劉建業(yè)

內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗薛家灣國家能源集團(tuán)準(zhǔn)能大準(zhǔn)鐵路公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300

1 鐵道機(jī)車車輛制動(dòng)的組成及基本原理

鐵路機(jī)車車輛制動(dòng)器及其在國內(nèi)外的發(fā)展，列車的速度越高，對(duì)車輛設(shè)備的小型化、輕量化以及制動(dòng)系統(tǒng)的性能和可靠性要求就越高。使用制動(dòng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的空氣制動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化，同時(shí)保證與空氣制動(dòng)器相同的可靠性。同時(shí)，由于該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，可以消除剎車，具有比空氣制動(dòng)系統(tǒng)更好的防滑性能。為了適應(yīng)高速機(jī)車車輛和城市軌道交通車輛整體技術(shù)的發(fā)展，世界上許多國家都對(duì)制動(dòng)方法進(jìn)行了研究，這已成為鐵路機(jī)車車輛制動(dòng)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一[1]。

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電與自動(dòng)控制技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)和新材料、新工藝等一系列高新技術(shù)的蓬勃發(fā)展，技術(shù)有了很大的發(fā)展。密封材料性能的提高、零部件的小型化、可靠性和適用性的提高等為機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。制動(dòng)系統(tǒng)一般由油泵、蓄能器、電磁控制閥和基本制動(dòng)裝置組成?？梢钥闯觯麄€(gè)制動(dòng)系統(tǒng)按功能分為微機(jī)制動(dòng)控制器（MBCU）、電液制動(dòng)裝置和基本制動(dòng)裝置。微機(jī)制動(dòng)控制器（MBCU）的工作原理與空氣制動(dòng)基本相同。它接收通用制動(dòng)指令、緊急制動(dòng)指令、電制動(dòng)反饋、ATC信號(hào)等輸入，通過計(jì)算機(jī)處理輸出通用制動(dòng)指令、緊急制動(dòng)指令來控制相應(yīng)電磁閥，完成制動(dòng)力的控制。此外，還需要控制驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，如油泵的啟動(dòng)和停止控制，以及整個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)，如系統(tǒng)的各種傳感器反饋信息。電液制動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、油泵、蓄能器、常用制動(dòng)壓力控制器、緊急制動(dòng)壓力控制器和油箱組成。各部分的工作原理如下。

1.1 電機(jī)、油泵及蓄能器

電動(dòng)機(jī)和油泵將電能轉(zhuǎn)化為電能，為整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)提供制動(dòng)能量。由于機(jī)車車輛的制動(dòng)系統(tǒng)是間歇性工作的，因此采用了蓄電池裝置，有效地降低了電動(dòng)機(jī)的功率，降低了系統(tǒng)的能耗。同時(shí)，為了保證制動(dòng)系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)蓄電池，使電源具有雙路系統(tǒng)[2]。其中一個(gè)用于正常制動(dòng)，另一個(gè)用于緊急制動(dòng)。兩個(gè)蓄電池可同時(shí)提供緊急制動(dòng)油。即使在油泵停機(jī)等異常情況下，蓄電池仍有能力提供3個(gè)緊急停機(jī)所需的能量。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到下限值或產(chǎn)生制動(dòng)效果時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)和油泵；當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到上限值時(shí)，關(guān)閉電機(jī)和油泵。該泵采用間歇可靠的活塞油泵。為了降低質(zhì)量，防止漏油，一般采用無管道閥座安裝方式。

1.2 常用制動(dòng)壓力控制

壓力控制采用閉環(huán)控制方式，即灰塵顆粒不能混入工作油中，完成對(duì)機(jī)車常用制動(dòng)壓力的控制。一種方法是使用一個(gè)能夠高速運(yùn)行的平衡提升閥（高速電磁閥），通過傳感器反饋在軸單元中進(jìn)行數(shù)字壓力控制。另一種方法是采用電液比例壓力閥控制制動(dòng)缸壓力，實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)缸壓力的無級(jí)控制，方便與ATO等系統(tǒng)配合使用。由于油的可壓縮性很小，壓力控制響應(yīng)快，所以該控制方法具有消除油的滑行狀態(tài)的壓力控制功能。

1.3 緊急制動(dòng)壓力控制

當(dāng)制動(dòng)控制器斷電或控制油壓不足時(shí)，應(yīng)急控制使蓄能器內(nèi)的壓力油流入基礎(chǔ)制動(dòng)裝置，并對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)向架進(jìn)行應(yīng)急制動(dòng)壓力控制，產(chǎn)生應(yīng)急制動(dòng)作用。另外，當(dāng)制動(dòng)不松、壓力不足時(shí)，傳感器的檢測(cè)會(huì)使其對(duì)整個(gè)機(jī)車產(chǎn)生緊急制動(dòng)效果。

1.4 油箱

油液回到油箱，實(shí)現(xiàn)油液的回收。同時(shí)完成系統(tǒng)散熱?；A(chǔ)制動(dòng)裝置包括夾鉗和制動(dòng)盤。由于采用了油缸，整個(gè)制動(dòng)夾鉗體積小，可以安裝在安裝空間極小的走行裝置或轉(zhuǎn)向架上。

2 鐵道車輛制動(dòng)機(jī)自然制動(dòng)故障原因分析

鐵路部門發(fā)布的規(guī)定明確指出，制動(dòng)機(jī)構(gòu)一般用于制動(dòng)位置。列車運(yùn)行時(shí)，監(jiān)理壓力達(dá)到600kPa時(shí)，必須在不緊急制動(dòng)的情況下，1分鐘內(nèi)將壓力降至170kPa。主壓力的降壓幅度不應(yīng)超過20kPa，以保證制動(dòng)缸活塞行程滿足要求。然而，客運(yùn)列車和貨運(yùn)列車在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常受到車輛制動(dòng)器自然制動(dòng)失效的影響。在鐵路車輛的實(shí)際運(yùn)行中，造成制動(dòng)器自然制動(dòng)失效的原因有很多，如：基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、管路泄漏、103閥、120閥、GK閥失效等。大多數(shù)的自然制動(dòng)故障是由。由此可見，找到車輛制動(dòng)器自然制動(dòng)失效的根本原因，分析這些原因，并提出相應(yīng)的對(duì)策是保證軌道車輛正常穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵[3]。

2.1 在制動(dòng)保壓狀態(tài)下由于列車主管壓力漏泄過限，造成自然制動(dòng)故障

（1）103型分配閥造成列車主管壓力過限。首先，鐵路車輛的正常運(yùn)行期間，假設(shè)有雜質(zhì)在短管閥，但工作氣缸不停止工作，但繼續(xù)增壓室的體積，和輔助氣缸繼續(xù)充氣制動(dòng)缸，和火車管二級(jí)氣缸仍在膨脹，這將最終導(dǎo)致火車總管的壓力泄漏超過限制，這將導(dǎo)致汽車制動(dòng)的自然失效。其次，當(dāng)制動(dòng)缸已經(jīng)泄漏時(shí)，活塞上部的氣壓是平衡的。它會(huì)減小，使平衡活塞兩側(cè)的壓力不平衡向上移動(dòng)，導(dǎo)致平衡閥打開，最終導(dǎo)致輔助氣瓶充氣制動(dòng)缸，導(dǎo)致有軌車輛制動(dòng)的自然制動(dòng)失效。

（2）120型控制閥引起的列車主管壓力漏泄量過限。①由于換向閥上設(shè)有呼吸孔，在保持壓力的情況下，如果輔助氣缸的排水管堵塞泄漏，列車管將不斷向輔助氣缸供氣，導(dǎo)致列車管的壓力下降。，導(dǎo)致車輛剎車自然失靈。②加速度安全閥的止回功能失敗或反向安裝，和加速度安全閥的泄漏油缸將導(dǎo)致列車管壓力空氣不斷送風(fēng)加速度安全閥氣缸通過止回閥，導(dǎo)致列車管的壓力下降。讓剎車自然剎車。③如果截止閥不正常地，從輔助氣缸通過制動(dòng)缸不能切斷，同時(shí)，剎車油缸泄漏的封面，所以輔助缸不斷膨脹的制動(dòng)缸，和火車管不斷指導(dǎo)輔助氣缸構(gòu)成風(fēng)，導(dǎo)致列車管的壓力下降，這自然會(huì)使剎車制動(dòng)。④直徑為38mm的夾芯閥與加速度安全閥的閥座連接不緊或未安裝時(shí)，會(huì)導(dǎo)致列車管壓力下降，使制動(dòng)器自然制動(dòng)。⑤加速緩解閥套或者頂桿的0形密封圈不夠合格，或加速度安全閥頂出桿扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致列車管的壓力通過安全閥活塞加速度，加速度，然后從主閥門排氣口。放電，使鐵路車輛管的壓力下降，使其剎車產(chǎn)生自然制動(dòng)。⑥應(yīng)急兩級(jí)閥套上的密封圈或應(yīng)急兩級(jí)閥桿的密封圈不夠緊，如果在22毫米直徑的密封圈上安裝25毫米直徑的密封圈，制動(dòng)管的壓力將受到壓縮。它通過泄漏進(jìn)入制動(dòng)缸，導(dǎo)致列車管的壓力下降，從而導(dǎo)致制動(dòng)器自然制動(dòng)。⑦當(dāng)減壓閥套或減壓閥桿不夠緊時(shí)，列車管路的壓力空氣將充氣制動(dòng)缸，使制動(dòng)產(chǎn)生自然制動(dòng)。此外，部分減壓閥蓋上的小孔在制動(dòng)持壓時(shí)沒有停止排氣，會(huì)損壞部分減壓閥模板。由于部分減壓閥與制動(dòng)缸相通，此處的泄漏將導(dǎo)致制動(dòng)缸無法保持壓力。

2.2 操作不當(dāng)引起的自然制動(dòng)故障

由于鐵路運(yùn)輸?shù)奶厥庑?，在鐵路車輛的運(yùn)行中，往往存在長距離和車輛運(yùn)行時(shí)間較長的問題。當(dāng)火車即將進(jìn)站時(shí)，通常需要減速。此時(shí)，鐵路車輛駕駛員一般采用系統(tǒng)控制。列車速度控制的動(dòng)態(tài)減壓方法。信號(hào)恢復(fù)正常后，為了確?；疖嚤M快恢復(fù)正常，自動(dòng)剎車閥的手柄會(huì)閃到一邊，使快速通貨膨脹時(shí)間太長，最終導(dǎo)致火車的制動(dòng)管的壓力過高，自然會(huì)和一些車輛剎車。根據(jù)調(diào)查和分析，鐵路車輛在加速或減速后通常會(huì)發(fā)生自然制動(dòng)故障[4]。

3 鐵道車輛制動(dòng)機(jī)自然制動(dòng)故障的解決思路探究

3.1 鐵道車輛制動(dòng)機(jī)在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格監(jiān)控試風(fēng)質(zhì)量

在鐵路車輛制動(dòng)器試驗(yàn)中，必須嚴(yán)格控制試驗(yàn)風(fēng)的質(zhì)量，在以下三種情況下應(yīng)避免試驗(yàn)風(fēng)：①風(fēng)壓不穩(wěn)定時(shí)；②風(fēng)壓過高或過低，無法達(dá)到額定風(fēng)壓小時(shí)；③當(dāng)泄漏太大時(shí)。另外，相關(guān)人員在進(jìn)行風(fēng)試操作時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)范。一旦發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)記錄并采取有效措施加以解決，并注意檢查列車其他相關(guān)裝置是否合理。

3.2 檢車人員需要對(duì)鐵道車輛進(jìn)行定期的檢查

鐵路部門制動(dòng)部門的維修人員需要定期對(duì)列車進(jìn)行全面檢查，特別是對(duì)容易發(fā)生故障的部件，對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)上述故障的閥體和密封圈的磨損情況進(jìn)行檢查。如全面檢查103閥、120閥、GK閥體等相關(guān)部位。當(dāng)維修人員在維修過程中發(fā)現(xiàn)上述閥體或其他部件有故障時(shí)，應(yīng)立即采取相應(yīng)措施解決，更換或修理損壞的部件。例如，檢修120閥時(shí)，維修人員應(yīng)特別注意各孔道的疏浚工作，以保證各孔道的正常工作；定期檢查滑閥和閥座的密封，確保二者之間緊密連接。經(jīng)故障修復(fù)的閥門需要經(jīng)過微機(jī)控制的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試合格后進(jìn)行驗(yàn)證，以便在加載前使用各項(xiàng)指標(biāo)。駕駛員應(yīng)仔細(xì)把握自動(dòng)制動(dòng)閥手柄的釋放時(shí)間，嚴(yán)格按照操作規(guī)范要求，確保調(diào)速后避免自然制動(dòng)，有效避免因制動(dòng)管供過于求而導(dǎo)致車輛自然制動(dòng)失效。

4 鐵道車輛制動(dòng)機(jī)制動(dòng)裝置未來發(fā)展?fàn)顩r

下面介紹2種鐵路應(yīng)用的制動(dòng)裝置及其研究情況。

4.1 電磁制動(dòng)

電磁制動(dòng)廣泛應(yīng)用于裝卸和自動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備中。是一種簡(jiǎn)單的通用機(jī)械制動(dòng)裝置。制動(dòng)盤由彈簧壓緊在制動(dòng)盤上；內(nèi)置的電磁鐵用于激勵(lì)彈簧，使制動(dòng)盤離開制動(dòng)盤。這是一種通過切斷電源來確保制動(dòng)安全的結(jié)構(gòu)。

這種制動(dòng)方式的動(dòng)力源和作用部分集中在一個(gè)單元內(nèi)。而制動(dòng)裝置，利用壓縮空氣作為制動(dòng)器（如制動(dòng)釭），它沒有失敗，如管道損傷和更高的安全。從結(jié)構(gòu)上看，由于采用電磁力來抵消彈簧的壓力，如制動(dòng)輪和大扭矩的車軸，使得電磁鐵執(zhí)行機(jī)構(gòu)難以應(yīng)用。如果將其安裝在牽引電機(jī)軸上，雖然轉(zhuǎn)速高，但扭矩小，可以作為車輛制動(dòng)裝置。該制動(dòng)方法還有另一個(gè)應(yīng)用：將彈簧動(dòng)作/液壓釋放方法的液壓部分替換為電磁執(zhí)行器，可作為當(dāng)前道路電動(dòng)汽車的緊急制動(dòng)[5]。

4.2 永磁盤式制動(dòng)器（旋轉(zhuǎn)渦流制動(dòng)裝置）

該制動(dòng)裝置的工作原理與新干線電動(dòng)車單元掛車使用的渦流制動(dòng)裝置（ECB）相同（不同之處在于ECB的電磁線圈被永磁體代替）。目前，該制動(dòng)裝置已廣泛應(yīng)用于大型汽車減速機(jī)中。新干線ECB使用電磁鐵產(chǎn)生磁力線，而汽車上使用的減速器則使用永磁體。除了不接觸（無摩擦、磨損）的優(yōu)點(diǎn)外，它還具有不需要能量的優(yōu)點(diǎn)。

為了使這種制動(dòng)方法適用于鐵路車輛，日本住友金屬工業(yè)研究所有限公司試制了一種試驗(yàn)裝置，并進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)。當(dāng)使用永磁體時(shí)，為了最大限度地利用有限的磁通量，有必要將鐵側(cè)與盤體側(cè)之間的間隙控制在幾毫米以內(nèi)。試驗(yàn)裝置采用軸承將主體安裝在輪軸上，與齒輪裝置形成相同的懸掛支撐。該裝置的質(zhì)量為非簧載質(zhì)量，因此需要解決減重問題。此外，由于制動(dòng)力矩與速度有關(guān)，因此低速區(qū)域的制動(dòng)力矩可能不足。

5 結(jié)語

綜上所述，得出鐵路車輛在運(yùn)行過程中發(fā)生的自然制動(dòng)故障主要是由103、120、GK閥失效引起的結(jié)論。因此，鐵路部門相關(guān)人員在對(duì)上述閥體進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查車輛的剎車，以有效避免自然制動(dòng)故障。此外，列車司機(jī)還必須努力提高自身素質(zhì)，熟悉操作規(guī)范，嚴(yán)格按照操作要求操作。為人民生活提供更多便利。