CKD7C內(nèi)燃機車空氣－真空制動系統(tǒng)

臧玉軍

（中國北車集團 大連機車車輛有限公 司技術(shù)開發(fā)部，遼寧大連116022）

CKD7C型內(nèi)燃機車是出口剛果（金）米軌鐵路用干線機車，采用AC-DC電傳動方式，底架承載的內(nèi)燃機車。機車采用了JZ-6型空氣—真空兩用制動機，既能操縱配置空氣制動機的列車，又能操縱配置真空制動機的列車。該制動機主要由空氣制動系統(tǒng)和真空制動系統(tǒng)組成，可以隔離真空制動系統(tǒng)，而單獨使用空氣制動系統(tǒng)，在列車分離時能使機車快速產(chǎn)生制動作用。為了更好的實現(xiàn)機車的安全性指標(biāo)，在系統(tǒng)中增加了機車警惕裝置、列車管壓力低保護、總風(fēng)壓力低保護等輔助裝置。系統(tǒng)的原理圖見圖1。

圖1 CKD7C型內(nèi)燃機車JZ-6系統(tǒng)原理圖

1 空氣制動系統(tǒng)

空氣制動系統(tǒng)主要由自動制動閥、單獨制動閥、空氣制動閥、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。

1.1 風(fēng)源及干燥系統(tǒng)

風(fēng)源系統(tǒng)是為機車和其牽引列車的制動系統(tǒng)提供足夠、符合規(guī)定壓力、干燥而清潔的壓縮空氣。同時也為機車撒沙系統(tǒng)、自動控制系統(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機車的風(fēng)源系統(tǒng)由 W1.6／9-1型空氣壓縮機、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機由74V直流電機直接驅(qū)動。

由于該機車基本用于牽引裝用真空制動機的列車，所以空氣壓縮機采用了一臺國產(chǎn)的W-1.6／9-1型，排氣量為1.6m3／min的空壓機組。該機組與以前的出口機車中廣泛應(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組與 W-1.6／9相比，增加了后冷卻功能，所以在制動系統(tǒng)管路中不需要增加獨立的散熱裝置，節(jié)省了安裝空間與維護成本。在空壓機同干燥器的管路中間，增加了無負荷啟動電磁閥，便于空壓機的順利啟動，減輕機車輔助供電系統(tǒng)負荷。

空氣干燥器為JKG2型干燥器，該干燥器的優(yōu)點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。

1.2 初充風(fēng)時間

機車在使用過程中基本用于裝用牽引真空制動機的車輛，此處只是計算了機車本身的初充風(fēng)時間

機車總風(fēng)缸容積：V0=650dm3。機車列車主管容積V1：

式中L1為機車列車主管長度，單機取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機車泄漏量：5kPa／min。

空壓機和干燥器的效率都按照0.85取值。

在單機試驗過程中，機車初充風(fēng)時間基本在310s左右，可以滿足日常使用要求。

1.3 空氣制動系統(tǒng)邏輯控制關(guān)系

空氣制動系統(tǒng)按照以下關(guān)系進行系統(tǒng)控制，保證機車和車輛制動的正常實施。

自動制動閥是自動保壓式。設(shè)有真空緩解位、運轉(zhuǎn)位、最小減壓位、常用制動區(qū)、過量減壓位、手柄取出位及緊急制動位。其基本結(jié)構(gòu)與JZ-7型制動機自動制動閥相接近。但7號管在此系統(tǒng)為真空緩解閥限制管，并且在管座上增加一根9＃真空單獨緩解管。該閥上設(shè)有空氣—真空轉(zhuǎn)換控制閥（二位閥）。

單獨制動閥可用以操縱單機制動和緩解，以及自動制動閥制動后施行機車的單獨緩解。作用上設(shè)有單獨緩解位、運轉(zhuǎn)位和制動區(qū)3個作用位。

中繼閥采用了與JZ-7型制動機使用的相同形式的雙閥口止回閥結(jié)構(gòu)，這里不再詳述。

空氣分配閥為機車制動裝置的主要部件，使機車和列車一起相應(yīng)的起制動、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、常用制動位、制動保壓位和緊急制動位4個作用位置。

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。在施行空氣制動或真空制動操縱時，作用閥經(jīng)過轉(zhuǎn)換閥、變向閥接受單獨制動閥、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、制動位和保壓位3個作用位?？諝庾饔瞄y上設(shè)有轉(zhuǎn)換閥，有空氣位和真空位兩個位置。

1.4 空氣制動機綜合作用

施行空氣制動操縱之前，首先要將操縱端和非操縱端的自動制動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制動閥手把，將單獨制動閥手把置于運轉(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 自動制動作用

（1）真空緩解位

此位置在空氣制動機工作狀態(tài)時沒有實際意義，實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。自動制動閥手柄在此位置時，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轉(zhuǎn)位。

（2）運轉(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）常用制動區(qū)

②總風(fēng)管3?！?a→8＃→總風(fēng)遮斷閥（切斷列車管自動補風(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作用閥動作，總風(fēng)管3?！苿痈坠?2＃

（4）過量減壓位

此手柄位置各作用閥通路同常用制動區(qū)通路相同。唯一不同的是在列車管定壓500kPa時，均衡風(fēng)缸的減壓量由常用全制動時約170kPa增加到250kPa，但是機車制動缸壓力仍然維持在最大有效減壓量時的制動缸壓力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（切斷列車管自動補風(fēng)功能）

（6）緊急制動位

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)（緊急制動撒沙作用）

③列車管2＃→自動控制閥的緊急放風(fēng)閥→EX

④總風(fēng)管3?！?a→8?！傦L(fēng)遮斷閥（切斷列車管自動補風(fēng)功能）

⑤緩解限制閥管7?！鶨X

⑥列車管2＃與中均管4＃溝通，中繼閥自鎖。

⑧作用閥動作，總風(fēng)管3?！苿痈坠?2＃

1.4.2 單獨制動作用

（1）單獨緩解位

①真空單獨緩解管9?！鶨X，空氣單獨緩解管10?！鶨X

②作用閥活塞下移，制動缸管12＃→EX

（此位置除緊急制動時14＃由于有總風(fēng)管3＃的補充，機車單獨緩解后機車制動缸壓力不能恢復(fù)，緊急制動單獨緩解機車時，機車制動缸壓力維持在250kPa左右，手柄恢復(fù)后制動缸壓力恢復(fù)到450kPa。）

（2）運轉(zhuǎn)位

①單獨作用管11＃→EX

（3）制動區(qū)

①自動制動閥總風(fēng)管3?！鷨为氉饔霉?1＃→作用閥作用活塞下側(cè)

②作用閥動作，總風(fēng)管3?！苿痈坠?2＃

2 真空制動系統(tǒng)

真空制動系統(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。

2.1 真空泵

真空泵目前經(jīng)過裝車驗證過的有國產(chǎn)LW-6型活塞式真空泵和進口德國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車項目上使用時暴露了以下缺點：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，該真空泵具有維護簡單，使用周期長，質(zhì)量輕，排氣無污染的特點，并且在設(shè)計過程中采取了將排氣口引入車下的方式，使機械間內(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)計中將兩臺真空泵并聯(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機車使用的是一臺LW-6型真空泵，高速時抽氣量為360m3／h，由于CKD7C機車的牽引噸位小于前二者，根據(jù)經(jīng)驗通過兩臺真空泵并聯(lián)，在抽氣能力上可以滿足機車需要。

圖2 真空管路連接圖

2.2 真空制動系統(tǒng)邏輯控制關(guān)系

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、制動位、制動保壓位4個位置。

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、制動位、制動保壓位等4個位置。

真空比例閥是因機車只設(shè)有空氣制動缸，由空氣作用閥控制，當(dāng)操縱真空制動時，為使機車與車輛作用一致，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，進而控制空氣作用閥，使機車和車輛同時制動或緩解。作用上真空比例閥有緩解位、制動位、制動保壓位、緩解保壓位4個作用位置。

緩解限制閥是用于當(dāng)列車在運行狀態(tài)下，真空度發(fā)生漏泄時，可以補充其真空度。列車分離時，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。初抽氣或再抽氣時還可以加速列車在真空制動后的緩解。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車真空列車管的通路來開通或切斷列車的真空制動系統(tǒng)。

2.3 真空制動機綜合作用

真空制動操縱首先要將操縱端自動制動閥的二位閥轉(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，啟動真空泵和空氣壓縮機。

由于真空制動機的作用是靠列車管實現(xiàn)其對真空部分的控制，所以自動制動閥和空氣中繼閥的動作同空氣制動機的作用是完全相同的，空氣作用閥由真空比例閥和單獨制動閥控制其作用，空氣分配閥不參與控制。

2.3.1 自動制動作用

（1）真空緩解位

①自動制動閥總風(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?！鶨X

（2）運轉(zhuǎn)位

①自動制動閥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?！鶨X，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＃→15＃

④空氣作用閥受15＃管壓力控制，作用閥總風(fēng)管3＃→制動缸管12＃

（4）過量減壓位

真空制動機在過量減壓操作過程中，由于真空制動的有效減壓為150kPa，此時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系統(tǒng)作用位置相同。

（6）緊急制動位

該作用位置與空氣制動系統(tǒng)基本相同，唯有真空操縱時，機車沒有增壓作用。緊急制動后機車制動缸壓力仍為360kPa左右。

2.3.2 單獨制動作用

單獨制動閥的運轉(zhuǎn)位、制動區(qū)與空氣制動系統(tǒng)操縱時相同。

單獨緩解位時，真空單獨緩解管9?！鶨X，比例閥作用管15?！鶨X，機車單獨緩解。

3 雙向閥的應(yīng)用

機車采用了單司機室雙操縱臺操縱，以往設(shè)計中大部分是采用雙中繼閥的控制方式，在此次設(shè)計過程中，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的壓差達到150kPa時即可完成換向。A端操縱時，4A通4C，8A通8C，機車由A端操縱；換向時A端自動制動閥為手柄取出位，均衡風(fēng)缸為過量減壓位的減壓量，1A的壓力值為240～260kPa，B端為運轉(zhuǎn)位，當(dāng)均衡風(fēng)缸壓力穩(wěn)定上升為500kPa時，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1B的壓力為500kPa，4B通4C，8B通8C，機車由B端操縱。

圖3 雙向閥連接示意圖

4 輔助裝置

4.1 警惕裝置

機車警惕裝置發(fā)出指令時，機車需要實施緊急制動，我們在機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，在機車警惕裝置發(fā)出緊急停車信號時緊急放風(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，切除列車管的自動補風(fēng)功能，防止機車在緊急制動狀態(tài)下緩解。

4.2 列車管壓力低保護

在機車實施了緊急制動后，列車管的壓力迅速降低，為了防止在緊急制動狀態(tài)下可能對機車實施的加載牽引操作，在列車管上我們增加了壓力開關(guān)，在列車管低于200kPa時斷開，使機車不能加載牽引，當(dāng)列車管壓力高于300kPa時合上，允許對機車進行加載牽引操作。

4.3 總風(fēng)壓力低保護

總風(fēng)壓力保護裝置即在總風(fēng)管路上增加了壓力開關(guān)，在總風(fēng)的壓力低于600kPa時切斷機車的加載牽引功能，以避免造成機車總風(fēng)壓力低，無法實現(xiàn)機車的正常制動及其他裝置的供風(fēng)要求，實現(xiàn)了對機車的保護功能，當(dāng)總風(fēng)壓力高于700kPa時允許對機車進行加載操作。

4.4 停放制動

司機通過在操縱臺上設(shè)置的停放制動按鈕可以對機車實施停放制動，正常位時，停放電磁閥得電，經(jīng)過調(diào)壓后的總風(fēng)充入停放制動器，停放制動器的儲能彈簧緩解；制動位時，停放電磁閥失電，停放制動器壓力空氣由電磁閥排氣口入大氣，機車實施停放制動。在系統(tǒng)無風(fēng)的情況下，可以使用停放制動單元的手動緩解裝置（在機車走行部上）緩解停放制動。手動緩解后，不能再次實施停放制動，須由總風(fēng)充入停放制動器進行復(fù)位操作。

5 結(jié)束語

經(jīng)過CKD7C機車在剛果的靜態(tài)試驗及線路牽引試驗表明，選用的空氣—真空制動系統(tǒng)作用良好，性能及參數(shù)完全滿足設(shè)計技術(shù)要求，SQ-1型雙向閥也能良好的實現(xiàn)其作用功能，順利的轉(zhuǎn)換不同操縱臺對中繼閥的控制。試驗過程中為了驗證真空泵性能最多牽引了22輛配置真空制動機的車輛，而實際現(xiàn)場的編組一般不會超過此數(shù)值，也使用過一個真空泵單獨工作，牽引15輛編組配置真空制動機的車輛，試驗結(jié)果都達到了預(yù)定效果，順利的完成了牽引試驗。由于現(xiàn)場基本沒有配置空氣制動機車輛的編組，只是用4節(jié)配置空氣制動機的車輛進行小編組試驗，試驗結(jié)果說明機車空氣制動機的性能可以滿足運用要求。

到目前為止，機車投入運用3年，制動系統(tǒng)運行平穩(wěn)，沒有發(fā)生由制動系統(tǒng)故障引起的行車事故。機車也基本是配置真空制動機的車輛。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作的平滑性，須定期清洗中繼閥以增加制動動作的靈活性。建議以后的設(shè)計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。

［1］大連機車車輛工廠.東風(fēng)4型內(nèi)燃機車空氣系統(tǒng)［M］.大連理工大學(xué)出版社，1993.

［2］劉豫湘，吳 智，盧東濤，等.機車風(fēng)源系統(tǒng)供風(fēng)能力的研究［J］.電力機車與城規(guī)車輛，2003，26（5）：7-11.

［3］天津機車車輛工廠.JZ-6型空氣-真空制動機使用維護說明書［R］.