铁路货车制动技术

列车制动基础知识有关制动的概念制动装置的主要指标制动装置的分类我国铁路货车制动装置的发展直通式K1、K2阀GK阀103、104阀120、120-1阀主型制动配件简介空气制动装置的特点基础制动装置的特点典型制动配件简介其他制动配件简介新型制动配件介绍ECP单元制动缸压缩式闸调器•制动：人为地使列车减速或使在规定的距离内停车即称为“制动”，反之，对已经施行的列车解除或减弱其制动作用，均称之为“缓解”。•制动装置：为使列车能施行制动和缓解而安装于列车上的由一整套零部件组成的装置，称为“列车制动装置”。产生制动原动力并进行操纵和控制的部分叫作“制动机”。传送制动原动力并产生制动力的部分称为“基础制动装置”。有关制动的概念一、列车制动基础知识•例如一列牵引重量4000吨，以时速72公里运行的货物列车如果没有制动机，仅靠空气的阻力和车辆运行的阻力（在时速72公里时，每吨的阻力约为3公斤）来停车，则由计算公式得知，需要经过11.3分，运行6803米，才能停车。计算公式S=T/wt=VQ/gwS----列车惰性运动的停车距离（米）t----列车惰性运动的停车时间（秒）w----列车所受阻力（公斤）Q----列车重量（公斤）V----列车运行速度（米/秒）g----重力加速度，其值为9.8米/秒2T----列车动能（公斤*米），其值为T=QV2/2g•从司机施行制动(将制动阀手柄移至制动位)的瞬间起到列车停止所驶过的距离。它是综合反映列车制动装置的性能和实际制动效果的主要技术指标。我国铁路技术管理规程的规定制动距离一般为800米，个别区段可延长到1100米。制动距离•正常情况下为调节或控制列车速度，包括进站停车所施行的制动。其特点是作用比较缓和且制动力可以调节，多数情况下只用50％左右。常用制动•紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动，其特点是作用比较迅猛，而且要把列车制动力全部用上。紧急制动制动装置的几个主要指标•制动缸达到最大平衡压力瞬间所对应的列车管减压量。列车管最大有效减压量•即列车制动/缓解动作传播的速度。•列车全长÷首尾两车制动/缓解的时间差。制动波速/缓解波速•列车管除机车制动阀造成以外，由其他方式导致的减压借以提高制动波速，促使后部车辆产生制动作用的现象。列车管局部减压•列车管除机车制动阀造成以外，由其他方式导致的增压借以提高缓解波速，促使后部车辆迅速缓解的现象。列车管局部增压•即列车管以一定的减压/增压速度达到一定的减压/增压量，制动机必须制动/缓解。制动/缓解灵敏度列车制动装置的分类按动力来源及操作方式空气制动以压力空气为动力源及操纵方式：增压缓解、减压制动。人力制动用人力转动手轮或用杠杆拨动的方法使闸瓦压紧车轮踏面而实现制动。电空制动以压力空气为动力，用电气来操纵控制。其最大优点是全列车前后动作一致真空制动利用大气压力为动力，制动时由真空泵抽真空实现制动。较为落后，目前已基本不采用。轨道电磁制动再生制动电阻制动•电空制动机是未来重载列车的发展方向，虽然仍以压力空气为动力，但由于采用电气操控，在长大货物列车上，可缩短制动空走时间和制动距离，极大提高制动、缓解波速，减少冲撞。目前较为常见的是有线ECP系统，在国外应用已较为成熟普遍推广，我国的KM98等大轴重车上也采用电空制动。电空制动空气制动机的分类空气制动机直通式二压力机构三压力机构二、三压力混合直接作用式：120、120-1.间接作用式：103、104、120AK基础制动装置的分类基础制动装置踏面闸瓦制动杠杆式集成制动盘型制动双制动盘三制动盘轨道电磁制动直通式制动→载重30T以下K1、K2三通阀→载重30~50TGK三通阀→载重50T以上103分配阀→载重60T以上120/120-1阀→载重70T以上1915年~1956年1956年~1978年1978年~1993年1993年~1865年~1915年二、我国铁路货车制动装置的发展制动时，压力空气从机车的总风缸通过列车管直接进入制动缸。直通式制动缺点：制动波速、缓解波速极低，列车冲动大列车分离后制动失效1865年1915年引进日本的KC、KD型三通阀，即我公司前身30年代生产的K1、K2阀K1、K2三通阀副风缸操纵阀车辆编组20~30辆，总重量500~1000吨K1阀+6”/8”制动缸→单车载重30t以下K2阀+10”/12”制动缸→单车载重50t以下特点：司机一人操纵（制动、缓解、保压）二压力直接作用式，有6个作用位置具有局部减压作用具有紧急制动作用1915年1949年缺点：没有空重车调整，重车制动率仅20%制动力较小，不满足50t以上货车的需要保压位没有制动补风功能在K1、K2阀基础上改进为GK型三通阀GK阀+14”制动缸→单车载重50t副风缸操纵阀引进失败车辆编组50辆以上，总重量2500吨GK三通阀1956年1957年特点：基本功能和作用位置与K2阀相同配用14”制动缸，制动力增大附带两级手动空重车调整装置，重车制动率提高非常制动时制动缸压力分三段上升，适应较长编组列车三压力作用阀，与我国当时的两压阀不能混编引进前苏联MT135阀副风缸降压气室截断塞门远心集尘器GK阀缓解阀空车安全阀空重车转换塞门14”制动缸以GK阀为核心的空气制动系统GK阀配套基础制动系统特点：无闸调器，人工调节拉杆孔棘轮链条式手制动机棘轮链条手制动机闸瓦间隙调节孔结构特点GK阀系统的结构和生产工艺金属密封：GK阀涨圈鞲鞴、滑阀，安全阀阀口、折角截断塞门的锥芯等灰铸铁阀体阀盖：制动缸缸体、端盖，GK阀体、塞门体等灰铸铁阀体压装铜套：GK阀滑阀套，安全阀阀套工艺难点金属密封件研磨铸铁阀体阀盖的气密性铜套压装部位的气密性性能试验装备生产效率手工研磨浸石蜡手动试验台（701）GK阀加工线（自行设计制造）体套车磨一体加工103型分配阀1962年1965年提出设计任务专项试验运用考验罐车机械保温车1971年转至眉山厂生产，开始进行局部改进1978年正式定型103阀的结构形式来源于美国ABD阀，特点有：二压力间接作用式采用橡胶膜板代替涨圈结构自带手动空重车调整功能具有单独的紧急阀两段局减，制动波速快副风缸组合式集尘器103阀缓解阀14”制动缸以103阀为核心的空气制动系统工作风缸折角塞门103阀配套基础制动系统棘轮链条手制动机ST1-600闸瓦间隙调整器引进2300-DJ闸调器自行设计ST1-600闸瓦间隙调整器副风缸为100L，初充气时间过长小减压量时制动缸压力超出GK阀一倍，混编时冲动大无加速缓解阀，缓解波速较低不适易于压力保持操纵，影响坡道上操纵的可控性工作风缸泄漏产生自然缓解，在下坡道上容易失控可适用于各种不同尺寸的制动缸制动缸压力与制动缸活塞行程无关制动缸有漏泄可进行自动补风自带空重车调整装置采用橡胶膜板结构，减少了研磨件优点缺点由于上述原因，103阀成为一个过渡产品。大秦运煤专线10000t级长大重载列车C61120型控制阀1985年引进美国ABDW阀100套，在我厂装车试用1988年眉山厂、铁科院开始研制120阀1993年通过部级鉴定1995年转让生产设计任务书列车管定压500KPa、600KPa采用直接作用式，配10”或14”制动缸设半自动缓解阀适应环境-50~50°C，110°C解冻库与现有列车（GK阀）无条件8年混编在无风源净化条件下8年一检修120型控制阀型号GK103120120-1定型时间1956197819932006适用作用方式二压力直接作用二压力间接作用二压力直接作用二压力直接作用结构形式金属涨圈、滑阀橡胶膜板、滑阀橡胶膜板、滑阀橡胶膜板、滑阀常用制动局减作用不良良良良局减限压无良良良紧急制动局部减压不良良良良保压位自动补风无良70KPa加速缓解作用无无良有空重车作用无有无无半自动缓解作用无无有有编组数量7172120——紧急制动波速160241275——常用制动波速81180240——不同时代制动机性能比较制动阀阀型号GK103120120-1空气制动缓解阀手动（另附）手动（另附）半自动（自带）空重车阀手动两级手动两级（自带）400B型（另附）自动无级（另附）KZW-4→KZW-4G/TWG-1→KZW-A脱轨阀无无TZD型折角塞门锥芯、铸铁球芯、铸铁不锈钢球芯折角塞门集尘器远心集尘器（铸铁）组合式集尘器（铸铁、球芯）不锈钢组合式集尘器截断塞门锥芯、铸铁制动缸铸铁制动缸旋压密封式制动缸储风缸/管系碳钢碳钢磷化不锈钢接头管螺纹接头不锈钢法兰接头基础制动闸调器无ST1-600ST2-250手制动机棘轮链条式脚踏式FSW（L18）、NSW120阀逐步替代GK阀和103阀，成为我国铁路货车的主型制动机。在此基础上，开始逐步改进和完善空重车装置、制动缸、管系、脱轨阀等配件，形成了新一代空气制动系统。目前货车制动装置的主型配置空气制动配件的结构特点结构特点：•此类配件特点是结构紧凑，体积小，重量轻，人工即可搬运。结构上分为阀体、阀盖、内部作用部件等。阀体阀盖多为铸铁、不锈钢、铝合金等材质；内部作用件多为铜、橡胶、粉末冶金、不锈钢等材质。零部件加工精度高，怕磕怕碰，表面需经过防腐处理。组装前需逐件进行清洗和打压，组装需在恒温、恒湿、洁净的组装间内进行。空气制动配件制造工艺流程基础制动配件特点及制造工艺流程结构特点：•基础制动配件零部件以铸锻件和冲压件为主，加工件材质多为黑色金属，且精度要求不高，对组装环境和零件清洁度没有特殊的规定和要求。性能试验较为简单，除闸调器外都采用手动试验台进行最终性能试验。空气制动配件制造工艺特点技术难度工艺装备人员素质结构复杂精度最高原理性强材质多样微机控制试验设备机械手清洗数控加工设备精密加工理论水平操作水平细致手巧认真负责工艺方法铸、锻、离心铸造、压铸、液态模压、粉末冶金车、铣、刨、磨、镗、拉、钻、研磨抛光、锡焊、超声波清洗、高压清洗、磷化、阳极氧化、达克罗现场环境清洁生产现场照度工业废水油类•120阀由中间体、主阀、半自动缓解阀和紧急阀等四部分组成。如下图所示。120阀通过中间体上部四个突耳上的Φ22孔，用螺栓和螺母直接吊装在车辆底架上。典型空气制动配件简介——120阀•中间体•中间体用QT450-10铸成，有四个垂直面，其中两个相邻的垂直面作为主阀和紧急阀安装座；另外两个作为管子连接座。中间体内还铸有两个空腔，分别为1.5L的紧急室和0.6升的局减室。•主阀、缓解阀•主阀（包括缓解阀）控制着充气、缓解、制动、保压等作用，是控制阀中最主要的部分,由作用部、减速部、局减阀、加速缓解阀和紧急二段阀等五个部分组成。•作用部•120阀的作用部主要由主活塞（包括主活塞杆、上下活塞及S型橡胶膜板等），滑阀及其弹簧，节制阀及其弹簧，稳定杆及稳定弹簧等组成。作用部的作用是利用列车管与副风缸的空气压力差来产生充气、局减、制动、保压、缓解等作用。•局减阀•局减阀主要由局减阀套、局减阀杆、局减膜板、局减阀活塞，局减阀弹簧等组成。局减阀的作用是控制列车制动时列车管第二阶段局部减压量。•加速缓解阀•加速缓解阀主要由加速缓解阀套、加速缓解活塞、加速缓解阀弹簧、加速缓解阀膜板、顶杆及夹心回阀等组成。•加速缓解阀的作用是为了减小长大货物列车在运行中制动以后缓解时的纵向冲动，在列车再充气时，将加速缓解风缸的压力空气引入列车管，对列车管起到局部增压的作用，从而提高缓解波速。•紧急二段阀•紧急二段阀主要由紧急二段阀套、紧急二段阀杆、缩堵，紧急二段阀簧等组成。•紧急二段阀的作用是为了减轻长大货物列车在紧急制动时的纵向冲动，在列车紧急制动时，使制动缸压力空气上升的速度先快后慢，形成两个阶段。•半自动缓解阀•缓解阀的作用是能半自动排出制动缸的压力空气，使车辆缓解。•之所以称为半自动缓解阀,是指拉动位于车体两侧的任一侧缓解阀拉手后,只要制动缸压力空气一开始排出,就可松开拉手,制动缸压力空气会自动地排完。一直拉着缓解阀拉手,使整个制动系统(包括制动缸、副风缸、加速缓解风缸、列车管等)的压力空气全部排出。•紧急阀•紧急阀主要由活塞部