臧玉軍
(中國北車集團(tuán) 大連機(jī)車車輛有限公 司技術(shù)開發(fā)部,遼寧大連116022)
CKD7C型內(nèi)燃機(jī)車是出口剛果(金)米軌鐵路用干線機(jī)車,采用AC-DC電傳動(dòng)方式,底架承載的內(nèi)燃機(jī)車。機(jī)車采用了JZ-6型空氣—真空兩用制動(dòng)機(jī),既能操縱配置空氣制動(dòng)機(jī)的列車,又能操縱配置真空制動(dòng)機(jī)的列車。該制動(dòng)機(jī)主要由空氣制動(dòng)系統(tǒng)和真空制動(dòng)系統(tǒng)組成,可以隔離真空制動(dòng)系統(tǒng),而單獨(dú)使用空氣制動(dòng)系統(tǒng),在列車分離時(shí)能使機(jī)車快速產(chǎn)生制動(dòng)作用。為了更好的實(shí)現(xiàn)機(jī)車的安全性指標(biāo),在系統(tǒng)中增加了機(jī)車警惕裝置、列車管壓力低保護(hù)、總風(fēng)壓力低保護(hù)等輔助裝置。系統(tǒng)的原理圖見圖1。
圖1 CKD7C型內(nèi)燃機(jī)車JZ-6系統(tǒng)原理圖
空氣制動(dòng)系統(tǒng)主要由自動(dòng)制動(dòng)閥、單獨(dú)制動(dòng)閥、空氣制動(dòng)閥、空氣分配閥、空氣作用閥、均衡風(fēng)缸、作用風(fēng)缸及風(fēng)源系統(tǒng)等組成。
風(fēng)源系統(tǒng)是為機(jī)車和其牽引列車的制動(dòng)系統(tǒng)提供足夠、符合規(guī)定壓力、干燥而清潔的壓縮空氣。同時(shí)也為機(jī)車撒沙系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、輪緣潤滑系統(tǒng)和其他輔助用風(fēng)裝置提供壓縮空氣。
CKD7C機(jī)車的風(fēng)源系統(tǒng)由 W1.6/9-1型空氣壓縮機(jī)、總風(fēng)缸、止回閥、NT2型高壓保安閥、壓力開關(guān)、JKG2型空氣干燥器、電空閥、排水閥門和故障塞門等零件組成??諝鈮嚎s機(jī)由74V直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。
由于該機(jī)車基本用于牽引裝用真空制動(dòng)機(jī)的列車,所以空氣壓縮機(jī)采用了一臺(tái)國產(chǎn)的W-1.6/9-1型,排氣量為1.6m3/min的空壓機(jī)組。該機(jī)組與以前的出口機(jī)車中廣泛應(yīng)用的 W-1.6/9屬同類型的產(chǎn)品,本文不再詳述,需要指出的是該空壓機(jī)組與 W-1.6/9相比,增加了后冷卻功能,所以在制動(dòng)系統(tǒng)管路中不需要增加獨(dú)立的散熱裝置,節(jié)省了安裝空間與維護(hù)成本。在空壓機(jī)同干燥器的管路中間,增加了無負(fù)荷啟動(dòng)電磁閥,便于空壓機(jī)的順利啟動(dòng),減輕機(jī)車輔助供電系統(tǒng)負(fù)荷。
空氣干燥器為JKG2型干燥器,該干燥器的優(yōu)點(diǎn)是將油水分離器與空氣干燥器集成于一體,體積小便于安裝。該干燥器空氣處理量為1.6m3/min,采用雙塔交替,可間歇或連續(xù)工作的工作方式;干燥劑采用高效耐水球形硅膠。
機(jī)車在使用過程中基本用于裝用牽引真空制動(dòng)機(jī)的車輛,此處只是計(jì)算了機(jī)車本身的初充風(fēng)時(shí)間
機(jī)車總風(fēng)缸容積:V0=650dm3。機(jī)車列車主管容積V1:
式中L1為機(jī)車列車主管長度,單機(jī)取25m。1.004為公稱通徑是Dg32管徑的單位長度容積,dm3/m;
列車支管容積V2:
式中L2單機(jī)取1.5m。0.573為公稱通徑是Dg25管徑的單位長度容積,dm3/m。
總?cè)莘eV=V0+V1+V2=650+25.1+0.86≈676dm3機(jī)車泄漏量:5kPa/min。
空壓機(jī)和干燥器的效率都按照0.85取值。
在單機(jī)試驗(yàn)過程中,機(jī)車初充風(fēng)時(shí)間基本在310s左右,可以滿足日常使用要求。
空氣制動(dòng)系統(tǒng)按照以下關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)控制,保證機(jī)車和車輛制動(dòng)的正常實(shí)施。
自動(dòng)制動(dòng)閥是自動(dòng)保壓式。設(shè)有真空緩解位、運(yùn)轉(zhuǎn)位、最小減壓位、常用制動(dòng)區(qū)、過量減壓位、手柄取出位及緊急制動(dòng)位。其基本結(jié)構(gòu)與JZ-7型制動(dòng)機(jī)自動(dòng)制動(dòng)閥相接近。但7號(hào)管在此系統(tǒng)為真空緩解閥限制管,并且在管座上增加一根9#真空單獨(dú)緩解管。該閥上設(shè)有空氣—真空轉(zhuǎn)換控制閥(二位閥)。
單獨(dú)制動(dòng)閥可用以操縱單機(jī)制動(dòng)和緩解,以及自動(dòng)制動(dòng)閥制動(dòng)后施行機(jī)車的單獨(dú)緩解。作用上設(shè)有單獨(dú)緩解位、運(yùn)轉(zhuǎn)位和制動(dòng)區(qū)3個(gè)作用位。
中繼閥采用了與JZ-7型制動(dòng)機(jī)使用的相同形式的雙閥口止回閥結(jié)構(gòu),這里不再詳述。
空氣分配閥為機(jī)車制動(dòng)裝置的主要部件,使機(jī)車和列車一起相應(yīng)的起制動(dòng)、緩解作用。結(jié)構(gòu)上主要由主閥部、緊急部兩部分組成。作用上空氣分配閥分為充氣緩解位、常用制動(dòng)位、制動(dòng)保壓位和緊急制動(dòng)位4個(gè)作用位置。
空氣作用閥相當(dāng)于分配閥的作用部,結(jié)構(gòu)上采用了空心桿止閥結(jié)構(gòu),由作用閥部與轉(zhuǎn)換閥部組成。在施行空氣制動(dòng)或真空制動(dòng)操縱時(shí),作用閥經(jīng)過轉(zhuǎn)換閥、變向閥接受單獨(dú)制動(dòng)閥、空氣分配閥或真空比例閥的控制。作用上,空氣作用閥有緩解位、制動(dòng)位和保壓位3個(gè)作用位??諝庾饔瞄y上設(shè)有轉(zhuǎn)換閥,有空氣位和真空位兩個(gè)位置。
施行空氣制動(dòng)操縱之前,首先要將操縱端和非操縱端的自動(dòng)制動(dòng)閥的二位閥和作用閥上的轉(zhuǎn)換閥調(diào)到空氣位,并取下非操縱端自動(dòng)制動(dòng)閥手把,將單獨(dú)制動(dòng)閥手把置于運(yùn)轉(zhuǎn)位,開啟空氣分配閥列車管塞門和總風(fēng)支管塞門,關(guān)閉真空控制閥列車管塞門和重聯(lián)閥放風(fēng)塞門。
1.4.1 自動(dòng)制動(dòng)作用
(1)真空緩解位
此位置在空氣制動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)時(shí)沒有實(shí)際意義,實(shí)際是為控制真空系統(tǒng)的緩解限制閥而設(shè)置的預(yù)控壓力。自動(dòng)制動(dòng)閥手柄在此位置時(shí),總風(fēng)管3#→緩解限制閥管7#,開啟緩解限制閥的較大通路,加速真空緩解。其他閥作用位置同運(yùn)轉(zhuǎn)位。
(2)運(yùn)轉(zhuǎn)位
②遮斷閥管8?!?a→EX
③總風(fēng)管3#→中繼閥供氣閥口→列車管2#
⑤空氣分配閥14?!鶨X
⑥空氣作用閥12#→EX
(3)常用制動(dòng)區(qū)
②總風(fēng)管3?!?a→8#→總風(fēng)遮斷閥(切斷列車管自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)功能)
③緩解限制閥管7?!鶨X
④列車管2#→中繼閥排氣口→EX
⑤壓力室空氣→空氣分配閥13#管→作用管14?!饔瞄y作用活塞下側(cè)
⑥作用閥動(dòng)作,總風(fēng)管3#→制動(dòng)缸管12#
(4)過量減壓位
此手柄位置各作用閥通路同常用制動(dòng)區(qū)通路相同。唯一不同的是在列車管定壓500kPa時(shí),均衡風(fēng)缸的減壓量由常用全制動(dòng)時(shí)約170kPa增加到250kPa,但是機(jī)車制動(dòng)缸壓力仍然維持在最大有效減壓量時(shí)的制動(dòng)缸壓力330~360kPa。
(5)手把取出位
②列車管2#與中均管4#溝通,中繼閥自鎖。
③總風(fēng)管3#→8a→8?!傦L(fēng)遮斷閥(切斷列車管自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)功能)
(6)緊急制動(dòng)位
①均衡風(fēng)缸及調(diào)整閥右側(cè)膜板通路同手柄取出位相同。
②總風(fēng)管3?!錾彻??!錾彻芑驂毫﹂_關(guān)(緊急制動(dòng)撒沙作用)
③列車管2?!詣?dòng)控制閥的緊急放風(fēng)閥→EX
④總風(fēng)管3#→8a→8?!傦L(fēng)遮斷閥(切斷列車管自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)功能)
⑤緩解限制閥管7#→EX
⑥列車管2#與中均管4#溝通,中繼閥自鎖。
⑧作用閥動(dòng)作,總風(fēng)管3?!苿?dòng)缸管12#
1.4.2 單獨(dú)制動(dòng)作用
(1)單獨(dú)緩解位
①真空單獨(dú)緩解管9?!鶨X,空氣單獨(dú)緩解管10?!鶨X
②作用閥活塞下移,制動(dòng)缸管12?!鶨X
(此位置除緊急制動(dòng)時(shí)14#由于有總風(fēng)管3#的補(bǔ)充,機(jī)車單獨(dú)緩解后機(jī)車制動(dòng)缸壓力不能恢復(fù),緊急制動(dòng)單獨(dú)緩解機(jī)車時(shí),機(jī)車制動(dòng)缸壓力維持在250kPa左右,手柄恢復(fù)后制動(dòng)缸壓力恢復(fù)到450kPa。)
(2)運(yùn)轉(zhuǎn)位
①單獨(dú)作用管11#→EX
(3)制動(dòng)區(qū)
①自動(dòng)制動(dòng)閥總風(fēng)管3?!鷨为?dú)作用管11#→作用閥作用活塞下側(cè)
②作用閥動(dòng)作,總風(fēng)管3#→制動(dòng)缸管12#
真空制動(dòng)系統(tǒng)主要由真空泵、真空控制閥、真空中繼閥、真空比例閥、緩解限制閥、重聯(lián)閥、真空止回閥及真空風(fēng)缸、作用風(fēng)缸等組成。其連接示意圖如圖2所示。
真空泵目前經(jīng)過裝車驗(yàn)證過的有國產(chǎn)LW-6型活塞式真空泵和進(jìn)口德國BUSCH公司生產(chǎn)的RA0205D旋片式真空泵。LW-6型真空泵在尼日利亞及坦贊鐵路的機(jī)車項(xiàng)目上使用時(shí)暴露了以下缺點(diǎn):排氣溫度較高、無排氣處理裝置、質(zhì)量重、噪聲大。經(jīng)比較選擇后者,該真空泵具有維護(hù)簡單,使用周期長,質(zhì)量輕,排氣無污染的特點(diǎn),并且在設(shè)計(jì)過程中采取了將排氣口引入車下的方式,使機(jī)械間內(nèi)部保持了其正常的壓力值。
真空泵主要參數(shù)如下:
在CKD7C的設(shè)計(jì)中將兩臺(tái)真空泵并聯(lián)使用,總的抽氣量為400m3/h。之前分別出口尼日利亞的CKD8A和坦贊CKD8B機(jī)車使用的是一臺(tái)LW-6型真空泵,高速時(shí)抽氣量為360m3/h,由于CKD7C機(jī)車的牽引噸位小于前二者,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過兩臺(tái)真空泵并聯(lián),在抽氣能力上可以滿足機(jī)車需要。
圖2 真空管路連接圖
真空控制閥是將列車管壓力空氣的變化按比例地轉(zhuǎn)換為真空控制管真空度地變化。作用上有緩解位、緩解保壓位、制動(dòng)位、制動(dòng)保壓位4個(gè)位置。
真空中繼閥使真空列車管的真空度能迅速的隨真空控制管真空度的變化而變化。作用上真空中繼閥有緩解位、緩解保壓位、制動(dòng)位、制動(dòng)保壓位等4個(gè)位置。
真空比例閥是因機(jī)車只設(shè)有空氣制動(dòng)缸,由空氣作用閥控制,當(dāng)操縱真空制動(dòng)時(shí),為使機(jī)車與車輛作用一致,設(shè)置該閥。通過它將真空列車管真空度的變化按比例轉(zhuǎn)換為空氣壓力的變化,進(jìn)而控制空氣作用閥,使機(jī)車和車輛同時(shí)制動(dòng)或緩解。作用上真空比例閥有緩解位、制動(dòng)位、制動(dòng)保壓位、緩解保壓位4個(gè)作用位置。
緩解限制閥是用于當(dāng)列車在運(yùn)行狀態(tài)下,真空度發(fā)生漏泄時(shí),可以補(bǔ)充其真空度。列車分離時(shí),可以限制真空列車管真空度的建立,不致快速緩解列車,保證列車分離后發(fā)生制動(dòng)。初抽氣或再抽氣時(shí)還可以加速列車在真空制動(dòng)后的緩解。閥體兩端分別接真空泵管及真空中繼閥管,閥體下部與緩解限制管分別連接。在作用上緩解限制閥有限制位和加速緩解位。
重聯(lián)閥的結(jié)構(gòu)型式和緩解限制閥基本相同,只是閥體上無20mm孔和下端無排氣限制堵。重聯(lián)閥是以開通或切斷真空中繼閥的真空列車管和機(jī)車真空列車管的通路來開通或切斷列車的真空制動(dòng)系統(tǒng)。
真空制動(dòng)操縱首先要將操縱端自動(dòng)制動(dòng)閥的二位閥轉(zhuǎn)到真空位,非操縱端的二位閥轉(zhuǎn)到空氣位,作用閥管座上的轉(zhuǎn)換閥手柄設(shè)到真空位,開啟重聯(lián)塞門,關(guān)閉空氣分配閥的列車管和總風(fēng)塞門,開啟真空控制閥列車管塞門,啟動(dòng)真空泵和空氣壓縮機(jī)。
由于真空制動(dòng)機(jī)的作用是靠列車管實(shí)現(xiàn)其對(duì)真空部分的控制,所以自動(dòng)制動(dòng)閥和空氣中繼閥的動(dòng)作同空氣制動(dòng)機(jī)的作用是完全相同的,空氣作用閥由真空比例閥和單獨(dú)制動(dòng)閥控制其作用,空氣分配閥不參與控制。
2.3.1 自動(dòng)制動(dòng)作用
(1)真空緩解位
①自動(dòng)制動(dòng)閥總風(fēng)管3?!徑庀拗崎y管7#,開啟緩解限制閥的較大通路,加速真空列車管17#真空度提高。
②真空控制閥由于列車管2#的壓力升高,真空泵管17#?真空控制管18#。
③真空控制管18#真空度提高,真空中繼閥的真空泵管17#?真空列車管16#,真空列車管真空度提高,真空車輛緩解。
④真空比例閥由于16#真空度提高,比例閥作用管15?!鶨X
⑤空氣作用閥12#→EX
(2)運(yùn)轉(zhuǎn)位
①自動(dòng)制動(dòng)閥3#與緩解限制閥管7#的通路斷開,緩解限制閥關(guān)閉真空列車管大閥口。
②真空比例閥、真空控制閥、真空中繼閥的作用同真空緩解位相同。
(3)常用制動(dòng)區(qū)
①真空控制閥由于列車管2#的壓力下降,真空泵管17#同真空控制管18#斷開,18?!鶨X
②真空中繼閥由于18#真空度下降,真空泵管17#與真空列車管16#斷開,16#→EX,16#管的真空度數(shù)值由18??刂?。
③真空比例閥由于16#真空度下降,總風(fēng)管3?!?5#
④空氣作用閥受15#管壓力控制,作用閥總風(fēng)管3?!苿?dòng)缸管12#
(4)過量減壓位
真空制動(dòng)機(jī)在過量減壓操作過程中,由于真空制動(dòng)的有效減壓為150kPa,此時(shí)真空列車管的真空度已經(jīng)為零,所以過減量無效。
(5)手把取出位
該作用位置同空氣制動(dòng)系統(tǒng)作用位置相同。
(6)緊急制動(dòng)位
該作用位置與空氣制動(dòng)系統(tǒng)基本相同,唯有真空操縱時(shí),機(jī)車沒有增壓作用。緊急制動(dòng)后機(jī)車制動(dòng)缸壓力仍為360kPa左右。
2.3.2 單獨(dú)制動(dòng)作用
單獨(dú)制動(dòng)閥的運(yùn)轉(zhuǎn)位、制動(dòng)區(qū)與空氣制動(dòng)系統(tǒng)操縱時(shí)相同。
單獨(dú)緩解位時(shí),真空單獨(dú)緩解管9?!鶨X,比例閥作用管15?!鶨X,機(jī)車單獨(dú)緩解。
機(jī)車采用了單司機(jī)室雙操縱臺(tái)操縱,以往設(shè)計(jì)中大部分是采用雙中繼閥的控制方式,在此次設(shè)計(jì)過程中,為了方便安裝以及管路的排布,我們采用了SQ-1型雙向閥與一個(gè)中繼閥搭配使用的系統(tǒng)方案。其連接示意圖如圖3所示。
雙向閥受均衡風(fēng)缸管壓差控制,在1A與1B的壓差達(dá)到150kPa時(shí)即可完成換向。A端操縱時(shí),4A通4C,8A通8C,機(jī)車由A端操縱;換向時(shí)A端自動(dòng)制動(dòng)閥為手柄取出位,均衡風(fēng)缸為過量減壓位的減壓量,1A的壓力值為240~260kPa,B端為運(yùn)轉(zhuǎn)位,當(dāng)均衡風(fēng)缸壓力穩(wěn)定上升為500kPa時(shí),1A與1B的壓差大于150 kPa,雙向閥即完成換向,由B端控制,此時(shí)1B的壓力為500kPa,4B通4C,8B通8C,機(jī)車由B端操縱。
圖3 雙向閥連接示意圖
機(jī)車警惕裝置發(fā)出指令時(shí),機(jī)車需要實(shí)施緊急制動(dòng),我們在機(jī)車的列車管上增加的緊急放風(fēng)電磁閥以及總風(fēng)遮斷管8的遮斷電空閥,在機(jī)車警惕裝置發(fā)出緊急停車信號(hào)時(shí)緊急放風(fēng)電磁閥得電,使列車管緊急放風(fēng);總風(fēng)遮斷電空閥也得電,將總風(fēng)充入中繼閥的總風(fēng)遮斷閥,切除列車管的自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)功能,防止機(jī)車在緊急制動(dòng)狀態(tài)下緩解。
在機(jī)車實(shí)施了緊急制動(dòng)后,列車管的壓力迅速降低,為了防止在緊急制動(dòng)狀態(tài)下可能對(duì)機(jī)車實(shí)施的加載牽引操作,在列車管上我們增加了壓力開關(guān),在列車管低于200kPa時(shí)斷開,使機(jī)車不能加載牽引,當(dāng)列車管壓力高于300kPa時(shí)合上,允許對(duì)機(jī)車進(jìn)行加載牽引操作。
總風(fēng)壓力保護(hù)裝置即在總風(fēng)管路上增加了壓力開關(guān),在總風(fēng)的壓力低于600kPa時(shí)切斷機(jī)車的加載牽引功能,以避免造成機(jī)車總風(fēng)壓力低,無法實(shí)現(xiàn)機(jī)車的正常制動(dòng)及其他裝置的供風(fēng)要求,實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)車的保護(hù)功能,當(dāng)總風(fēng)壓力高于700kPa時(shí)允許對(duì)機(jī)車進(jìn)行加載操作。
司機(jī)通過在操縱臺(tái)上設(shè)置的停放制動(dòng)按鈕可以對(duì)機(jī)車實(shí)施停放制動(dòng),正常位時(shí),停放電磁閥得電,經(jīng)過調(diào)壓后的總風(fēng)充入停放制動(dòng)器,停放制動(dòng)器的儲(chǔ)能彈簧緩解;制動(dòng)位時(shí),停放電磁閥失電,停放制動(dòng)器壓力空氣由電磁閥排氣口入大氣,機(jī)車實(shí)施停放制動(dòng)。在系統(tǒng)無風(fēng)的情況下,可以使用停放制動(dòng)單元的手動(dòng)緩解裝置(在機(jī)車走行部上)緩解停放制動(dòng)。手動(dòng)緩解后,不能再次實(shí)施停放制動(dòng),須由總風(fēng)充入停放制動(dòng)器進(jìn)行復(fù)位操作。
經(jīng)過CKD7C機(jī)車在剛果的靜態(tài)試驗(yàn)及線路牽引試驗(yàn)表明,選用的空氣—真空制動(dòng)系統(tǒng)作用良好,性能及參數(shù)完全滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求,SQ-1型雙向閥也能良好的實(shí)現(xiàn)其作用功能,順利的轉(zhuǎn)換不同操縱臺(tái)對(duì)中繼閥的控制。試驗(yàn)過程中為了驗(yàn)證真空泵性能最多牽引了22輛配置真空制動(dòng)機(jī)的車輛,而實(shí)際現(xiàn)場的編組一般不會(huì)超過此數(shù)值,也使用過一個(gè)真空泵單獨(dú)工作,牽引15輛編組配置真空制動(dòng)機(jī)的車輛,試驗(yàn)結(jié)果都達(dá)到了預(yù)定效果,順利的完成了牽引試驗(yàn)。由于現(xiàn)場基本沒有配置空氣制動(dòng)機(jī)車輛的編組,只是用4節(jié)配置空氣制動(dòng)機(jī)的車輛進(jìn)行小編組試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果說明機(jī)車空氣制動(dòng)機(jī)的性能可以滿足運(yùn)用要求。
到目前為止,機(jī)車投入運(yùn)用3年,制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),沒有發(fā)生由制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的行車事故。機(jī)車也基本是配置真空制動(dòng)機(jī)的車輛。由于現(xiàn)場的灰塵比較大,真空中繼閥容易吸入灰塵影響真空中繼閥閥桿動(dòng)作的平滑性,須定期清洗中繼閥以增加制動(dòng)動(dòng)作的靈活性。建議以后的設(shè)計(jì)過程中選用高性能的中繼閥過濾器來增加過濾作用,并且過濾器濾芯要易于拆卸清洗。
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