貨車制動裝置的現(xiàn)狀與改進(jìn)建議.doc

貨車制動裝置的現(xiàn)狀與改進(jìn)建議 程迪，董奇志(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州450052)摘要：從貨車制動系統(tǒng)的現(xiàn)狀著手，分析了我國貨車制動系統(tǒng)目前存在的問題，結(jié)合鐵路大提速對制動系統(tǒng)的要求，對現(xiàn)有貨車制動系統(tǒng)如何適應(yīng)鐵路的發(fā)展提出了建議。貨物列車提速的關(guān)鍵技術(shù)之一是轉(zhuǎn)向架的性能和制動機(jī)的性能，要提高貨物列車運(yùn)行速度，就要提高與運(yùn)行速度相適應(yīng)的列車制動力。新造貨車可以采用車鉤緩沖裝置、轉(zhuǎn)向架、分配閥和相關(guān)基礎(chǔ)制動的新設(shè)計(jì)，但對于正在運(yùn)用的車輛只能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，不然難以在短期內(nèi)解決貨物列車提速問題。1現(xiàn)有貨車的制動系統(tǒng)11空氣制動機(jī)我國鐵路現(xiàn)有貨車近55萬輛，其中，約25萬輛配置GK型制動機(jī)，約20萬輛配置120型貨車制動機(jī)，約10萬輛配置的是103型貨車制動機(jī)。因此，當(dāng)前我國貨車制動機(jī)的主體是120型制動機(jī)和GK型制動機(jī)2種。隨著120型制動機(jī)推廣力度的加大，在不久的將來，120型制動機(jī)將占主導(dǎo)地位。 12基礎(chǔ)制動裝置目前我國貨車上使用的基礎(chǔ)制動裝置是單側(cè)閘瓦制動，即在車輪一側(cè)設(shè)有閘瓦的制動方式。該基礎(chǔ)制動裝置使用的閘瓦是鑄鐵閘瓦和合成閘瓦。13空重車調(diào)整裝置在上世紀(jì)50年代，隨GK型制動機(jī)而推出了2級手動空重車調(diào)整，從間接作用式103型空氣制動機(jī)到直接作用式120空氣制動機(jī)，手動調(diào)整已應(yīng)用了近半個(gè)世紀(jì)。從120空氣制動機(jī)開始才配套使用自動調(diào)整式的空重調(diào)整裝置，距離較理想的空重車調(diào)整裝置還有一定的差距。2貨車制動系統(tǒng)不適應(yīng)提速的要求21空氣制動機(jī)現(xiàn)有貨車上配置的空氣制動機(jī)有3種。其中120型空氣制動機(jī)從1995年開始在新造貨車上使用以來，每年以4萬輛左右的速度遞增。將來120型制動機(jī)將占主導(dǎo)地位，并逐漸成為貨車的主型制動機(jī)。120型制動機(jī)的核心部件是120型制動機(jī)控制閥(以下簡稱120閥)。120閥的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了適應(yīng)速度相對較低(小于90 kmh)的長大重載(5 000t10 000t)貨物列車。為了減小列車縱向沖動等因素，采用了與之相應(yīng)的較慢的充氣、緩解及制動時(shí)間特性。這種設(shè)計(jì)針對低速重載是正確的，但對于速度較高(120 kmh左右)、編組輛數(shù)較少的快運(yùn)貨物列車來說，就表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)性。(1)由于120閥制動時(shí)制動缸升壓時(shí)間較長，因此，在制動初期的車輛空走時(shí)間較長，進(jìn)而造成空走距離過長。120閥的空走距離計(jì)算如下：在空走時(shí)間內(nèi)，列車所走過的距離叫空走距離(SKm)?？兆呔嚯x按空走時(shí)間內(nèi)列車作等速運(yùn)行的條件來計(jì)算。 計(jì)算結(jié)果表明：裝用120閥、車輛軸重18 t、運(yùn)行速度為120 kmh的快運(yùn)貨車，要在1 100 m內(nèi)停車，單塊閘瓦的制動功率將達(dá)到973 kW，其熱負(fù)荷已相當(dāng)大。如果車輛軸重增大到21 t，則單塊閘瓦的制動功率將達(dá)到11366 kW，這對閘瓦和車輪均十分不利，易導(dǎo)致閘瓦破損、斷裂及車輪踏面熱裂、剝離，影響行車安全。(2)列車運(yùn)行速度的提高意味著對空重車調(diào)整精度和可靠性要求的提高。120閥的作用方式屬于2壓力直接作用方式，副風(fēng)缸壓力空氣既參與主活塞的平衡，同時(shí)還要作為制動缸的風(fēng)源。這就使120閥很難與無級空重車調(diào)整裝置匹配，以實(shí)現(xiàn)真正的空重車無級調(diào)整。120閥在輸出與載重相適應(yīng)的制動缸壓力時(shí)，副風(fēng)缸多余的壓力空氣必須流向一個(gè)另設(shè)的無效容積(全重車除外)，才能實(shí)現(xiàn)調(diào)整制動缸壓力的目的，這就極大地浪費(fèi)了壓力空氣。另外，在不同載荷下對制動缸壓力調(diào)整時(shí)，其最大有效減壓量會發(fā)生變化。這將會影響車輛制動時(shí)的可操縱性。(3)由于120閥的2壓力直接作用方式，在與不同直徑制動缸匹配時(shí)，必須采用不同容積的副風(fēng)缸，才能滿足最大有效減壓量的要求，而且初充氣時(shí)間、緊急制動升壓時(shí)間和緩解時(shí)間等指標(biāo)均不同，必須對控制閥主閥中相應(yīng)的孔徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，才能使其基本一致?，F(xiàn)有的120閥只有254 mm和356 mm兩種，要與其他直徑制動缸或多缸系統(tǒng)匹配，就會顯示出其較差的適應(yīng)能力。(4)在實(shí)際運(yùn)用中，快運(yùn)貨車不僅限于專列編組，還有可能與普通旅客列車連掛，由于120閥較慢的充氣、制動、緩解特性，使其與客車混編時(shí)充氣、制動、緩解的時(shí)間都不一致，從而造成縱向沖動等問題。22基礎(chǔ)制動裝置目前我國貨車上使用的基礎(chǔ)制動裝置是單側(cè)閘瓦制動。單側(cè)閘瓦式基礎(chǔ)制動裝置構(gòu)造簡單，節(jié)約材料，便于檢查和修理。但制動時(shí)，由于制動力受到閘瓦面積和閘瓦承受的壓力的限制，制動力的提高也受到限制。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，閘瓦單位面積承受的壓力一般不超過1 000 kPa(極限值1 300 kPa)。若閘瓦單位面積承受的壓力過大，輪瓦摩擦系數(shù)下降，影響制動效果，容易造成閘瓦熔化。這不僅會加劇閘瓦的磨耗，而且還會磨耗閘瓦托，使制動力衰減，影響行車安全，有時(shí)甚至引起火災(zāi)，這種情況在長大坡道地區(qū)特別嚴(yán)重。因此，隨著貨車不斷向提速方向發(fā)展，閘瓦單位面積的壓力不能再增加的情況下，必須改進(jìn)原有的基礎(chǔ)制動裝置。23空重車調(diào)整裝置GK型制動機(jī)和103型空氣制動機(jī)配套的都是2級手動空重車調(diào)整裝置。GK型制動機(jī)配套的2級手動空重車調(diào)整，空車位制動缸壓力為190 kPa，重車位制動缸壓力為350 kPa。雖然103型空氣制動機(jī)配套的空重車調(diào)整裝置在調(diào)整作用原理上比GK型制動機(jī)配套的空重車調(diào)整裝置有些改進(jìn)，但在運(yùn)用中都暴露出了以下問題：(1)采用手動操作方式，容易造成漏調(diào)或誤調(diào)；(2)采用空重車2級調(diào)整，不符合實(shí)際運(yùn)用要求。在采用這種方式時(shí)，制動機(jī)制動能力的增加不是線性增加而是跳躍增加的。而且，其空重車位制動機(jī)的制動能力相差很大，這樣就不可避免地會出現(xiàn)制動力不足或閘瓦壓力過大的問題；(3)采用空車安全閥，浪費(fèi)壓力空氣，造成緊急制動后空重車緩解時(shí)間差別很大；(4)制動缸的壓力不是隨著載重的增加而線性增大，只是與空車位、重車位及列車管減壓量有關(guān)系。這種手動式2級空重車調(diào)整裝置的2級調(diào)整曲線見圖1。 鑒于上述問題的出現(xiàn)，顯然2級手動空重車調(diào)整裝置已不能適應(yīng)鐵路貨車發(fā)展的需要，所以，采用自動無級調(diào)整的空重車調(diào)整裝置已屬必然。從120空氣制動機(jī)開始才配套使用自動調(diào)整式的空重調(diào)整裝置，但是，這類空重車調(diào)整裝置也存在一些問題：(1)構(gòu)造復(fù)雜。它是由比例閥、傳感閥、稱重閥和降壓風(fēng)缸組成的。一但發(fā)生制動、緩解作用不良，檢車人員無法判斷故障部位和故障原因，只有采取關(guān)門的方法加以處理。(2)傳感閥作用不良。90以上是因閥桿上逆流孔被灰塵堵塞，造成制動缸鞲鞴不能全部收回。傳感閥出現(xiàn)故障約占整個(gè)故障的70以上，因此不能不說這與傳感閥自身構(gòu)造不良有著直接關(guān)系。(3)缺乏減振及對各向偏載自動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)裙δ?，因而其稱重(特別是動態(tài)稱重)精度低，可靠性不高，容易出現(xiàn)誤調(diào)現(xiàn)象。車輛偏載或停置于彎道時(shí)，轉(zhuǎn)向架彈簧的撓度變化并非實(shí)際載重量的變化，仍存在誤測等問題。3對提速貨車制動系統(tǒng)的改進(jìn)建議隨著貨物列車運(yùn)行速度的提高，目前貨車上配置的制動系統(tǒng)就很難確保提速貨車的行車安全性。由制動距離的計(jì)算來看，目前采用的制動配置明顯不能滿足初速度為90 kmh，800 m內(nèi)停車的要求，因此，必須研發(fā)新型制動系統(tǒng)或者改造現(xiàn)有制動系統(tǒng)才能適應(yīng)貨車提速的需要。31空氣制動機(jī)120型制動機(jī)是為了適應(yīng)長大貨物列車(最高速度90 kmh，牽引重量5000 t10000 t)而設(shè)計(jì)的。但是，對于提速貨車，配置120型制動機(jī)就必須進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，其實(shí)主要是對120閥的改進(jìn)。改進(jìn)后的制動機(jī)應(yīng)具有以下性能特點(diǎn)：(1)采用2壓力間接作用方式。由于快運(yùn)貨車運(yùn)行速度較高，制動距離要求較嚴(yán)，而且轉(zhuǎn)向架動撓度變化也很大，因此，對空重車調(diào)整裝置的精度及可靠性的要求較高，而且還應(yīng)能適應(yīng)6 in16 in制動缸或與之相當(dāng)?shù)亩鄠€(gè)制動缸系統(tǒng)；因此120閥的2壓力直接作用方式就不能繼續(xù)采用。而2壓力間接作用方式可滿足上述要求。采用這種作用方式具有以下優(yōu)點(diǎn)，即真正的空重車無級調(diào)整，能節(jié)約壓力空氣并具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。(2)適應(yīng)壓力保持式操縱。由于采用2壓力間接作用方式，主控機(jī)構(gòu)是由制動管和工作風(fēng)缸壓力空氣來控制；由于120閥的主控機(jī)構(gòu)是由制動管和副風(fēng)缸壓力空氣控制，副風(fēng)缸容積比工作風(fēng)缸容積大，因此，改進(jìn)后的閥的“呼吸孔”孔徑應(yīng)小于120閥“呼吸孔”孔徑(02 mm)。(3)具有良好的加速緩解性能。由于采用2壓力間接作用方式，工作風(fēng)缸作為主控機(jī)構(gòu)的壓力源，不可能再像120閥一樣，將工作風(fēng)缸作為加速緩解風(fēng)缸使用。因此，新閥的加速緩解風(fēng)源，可再設(shè)1個(gè)加速緩解風(fēng)缸。這樣雖然可以解決問題，但是必須增加一個(gè)風(fēng)缸，顯然不是最好的辦法。由于在2壓力間接作用方式下，副風(fēng)缸只作為制動缸的風(fēng)源，因此，可以利用副風(fēng)缸多余的壓力空氣作為加速緩解的風(fēng)源。這樣，既實(shí)現(xiàn)不增加風(fēng)缸，又保證加速緩解性能。32基礎(chǔ)制動裝置對原來貨車上配置的基礎(chǔ)制動裝置也須進(jìn)行改進(jìn)，以滿足提速貨車運(yùn)行安全的需要。建議基礎(chǔ)制動裝置采用盤形制動，這樣可最有效地解決快運(yùn)貨車車輪由于熱負(fù)荷的增加而產(chǎn)生的熱裂或剝離?；蛘卟捎孟罂蛙嚹菢拥碾p側(cè)閘瓦制動方式，這樣可以解決單側(cè)閘瓦制動而引起的各種弊病。33空重車調(diào)整裝置現(xiàn)有空重車調(diào)整裝置絕大部分是2級手動空重車調(diào)整結(jié)構(gòu)?？哲嚂r(shí)制動力過高，易擦傷車輪；空車位至重車位區(qū)間時(shí)，制動力先高后低，并易發(fā)生脫軌。這種裝置制動力不均衡，影響列車制動力的提高，對提高貨物列車的運(yùn)行速度很不利。建議采用無級空重車調(diào)整裝置(其空重車無級調(diào)整曲線見圖2)。_以充分利用粘著力，提高列車的均衡制動力。(1)在現(xiàn)有自動無級空重車調(diào)整裝的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，特別是要妥善解決稱重方法及稱重準(zhǔn)確性；(2)應(yīng)吸收國內(nèi)外各種空重車調(diào)整裝的優(yōu)點(diǎn)，提高研發(fā)水平，引進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新材料，針對我國貨車制動機(jī)的特點(diǎn)，研究開發(fā)出新