1-铁道机车停放制动系统的分类及发展

铁道机车的停放制动系统题目：专业：铁道机车姓名：宋迪指导教师：院系站点：摘要：以DJl型机车为例，从控制系统角度介绍铁道机车的蓄能停放制动系统的作用原理、技术现状及其存在的问题。关键词：机车；停放制动系统；蓄能制动器1铁道机车停放制动系统的分类及发展停放制动系统是机车制动系统的一个重要组成部分。由于空气制动不可避免的存在泄漏，不能保持铁道机车在线路上或库内的长时间停放，在风力、坡道下滑力等外力的作用下，易导致机车产生意外溜车，存在安全隐患。因此，必须在机车上设置停放制动系统。铁道机车停放制动系统按作用原理大致可分为两大类：手制动和蓄能制动。手制动是通过旋转一个手动操纵盘，经链轮链条传动，拉动转向架上的传递杠杆并作用到基础制动器，进而对车轮实施制动；缓解时反方向旋转操纵盘，靠缓解弹簧的反作用力缓解停放制动作用。手制动系统完全是一个机械结构，与机车本身的控制系统无关。蓄能制动的作用原理则是利用弹簧压缩时储蓄能量，伸长时又释放能量(产生弹簧力)从而作用到转向架制动器上产生停放制动，弹簧的压缩和伸长采用空气控制，因此就将停放制动系统完全纳入空气制动控制系统，大大方便了操纵工作。蓄能制动根据蓄能部分机械结构不同又可分为独立式或集成式。独立式是做成一个单独的停放制动器通过杠杆传递作用到基础制动部分；集成式是将蓄能制动结构与基础制动器有机地紧密集成在一起。与前者相比，后者结构简单，易于维护，功能更先进。早期机车上停放制动主要采用手制动装置，至今在SS3，SS4，SS6等系列的电力机车和大部分内燃机车上仍有使用。手制动装置的缺点是可靠性差，制动力大小难控制，操纵不方便，结构复杂，效率低，维护工作量大，故已逐步被淘汰。20世纪90年代初，我国引进的8K型电力机车上首先使用了弹簧蓄能停放制动系统，它克服了手制动装置的不足，成为停放制动的发展方向。随后新开发的国产机车，如Ss7，Ss8，Ss9型机车均采用弹簧蓄能停放制动。但这个时期的蓄能制动机械部分主要为独立式，且控制系统较简单，一般是由总风经调压阀和控制电磁阀(普通两位三通电磁阀)后直接到蓄能制动器。停放制动无速度连锁控制，与空气制动也无关联，在需要投入时由司机按钮操作。这种控制方式有如下缺点：(1)电磁阀是普通的两位三通电磁阀，在行车时可因电磁阀意外掉电产生停放制动，引发安全事故；(2)在机车长时间停放时，因总风易泄漏，停放制动很难进行多次制动／缓解操作；(3)由于停放制动独立作用，在机车速度较低时。存在空气制动与停放制动同时以最大制动力投入情况。易造成制动力过大，引起轮对滑行。机车冲动以及制动部件损坏的不良后果；(4)高速行车时易产生误动作。因此需对停放制动的控制系统进一步改进提高。2002年，由株洲西门子公司提供的DJ1型电力机车的停放制动系统较好地解决了以上问题。它代表了当今最先进的停放制动技术。下面以DJ1型电力机车为例对停放制动的结构和原理做一详细介绍。2蓄能停放制动2．1蓄能制动器基本原理图1为DJ1型机车蓄能制动器的结构示意图，该蓄能制动器与基础制动器集成在一起。1一蓄能缸简；2一手柄；3一压缩弹簧；4一F弹簧座；5一支撑座；6一螺杆；7一螺套；8一上弹簧座；9一活塞；10一皮碗。’图1DJ1型机车停放制动器的构示意图其基本工作原理如下：(1)运行状态。机车正常运行时。蓄能制动器处在缓解位。当停放制动风缸内的压缩空气向蓄能制动器的制动缸内充气时，空气推动活塞，压缩制动弹簧，并带动螺杆及螺套向下移动，停放制动器处于缓解位，不起制动作用。(2)制动状态。当制动缸排气时，压缩弹簧推动活塞向上移动，上弹簧座带动螺杆和螺套向上移动，从而带动空气制动缸活塞移动，执行停放制动。(3)停放转运行缓解状态。机车在停放时要移动或运行时需对蓄能制动器进行缓解，有3种方式可对停放制动进行缓解：一是在机车有电时可直接操纵按扭。通过停放制动风缸向蓄能制动器充风缓解；二是在无电状况下可通过按压脉冲阀上的阀杆，使脉冲阀强制向蓄能制动缸充风手动缓解；三是通过拉动设在蓄能制动器上的手动拉环缓解(拉力约150N)。拉动拉环后，手柄对下弹簧座的限制取消，上弹簧座、下弹簧座、压缩弹簧及螺杆旋转，活塞上移，而螺套则下移，停放制动缓解。(4)手缓解后的复原。蓄能制动器处于手缓解状态要实行制动时，必须对其制动缸充气使制动器复原，然后排气使之转入制动状态。2．2压缩空气控制回路图2为DJ1型机车停放制动系统管路原理图。DJ1型机车为双节重联机车，每节机车设2个两轴转向架，每根轴上设一个停放制动缸。停放制动系统主要由以下部件组成：停放制动风缸302，单向阀309，双向阀304／1和304／2，调压阀301，脉冲阀300，带电接点塞门305，压力开关306和307，．停放制动指示器91／1，91／2以及停放制动器182等。图2DJ1型机车俘放制动系统原理图2．2．1作用原理停放制动缓解时，总风缸或停放制动风缸的压力空气经调压阀、脉冲阀(处于解位)、双向阀304／1、塞门充入停放制动缸，压缩储能弹簧，停放制动缓解；停放制动作用时，停放制动缸的压力空气经塞门、双向阀304／1到达脉冲阀，由处于作用位的脉冲阀排入大气，储能弹簧伸张推动制动缸鞲鞴，产生制动作用。停放制动风缸及单向阀的设置主要是为了在没有总风又不便使用压缩机的情下，停放制动可反复进行多次作用／缓解。经验证，在总风压力为零，停放制动风压力不低于90OkPa时，停放制动风缸可使单节DJ1型机车的停放制动重复作用／缓解6次以上。脉冲阀是本系统的关键控制部件。它既可由操作司机室后墙上的停车制动控制，也可通过按压其上的阀杆手动操作。它有两个工作位置，当外力(电磁力或手动按压力)使其改变位置后撤除时，在受到新的反向外力前，它能保持现有的工作位置不变。双向阀的设置是为了防止空气制动与停放制动产生叠加使机车制动力过大，引起制动装置或相关部件损坏。当停放制动已作用的机车存在制动缸压力时，压力较大的转向架制动缸压力空气经双向阀、塞门充入停放制动缸，压缩储能弹簧，部分缓解停放制动作用，使得任一带停放制动的单元制动器所提供的空气制动力和弹簧制动力的和等于其所能提供的最大停放制动力。随着停放时间的延长，空气制动力因闸缸泄漏而递减，弹簧制动力则因闸缸泄漏而递增，但两者的和保持不变(单指带停放制动的单元制动器，此时整车的制动力递减)，直至最后制动缸压力为零，由停放制动提供整车的制动力。塞门用于切除停放制动作用，适于无电回送或其后续管路系统破损影响正常运的情况。关闭塞门后，其后续管路系统的压力空气通过其上的排气孔排人大气，停放制动作用。手动缓解后，只要保持塞门的关闭状态不变，该单节车的停放制动系统即处于切除状态，同时，塞门手把的改变带动电路的改变，将停放制动切除的信息反馈给机车控制系统。压力开关用于给机车控制系统提供停放制动的信息，3o6指示停放制动完全作用与否，307指示停放制动完全缓解与否。设于它们附近的测试头303用于压力整定值的校正。停放制动指示器设于机车外部两侧，红色指示停放制动作用，绿色指示停放制动缓解。它是一个纯机械气动装置，通过透明窗口可看到一块上红下绿的指示板，该指示板与气缸鞲鞴相连。停放制动缓解时，压力空气推动鞲鞴上移至上限点，指示板下部的绿色部分占据整个窗口；停放制动作用时，压力空气排空，鞲鞴在重力及弹簧复位力的作用下下移至下限点，指示板上部的红色部分占据整个窗口。(注：空气压力不足而缓解停放制动时会指示半红半绿的不完全缓解状态；停放制动作用后手动缓解，该指示器无法指示机车停放制动的实际状态。)2．2．2停放制动与控制系统的关系停放制动作为机车一种制动形式，同样参与机车控制，其原理方框图见图3。其作用是通过控制系统综合协调机车速度、停放制动、机车牵引力和空气制动的系保证运行的安全性。在停放制动管路故障或司机误操作使停放制动非正常作时，若机车速度大于零，机车控制系统将自动卸除牵引力并施行紧急制动。压力开关的动作值的设置对系统的安全性具有较大影响，下压力设置太低，那么在停放管泄露情况下造成停放作用时不能正确检测到；同时该动作值也与停放制动风缸本身参数有关。图3DJl型机车停放制动系统控制原理图3常见故障停放制动系统在实际使用过程中，常见故障有：(1)停放制动风缸本身故障。包括因风缸泄漏造成上闸；停放制动缸与空气缸同轴集成时，在使用中出现空气动缸与停放制动缸串风，造成停放自动作用或空气制动缸制动；压缩弹簧断等。这些故障都可能酿成重大事故，必须设法避免。(2)手动缓解不灵敏或不缓解。当拉动缓解手柄后停放制动不缓解时，应向停放制动缸充风或用扳手手动调节制动器闸瓦(片)间隙，使制动松弛。(3)用于压力检测的压力开关经常出现故障，不能正确指示停放制动的状态，存在一定的安全隐患。(4)停放制动系统元件和管路泄漏造成停放制动非正常作用。4结论(1)集成式弹簧蓄能停放制动系统具有结构紧凑，效率高，设计可靠性好以及便于控制的优点，新造机车应尽量采用集成式弹簧蓄能停放制动，逐步淘汰独立式弹簧蓄能停放制动和手制动装置。(2)铁道机车停放制动系统的设计应充分考虑安全性、可靠性和使用方便，避免出现非正常制动。DJl型机车停放制动系统的双向阀、脉冲阀、缓解指示器等部件的设置和速度联锁控制功能的采用，具有很大的合理性和先进性。建议今后新设计机车的停放制动以DJ1型机车为样本进行消化吸收，改善国产机车的性能。参考文献：[1]刘友梅．韶山4B型电力机车[M]．北京：中国铁道出版社，1999．E2]赵叔东．韶山8型电力机车[M]．北京：中国铁道出版社。1999．