鐵道車輛制動機(jī)自然制動故障及解決思路研究

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)車車輛制動的組成及基本原理

鐵路機(jī)車車輛制動器及其在國內(nèi)外的發(fā)展，列車的速度越高，對車輛設(shè)備的小型化、輕量化以及制動系統(tǒng)的性能和可靠性要求就越高。使用制動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的空氣制動器可以實現(xiàn)小型化和輕量化，同時保證與空氣制動器相同的可靠性。同時，由于該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快的特點，可以消除剎車，具有比空氣制動系統(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制動方法進(jìn)行了研究，這已成為鐵路機(jī)車車輛制動技術(shù)發(fā)展的趨勢之一[1]。

目前，隨著計算機(jī)技術(shù)、機(jī)電與自動控制技術(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)車制動系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。制動系統(tǒng)一般由油泵、蓄能器、電磁控制閥和基本制動裝置組成?？梢钥闯?，整個制動系統(tǒng)按功能分為微機(jī)制動控制器（MBCU）、電液制動裝置和基本制動裝置。微機(jī)制動控制器（MBCU）的工作原理與空氣制動基本相同。它接收通用制動指令、緊急制動指令、電制動反饋、ATC信號等輸入，通過計算機(jī)處理輸出通用制動指令、緊急制動指令來控制相應(yīng)電磁閥，完成制動力的控制。此外，還需要控制驅(qū)動和控制系統(tǒng)，如油泵的啟動和停止控制，以及整個系統(tǒng)的狀態(tài)檢測，如系統(tǒng)的各種傳感器反饋信息。電液制動裝置由電動機(jī)、油泵、蓄能器、常用制動壓力控制器、緊急制動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

電動機(jī)和油泵將電能轉(zhuǎn)化為電能，為整個制動系統(tǒng)提供制動能量。由于機(jī)車車輛的制動系統(tǒng)是間歇性工作的，因此采用了蓄電池裝置，有效地降低了電動機(jī)的功率，降低了系統(tǒng)的能耗。同時，為了保證制動系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中設(shè)置了兩個蓄電池，使電源具有雙路系統(tǒng)[2]。其中一個用于正常制動，另一個用于緊急制動。兩個蓄電池可同時提供緊急制動油。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)生制動效果時，啟動電機(jī)和油泵；當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到上限值時，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，完成對機(jī)車常用制動壓力的控制。一種方法是使用一個能夠高速運行的平衡提升閥（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缸壓力，實現(xiàn)對制動缸壓力的無級控制，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 緊急制動壓力控制

當(dāng)制動控制器斷電或控制油壓不足時，應(yīng)急控制使蓄能器內(nèi)的壓力油流入基礎(chǔ)制動裝置，并對每個轉(zhuǎn)向架進(jìn)行應(yīng)急制動壓力控制，產(chǎn)生應(yīng)急制動作用。另外，當(dāng)制動不松、壓力不足時，傳感器的檢測會使其對整個機(jī)車產(chǎn)生緊急制動效果。

1.4 油箱

油液回到油箱，實現(xiàn)油液的回收。同時完成系統(tǒng)散熱。基礎(chǔ)制動裝置包括夾鉗和制動盤。由于采用了油缸，整個制動夾鉗體積小，可以安裝在安裝空間極小的走行裝置或轉(zhuǎn)向架上。

2 鐵道車輛制動機(jī)自然制動故障原因分析

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

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

（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)充氣制動缸，和火車管二級氣缸仍在膨脹，這將最終導(dǎo)致火車總管的壓力泄漏超過限制，這將導(dǎo)致汽車制動的自然失效。其次，當(dāng)制動缸已經(jīng)泄漏時，活塞上部的氣壓是平衡的。它會減小，使平衡活塞兩側(cè)的壓力不平衡向上移動，導(dǎo)致平衡閥打開，最終導(dǎo)致輔助氣瓶充氣制動缸，導(dǎo)致有軌車輛制動的自然制動失效。

（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缸不能切斷，同時，剎車油缸泄漏的封面，所以輔助缸不斷膨脹的制動缸，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，這自然會使剎車制動。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，會導(dǎo)致列車管壓力下降，使制動器自然制動。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。⑥應(yīng)急兩級閥套上的密封圈或應(yīng)急兩級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，制動管的壓力將受到壓縮。它通過泄漏進(jìn)入制動缸，導(dǎo)致列車管的壓力下降，從而導(dǎo)致制動器自然制動。⑦當(dāng)減壓閥套或減壓閥桿不夠緊時，列車管路的壓力空氣將充氣制動缸，使制動產(chǎn)生自然制動。此外，部分減壓閥蓋上的小孔在制動持壓時沒有停止排氣，會損壞部分減壓閥模板。由于部分減壓閥與制動缸相通，此處的泄漏將導(dǎo)致制動缸無法保持壓力。

2.2 操作不當(dāng)引起的自然制動故障

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

3 鐵道車輛制動機(jī)自然制動故障的解決思路探究

3.1 鐵道車輛制動機(jī)在進(jìn)行試驗時嚴(yán)格監(jiān)控試風(fēng)質(zhì)量

在鐵路車輛制動器試驗中，必須嚴(yán)格控制試驗風(fēng)的質(zhì)量，在以下三種情況下應(yīng)避免試驗風(fēng)：①風(fēng)壓不穩(wěn)定時；②風(fēng)壓過高或過低，無法達(dá)到額定風(fēng)壓小時；③當(dāng)泄漏太大時。另外，相關(guān)人員在進(jìn)行風(fēng)試操作時，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)范。一旦發(fā)現(xiàn)故障，及時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 檢車人員需要對鐵道車輛進(jìn)行定期的檢查

鐵路部門制動部門的維修人員需要定期對列車進(jìn)行全面檢查，特別是對容易發(fā)生故障的部件，對經(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，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，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)控制的試驗臺測試合格后進(jìn)行驗證，以便在加載前使用各項指標(biāo)。駕駛員應(yīng)仔細(xì)把握自動制動閥手柄的釋放時間，嚴(yán)格按照操作規(guī)范要求，確保調(diào)速后避免自然制動，有效避免因制動管供過于求而導(dǎo)致車輛自然制動失效。

4 鐵道車輛制動機(jī)制動裝置未來發(fā)展?fàn)顩r

下面介紹2種鐵路應(yīng)用的制動裝置及其研究情況。

4.1 電磁制動

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

這種制動方式的動力源和作用部分集中在一個單元內(nèi)。而制動裝置，利用壓縮空氣作為制動器（如制動釭），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，可以作為車輛制動裝置。該制動方法還有另一個應(yīng)用：將彈簧動作/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)前道路電動汽車的緊急制動[5]。

4.2 永磁盤式制動器（旋轉(zhuǎn)渦流制動裝置）

該制動裝置的工作原理與新干線電動車單元掛車使用的渦流制動裝置（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)點外，它還具有不需要能量的優(yōu)點。

為了使這種制動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裝置，并進(jìn)行了試驗臺試驗。當(dāng)使用永磁體時，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，由于制動力矩與速度有關(guān)，因此低速區(qū)域的制動力矩可能不足。

5 結(jié)語

綜上所述，得出鐵路車輛在運行過程中發(fā)生的自然制動故障主要是由103、120、GK閥失效引起的結(jié)論。因此，鐵路部門相關(guān)人員在對上述閥體進(jìn)行檢查時，應(yīng)重點檢查車輛的剎車，以有效避免自然制動故障。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。