàn)保壓5min不得發(fā)生自然緩解，由尾部檢車員顯示試風(fēng)完了信號，并逐段傳遞。