芮 向 輝，劉 云 峰

(1. 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 南京車輛監(jiān)造項(xiàng)目部，江蘇 南京 211800； 2.中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 技術(shù)中心，江蘇 南京 210031)

停放制動(dòng)是防止靜置狀態(tài)下列車發(fā)生溜逸的制動(dòng)方式。目前國(guó)內(nèi)客車和CR200J型電動(dòng)車組通常采用蝸輪蝸桿式或傘齒絲杠式的手制動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)施停放制動(dòng)，操作麻煩，需要到每一輛車上操作手制動(dòng)機(jī)，且制動(dòng)力的大小因施加人不同而不同。而國(guó)外動(dòng)車組通常采用彈簧儲(chǔ)能方式的停放制動(dòng)，不需要人工操作，僅由司機(jī)通過操作停放制動(dòng)按鈕即可實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)的施加或緩解。

因此，2019年年底在對(duì)CR200J型電動(dòng)車組進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，為滿足一體化的需要，在拖車和控制車上加裝停放制動(dòng)裝置，取消原車上裝有的傘齒輪手制動(dòng)機(jī)，停放制動(dòng)受動(dòng)力車統(tǒng)一控制。全列每輛車均布置停放制動(dòng)裝置，可實(shí)現(xiàn)自由靈活編組及單車停放功能。停放制動(dòng)能夠保證拖車單車滿軸重時(shí)在18‰坡道上安全停放的要求，同時(shí)考慮了制動(dòng)力和停放制動(dòng)力不能疊加。

本文根據(jù)停放制動(dòng)功能要求以及CR200J型電動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出可用于CR200J型電動(dòng)車組的功能結(jié)構(gòu)完善的停放制動(dòng)系統(tǒng)。

1 停放制動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)彈簧儲(chǔ)能式停放制動(dòng)的要求，拖車停放制動(dòng)系統(tǒng)主要包括停放制動(dòng)控制模塊、停放制動(dòng)缸、停放制動(dòng)風(fēng)缸、停放制動(dòng)緩解拉手、停放制動(dòng)管路、停放制動(dòng)指示器等。另外，為保證停放制動(dòng)功能，動(dòng)車組需具有完整的故障導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)，動(dòng)車組還設(shè)有停放制動(dòng)控制及監(jiān)控的硬線及環(huán)路，中央控制單元CCU有停放制動(dòng)監(jiān)控環(huán)路的接口及軟件處理邏輯，顯示屏有拖車停放制動(dòng)狀態(tài)信息等。

1.1 氣路控制方案

相比于手制動(dòng)機(jī)的停放制動(dòng)，采用彈簧儲(chǔ)能式的停放制動(dòng)主要增加了停放制動(dòng)控制模塊和停放制動(dòng)缸。停放制動(dòng)控制模塊受司機(jī)臺(tái)停放制動(dòng)按鈕控制，可以將停放制動(dòng)風(fēng)缸或制動(dòng)缸中的壓縮空氣充到停放制動(dòng)缸的停放腔室中，從而實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)。

1.1.1停放制動(dòng)控制模塊

停放制動(dòng)控制模塊由氣路板、供風(fēng)塞門、過濾器、減壓閥、縮孔、停放制動(dòng)電磁閥、雙向止回閥、停放隔離塞門、壓力開關(guān)、測(cè)試口、壓力傳感器、停放制動(dòng)指示器等組成，如圖1所示。停放制動(dòng)電磁閥采用雙脈沖電磁閥，該電磁閥不但可以接收電指令進(jìn)行動(dòng)作，還可以通過手動(dòng)操縱對(duì)車輛進(jìn)行停放制動(dòng)施加和緩解；雙向閥有避免制動(dòng)力和停放制動(dòng)力的疊加功能；減壓閥可以將供風(fēng)壓力減到600 kPa[1]。

01.供風(fēng)塞門；02.過濾器；03.減壓閥；04.縮孔；05.停放制動(dòng)電磁閥； 06.雙向止回閥；07.停放隔離塞門；08.測(cè)試口；09.壓力開關(guān)； 10.壓力傳感器；11.停放制動(dòng)指示器。

1.1.2停放制動(dòng)缸

停放制動(dòng)缸為復(fù)合缸體，如圖2所示：右部分為制動(dòng)腔室，左部分為停放制動(dòng)腔室。當(dāng)對(duì)停放制動(dòng)腔室進(jìn)行充風(fēng)時(shí)，如圖2(a)所示，活塞向左移動(dòng)壓縮停放彈簧同時(shí)帶動(dòng)停放制動(dòng)絲杠軸左移，與制動(dòng)缸制動(dòng)絲杠軸分開；當(dāng)對(duì)停放制動(dòng)腔室進(jìn)行排風(fēng)時(shí)，如圖2(b)所示，活塞在停放彈簧的作用下向右移動(dòng)同時(shí)帶動(dòng)停放制動(dòng)絲杠軸右移，與制動(dòng)缸制動(dòng)絲杠軸接觸并一起向右移動(dòng)。

1.1.3氣路控制原理

CR200J型電動(dòng)車組拖車的停放制動(dòng)采用被動(dòng)式制動(dòng)方式，即當(dāng)給停放制動(dòng)缸充風(fēng)時(shí)，拖車的停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)；當(dāng)給停放制動(dòng)缸排風(fēng)時(shí)，拖車的停放制動(dòng)處于施加狀態(tài)。停放制動(dòng)系統(tǒng)有兩路風(fēng)源能將壓縮空氣充入停放制動(dòng)風(fēng)缸中，其中一路為總風(fēng)管，另一路為副風(fēng)缸。停放制動(dòng)工作原理如圖3所示。停放制動(dòng)緩解時(shí)，停放制動(dòng)控制模塊中的緩解電磁閥得電，停放制動(dòng)風(fēng)缸中的空氣經(jīng)停放制動(dòng)控制模塊的緩解電磁閥、雙向閥進(jìn)入停放制動(dòng)缸的停放腔室將停放彈簧壓回，停放制動(dòng)缸的杠桿動(dòng)作，閘片離開制動(dòng)盤，拖車緩解。

圖3 停放制動(dòng)工作原理圖

停放制動(dòng)施加時(shí)，停放制動(dòng)控制模塊中的施加電磁閥得電，停放制動(dòng)缸中的空氣經(jīng)停放制動(dòng)控制模塊的雙向閥、施加電磁閥排到大氣中，制動(dòng)缸中的停放彈簧回壓，停放制動(dòng)缸的杠桿動(dòng)作，閘片抱緊制動(dòng)盤，拖車施加停放制動(dòng)。如果此后施加常用制動(dòng)空氣制動(dòng)機(jī)動(dòng)作，副風(fēng)缸中的空氣經(jīng)空氣制動(dòng)機(jī)進(jìn)入停放制動(dòng)缸的制動(dòng)腔室，同時(shí)會(huì)有一部分空氣經(jīng)停放制動(dòng)控制模塊的雙向閥進(jìn)入停放制動(dòng)缸的停放制動(dòng)腔室由停放彈簧壓回，防止總制動(dòng)力疊加。

1.2 電氣控制方案

司機(jī)通過操作司機(jī)臺(tái)上的停放制動(dòng)按鈕將按鈕信號(hào)通過硬線給到停放制動(dòng)控制模塊，從而控制停放的施加與緩解。停放制動(dòng)施加后斷開停放監(jiān)控環(huán)路并將信號(hào)給中央控制單元，中央控制單元監(jiān)測(cè)到動(dòng)力車或拖車停放制動(dòng)施加后動(dòng)車組意外移動(dòng)將觸發(fā)懲罰制動(dòng)。同時(shí)停放狀態(tài)由行車安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控，并通過網(wǎng)絡(luò)反饋給頭車中央控制單元，司機(jī)可通過顯示屏了解施加停放制動(dòng)的具體車輛；用于切除停放制動(dòng)的停放隔離塞門狀態(tài)也由行車安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控，通過網(wǎng)絡(luò)反饋給頭車中央控制單元。停放制動(dòng)電氣控制如圖4所示。

圖4 停放制動(dòng)電氣控制示意圖

司機(jī)按下停放施加按鈕，按鈕信號(hào)通過硬線傳遞給停放制動(dòng)控制模塊，停放制動(dòng)控制模塊控制停放制動(dòng)缸排風(fēng)使壓力下降，壓力下降到特定壓力值時(shí)壓力開關(guān)得電，使停放監(jiān)控環(huán)路動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)停放施加指示燈亮。

司機(jī)按下停放緩解按鈕，按鈕信號(hào)通過硬線傳遞到停放制動(dòng)控制模塊，停放制動(dòng)控制模塊向停放制動(dòng)缸充風(fēng)使壓力上升，壓力上升到特定壓力值時(shí)壓力開關(guān)失電，使停放監(jiān)控環(huán)路動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)停放施加指示燈滅。

當(dāng)停放制動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，為避免影響制動(dòng)系統(tǒng)的正常工作和對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行安全帶來(lái)隱患，在確認(rèn)某車的停放制動(dòng)功能出現(xiàn)故障后，應(yīng)能保證此車的停放制動(dòng)被可靠隔離[2]。停放制動(dòng)隔離需要以下操作才能完成可靠隔離：

(1) 通過關(guān)閉停放隔離塞門，將停放制動(dòng)缸壓力排空，停放制動(dòng)施加，此時(shí)壓力開關(guān)失電，停放監(jiān)控環(huán)路在斷開狀態(tài)；

(2) 停放隔離塞門關(guān)閉后，需手動(dòng)將停放制動(dòng)缸緩解；

(3) 完成手動(dòng)緩解后，操作車上環(huán)路旁路開關(guān)，司機(jī)顯示屏彈出提示對(duì)話框“XX車停放被隔離”，司機(jī)需在司機(jī)顯示屏上手動(dòng)點(diǎn)擊確認(rèn)對(duì)話框，確認(rèn)單車停放制動(dòng)隔離完成且停放制動(dòng)隔離狀態(tài)在司機(jī)顯示屏顯示。

2 坡道停放制動(dòng)計(jì)算

為滿足CR200J型電動(dòng)車組拖車單車最大軸重時(shí)在18‰坡道上安全停放的要求，需對(duì)停放制動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算。圖5為拖車坡道停放示意圖。

圖5 坡道停放示意圖

斜坡產(chǎn)生的下滑力FH計(jì)算公式為：

FH=M×g×sin(arctan(i))

(1)

式中：M——車重；

g——重力加速度；

i——坡道角度。

拖車的停放制動(dòng)力FV計(jì)算公式為：

FV=F×N×μ×2R/D

(2)

式中：F——停放制動(dòng)閘片壓力；

N——摩擦面數(shù)量；

μ——靜態(tài)摩擦因數(shù)；

R——制動(dòng)盤的摩擦半徑；

D——車輪直徑，按照新輪計(jì)算。

停放制動(dòng)力應(yīng)大于車輛在坡道上的下滑力。根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算單車停放制動(dòng)安全系數(shù)n：

n=FV/FH

(3)

停放制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表1所示。計(jì)算結(jié)果顯示，CR200J型電動(dòng)車組拖車單車滿足滿軸重時(shí)在18‰坡道上安全停放的要求，安全系數(shù)為1.1，表明停放制動(dòng)系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求。

表1 停放制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

3 試驗(yàn)

停放制動(dòng)系統(tǒng)在廠內(nèi)裝車完成后進(jìn)行了靜態(tài)動(dòng)作試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示停放制動(dòng)缸狀態(tài)良好，系統(tǒng)能夠進(jìn)行制動(dòng)、緩解動(dòng)作。裝有該停放制動(dòng)系統(tǒng)的拖車在北京進(jìn)行了坡道停放的型式試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示能夠在18‰的坡道上安全停放，符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了CR200J型電動(dòng)車組停放制動(dòng)系統(tǒng)的組成和部件原理，詳細(xì)說(shuō)明了氣路和電氣控制方案。該停放制動(dòng)系統(tǒng)已成功在CR200J型電動(dòng)車組動(dòng)力集中拖車上安裝，并通過了中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的型式試驗(yàn)。該系統(tǒng)減少了車輛停放受人為因素的影響，使車輛停放更安全。