出口泰國(guó)SDA4型機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姜　葛， 何明洋， 張　斌

(中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司　研發(fā)部， 四川資陽(yáng) 641301)

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出口泰國(guó)SDA4型機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姜葛， 何明洋， 張斌

(中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司研發(fā)部， 四川資陽(yáng) 641301)

介紹了出口泰國(guó)SDA4型內(nèi)燃機(jī)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)，并對(duì)符合UIC標(biāo)準(zhǔn)的26LA型制動(dòng)機(jī)電控化改造進(jìn)行了介紹。

SDA4型機(jī)車； 26LA制動(dòng)機(jī)； 電控化； 改造； UIC標(biāo)準(zhǔn)

SDA4型內(nèi)燃機(jī)車是中車資陽(yáng)機(jī)車有限公司為出口泰國(guó)TPIPL公司而設(shè)計(jì)制造。機(jī)車為雙司機(jī)室單操縱臺(tái)，軌距1 000 mm，最大運(yùn)用速度100 km/h，用于干線客貨運(yùn)牽引。根據(jù)合同要求，機(jī)車制動(dòng)性能參數(shù)需符合UIC 540標(biāo)準(zhǔn)。為此，SDA4型機(jī)車選用了26LA型制動(dòng)機(jī)，該制動(dòng)機(jī)在26LA基礎(chǔ)上進(jìn)行了UIC標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性改進(jìn)，是一款純機(jī)械的，Wabtec公司近幾年的產(chǎn)品。

機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，吸取了公司在2014年出口巴基斯坦SDD23型機(jī)車26LA制動(dòng)機(jī)成功改造經(jīng)驗(yàn)，在參考Wabtec所提供原理圖基礎(chǔ)上，引入了微機(jī)控制，對(duì)SDA4型機(jī)車26LA原理進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，保留了制動(dòng)機(jī)主要閥類，對(duì)部分輔助閥類進(jìn)行了電控化改造。下面主要介紹機(jī)車的空氣制動(dòng)系統(tǒng)及其電控化改造設(shè)計(jì)。

1　空氣制動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)車采用26LA型制動(dòng)機(jī)，主要由30R-CDW制動(dòng)閥、30-CW中繼閥、26D控制閥、A-1閥、J1作用閥、MU-2A重聯(lián)閥、8#緊急放風(fēng)閥等組成。

26LA制動(dòng)系統(tǒng)主要功能如下：

(1)自動(dòng)制動(dòng)。通過(guò)操縱自動(dòng)制動(dòng)閥，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)車與車輛的階段制動(dòng)和階段緩解功能。制動(dòng)管壓力定壓500 kPa，全制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸壓力為380 kPa；

(2)單獨(dú)制動(dòng)。能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)車的單獨(dú)制動(dòng)與單緩；

(3)緊急制動(dòng)。通過(guò)操縱自動(dòng)制動(dòng)閥、緊急制動(dòng)閥或者斷鉤時(shí)，均可產(chǎn)生緊急制動(dòng)，并自動(dòng)切斷機(jī)車動(dòng)力。緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)缸壓力為380 kPa；

(4)自動(dòng)保壓功能?？梢宰詣?dòng)補(bǔ)償機(jī)車制動(dòng)缸壓力的泄漏；

(5)過(guò)充功能。制動(dòng)管過(guò)充壓力至550 kPa，用于機(jī)車車輛的快速緩解；

(6)斷鉤保護(hù)功能。斷鉤時(shí)自動(dòng)遮斷機(jī)車總風(fēng)管對(duì)制動(dòng)管的補(bǔ)風(fēng)；

(7)懲罰制動(dòng)。機(jī)車超速時(shí)，懲罰制動(dòng)執(zhí)行緊急制動(dòng)，其余懲罰制動(dòng)執(zhí)行常用制動(dòng)；

(8)電空聯(lián)鎖功能。電阻制動(dòng)撤銷后，制動(dòng)缸壓力能自動(dòng)追加；

(9)停放制動(dòng)功能。停放制動(dòng)設(shè)計(jì)為總風(fēng)管、制動(dòng)管雙供風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)火回送時(shí)停放功能的手動(dòng)施加和緩解。停放制動(dòng)與制動(dòng)管壓力設(shè)有聯(lián)鎖控制，當(dāng)制動(dòng)管壓力小于200 kPa時(shí)，停放制動(dòng)允許實(shí)施，當(dāng)制動(dòng)管壓力大于300 kPa時(shí)，停放制動(dòng)允許緩解。

2　制動(dòng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

在充分掌握26LA制動(dòng)機(jī)工作原理后，SDA4機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)引入微機(jī)控制，對(duì)26LA制動(dòng)機(jī)進(jìn)行了部分改造。改造遵循的原則為：原有功能保持不變，制動(dòng)機(jī)主要閥類不做變動(dòng)，對(duì)部分制動(dòng)系統(tǒng)輔助功能進(jìn)行改造。

制動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)主要有如下3個(gè)部分：將1個(gè)A-1閥從閥類組裝中移出，增加為2個(gè)對(duì)稱布置于司機(jī)室；用先導(dǎo)型電空閥替換機(jī)械旁通閥，對(duì)客貨轉(zhuǎn)換、過(guò)充功能進(jìn)行電控化改造；對(duì)電空聯(lián)鎖進(jìn)行簡(jiǎn)化。

2.1A-1閥布局變動(dòng)

受機(jī)車布局和閥類組裝空間限制，將A-1閥從閥類組裝移至司機(jī)室地板下，同時(shí)考慮兩端司機(jī)室布局統(tǒng)一，將A-1數(shù)量增加為2個(gè)，每端司機(jī)室各布置1個(gè)。改動(dòng)對(duì)比方案見(jiàn)圖1與圖2。

圖2改造方案中，2個(gè)A-1閥結(jié)構(gòu)、功能保持獨(dú)立。同時(shí)根據(jù)前期資陽(yáng)公司26L制動(dòng)機(jī)裝車經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)化了A-1閥撒沙及動(dòng)力切除控制原理，將用于控制客貨轉(zhuǎn)換的A2BCARR壓力開(kāi)關(guān)功能改為B1～B2撒沙壓力開(kāi)關(guān)；取消A7縮孔止回閥，同時(shí)A8撒沙風(fēng)缸容積由原1.48 m3加大至2.13 m3，延長(zhǎng)撒沙時(shí)間。

圖1Wabtec單A-1閥方案

圖2雙A-1閥方案

改變微機(jī)控制，使B3～B4PCS壓力開(kāi)關(guān)同時(shí)具備動(dòng)力切除和客貨轉(zhuǎn)換的A2BCARR壓力開(kāi)關(guān)功能。

機(jī)車警惕作用產(chǎn)生后，由微機(jī)控制機(jī)車動(dòng)力切除及P-2-A1制動(dòng)閥懲罰制動(dòng)的產(chǎn)生，因此，原方案中P-2-A1制動(dòng)閥25#管進(jìn)壓力開(kāi)關(guān)A1為多余，取消接管。

雙A-1閥已經(jīng)具備動(dòng)力切除冗余功能，因此取消原方案中A5雙向閥與30R-CDW控制閥12#管的連接。

2.2客貨轉(zhuǎn)換及電空聯(lián)鎖改造

用成熟可靠的先導(dǎo)式電空閥替換直通式電空閥+先導(dǎo)柱塞閥，原有通路保持不變。將電空聯(lián)鎖類型由可選擇的2種簡(jiǎn)化為1種。改動(dòng)對(duì)比方案見(jiàn)圖3與圖4。

2.2.1客貨轉(zhuǎn)換改造

為符合UIC 540標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)客貨運(yùn)不同的時(shí)間參數(shù)要求，26LA系統(tǒng)在16#作用管設(shè)計(jì)了3條路徑，參見(jiàn)圖3。

客運(yùn)時(shí)，A4電空閥得電，先導(dǎo)風(fēng)源進(jìn)入A1先導(dǎo)式柱塞閥的A口，使其IN與OUT2通路截?cái)?。同時(shí)A5電空閥失電，A2柱塞閥IN與OUT2通路開(kāi)啟。

貨運(yùn)時(shí)，A4、A5電空閥同時(shí)得電，A2柱塞閥IN與OUT1通路開(kāi)啟。

緊急位時(shí)，A4、A5電空閥同時(shí)失電，A1柱塞閥IN與OUT2通路開(kāi)啟，A2柱塞閥IN與OUT2通路開(kāi)啟。

改造方案中主要采用了型號(hào)為H23WT-L9-B-00(DC74V)的先導(dǎo)式電空閥，該電空閥為二位三通外先導(dǎo)型，用一個(gè)外接先導(dǎo)壓力氣源的先導(dǎo)電磁閥控制一個(gè)二位三通的主閥，通過(guò)控制電源的通斷間接控制主閥氣路方向。電空閥的主閥工作氣源與外先導(dǎo)控制氣源各自獨(dú)立，互不干擾。電空閥失電時(shí)AO連通，得電時(shí)AP連通。

在圖4改造方案中，緊急支路，用B1先導(dǎo)式電空閥替換A1先導(dǎo)式柱塞閥及A4直通式電空閥；客貨支路，用B2替換A2+ A5。

圖3Wabtec客貨轉(zhuǎn)換及電空聯(lián)鎖方案

圖4客貨轉(zhuǎn)換及電空聯(lián)鎖改造方案

B1、B2電空閥的得電狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)整，在系統(tǒng)失電時(shí)，保證客運(yùn)支路有效。具體如下：客運(yùn)時(shí)，B1、B2均失電，B2的AO支路連通；貨運(yùn)時(shí)，B1失電，B2得電，B2的AP支路連通；緊急時(shí)，B1得電，B1的AP支路連通，B2失電，B2的AO支路連通。

2.2.2電空聯(lián)鎖改造

圖3原方案中，A7塞門(mén)為電空聯(lián)鎖類型選擇開(kāi)關(guān)。A7斷開(kāi)時(shí)，電空聯(lián)鎖為I型，電阻制動(dòng)撤銷后空氣制動(dòng)能自動(dòng)追加；A7開(kāi)啟時(shí)，電空聯(lián)鎖為II型，電阻制動(dòng)撤銷后空氣制動(dòng)不能追加。

圖4改造方案中，用B3替換A3+ A6，B3電空閥正常下失電常通，得電時(shí)AP連通并通大氣，通路截?cái)?。由于技術(shù)規(guī)范要求電空聯(lián)鎖類型為I型，改動(dòng)方案中取消了A7聯(lián)鎖選擇塞門(mén)及A8變向閥。

另在圖3原方案中，30R-CDW制動(dòng)閥13#管壓力空氣通過(guò)A9雙向閥進(jìn)入A3先導(dǎo)式柱塞閥，用于單緩時(shí)加快作用風(fēng)缸的排風(fēng)。改造方案中，在13#管上接入B4單緩壓力開(kāi)關(guān)(120～200 kPa)，當(dāng)檢測(cè)到機(jī)車單緩時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)閉合，微機(jī)控制B3得電動(dòng)作對(duì)作用風(fēng)缸進(jìn)行排風(fēng)，加快單緩速度。

2.3過(guò)充改造

過(guò)充功能是26LA制動(dòng)系統(tǒng)為適應(yīng)UIC標(biāo)準(zhǔn)而新增的，可完全獨(dú)立的一項(xiàng)功能。過(guò)充功能控制從原理上分為4個(gè)部分，見(jiàn)圖5。

(1)過(guò)充觸發(fā)，手動(dòng)機(jī)械閥，按下時(shí)開(kāi)啟風(fēng)源通路，松開(kāi)截?cái)嗤贰?/p>

(2)過(guò)充遮斷，當(dāng)制動(dòng)機(jī)自動(dòng)制動(dòng)閥手柄處于緩解位時(shí)，允許使用過(guò)充功能。當(dāng)制動(dòng)閥手柄置緩解位時(shí)，機(jī)車產(chǎn)生警惕、斷鉤緊急制動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)自動(dòng)制動(dòng)閥手柄置制動(dòng)位時(shí)，按下過(guò)充按鈕無(wú)效，過(guò)充被遮斷。

(3)均衡過(guò)充，過(guò)充時(shí)將制動(dòng)管壓力從500 kPa過(guò)充至550 kPa。

(4)總風(fēng)過(guò)充，過(guò)充時(shí)開(kāi)啟旁通支路，加大總風(fēng)管對(duì)制動(dòng)管的充風(fēng)通徑。

對(duì)過(guò)充的電控化改造主要針對(duì)過(guò)充觸發(fā)、過(guò)充遮斷、總風(fēng)過(guò)充3個(gè)部分，均衡過(guò)充保持不變。改動(dòng)對(duì)比方案見(jiàn)圖5～圖6。

圖5Wabtec過(guò)充方案

2.3.1過(guò)充觸發(fā)改造

圖6改造方案中，由B1、B2電控按鈕開(kāi)關(guān)，B5先導(dǎo)式電空閥替代A1、A2機(jī)械式2-BA-1閥。當(dāng)按下B1、B2按鈕時(shí)，B5電空閥得電開(kāi)啟通路，松開(kāi)按鈕則電空閥失電，通路截?cái)唷Ｓ肂4國(guó)產(chǎn)減壓閥(型號(hào)QTY-ZY-L10)替換體積較大的A4N-1減壓閥。B4減壓閥壓力調(diào)整至550 kPa。

2.3.2過(guò)充遮斷改造

圖5原方案中，當(dāng)30R-CDW控制閥置緩解位時(shí)，3#管經(jīng)24-A雙向閥進(jìn)入A5HB-5繼動(dòng)閥10#口，使HB-5繼動(dòng)閥11#與12#連通，過(guò)充通路開(kāi)啟。當(dāng)30R-CDW置制動(dòng)區(qū)3#管無(wú)壓力時(shí)，或者懲罰制動(dòng)產(chǎn)生，P-2-A1閥25#管有壓力輸出時(shí)，HB-5繼動(dòng)閥11#與9#連通，過(guò)充通路被遮斷。

圖6改造方案中，由B3壓力開(kāi)關(guān)(300～400 kPa)，B6先導(dǎo)式電空閥替代A5HB-5繼動(dòng)閥，當(dāng)3#管有壓力輸出時(shí)，B3壓力開(kāi)關(guān)閉合，微機(jī)控制B6電空閥處失電狀態(tài)，AO連通，允許過(guò)充。當(dāng)3#管無(wú)壓力輸出時(shí)，B3斷開(kāi)，B6得電截?cái)嗤?，過(guò)充被遮斷。當(dāng)機(jī)車產(chǎn)生警惕、斷鉤緊急制動(dòng)時(shí)，微機(jī)直接控制B6得電截?cái)嗤?。P-2-A1制動(dòng)閥25#管壓力信號(hào)可進(jìn)行封堵。

2.3.3總風(fēng)過(guò)充改造

原方案中，按下過(guò)充按鈕A1、A2時(shí)，A7HB-5繼動(dòng)閥11#與12#連通，12#口排大氣。 A6先導(dǎo)式柱塞閥EX1與OUT1連通，開(kāi)啟旁通支路，增大總風(fēng)管與30-CW中繼閥的通徑，加快過(guò)充速度。

改造方案中，由B7內(nèi)先導(dǎo)式電空閥，型號(hào)H22ZD-25-G(DC74V)，替代A6+A7，B7動(dòng)作由B1、B2按鈕開(kāi)關(guān)直接控制。

另圖5 中，A8～A10用于總風(fēng)過(guò)充延時(shí)，當(dāng)松開(kāi)A1、A2后，A6能繼續(xù)保持旁通支路開(kāi)啟約120 s。改造方案中將機(jī)械延時(shí)的A8～A10取消，直接由微機(jī)控制B7延時(shí)。

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

(1)雙A-1閥方案試驗(yàn)動(dòng)作正常。緊急制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)A-1閥同時(shí)動(dòng)作，為制動(dòng)管遮斷、機(jī)車動(dòng)力切除提供了冗余。緊急撒沙時(shí)間的改動(dòng)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試撒沙時(shí)間為30～35 s，大于機(jī)車緊急制動(dòng)理論時(shí)間25.4 s，滿足機(jī)車緊急制動(dòng)撒沙要求。

(2)客貨轉(zhuǎn)換電控化改造后，測(cè)試單機(jī)制動(dòng)性能參數(shù)，制動(dòng)機(jī)客運(yùn)位、貨運(yùn)位、緊急位制動(dòng)時(shí)間參數(shù)，均滿足UIC 540-2006標(biāo)準(zhǔn)。

圖6過(guò)充改造方案

(3)進(jìn)一步分析認(rèn)為，在Wabtec公司提供的圖3原理中，緊急支路A1先導(dǎo)式柱塞閥通路由于被后面縮孔φ0.8限制，該支路對(duì)緊急制動(dòng)上閘時(shí)間參數(shù)應(yīng)該不會(huì)有太大影響。通過(guò)現(xiàn)車對(duì)比試驗(yàn)，在緊急制動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟和封堵該支路，制動(dòng)缸上閘時(shí)間幾乎不受影響，時(shí)間保持在4～5 s。A1先導(dǎo)式柱塞閥及縮孔φ0.8應(yīng)該可以取消，這有待后續(xù)和Wabtec公司商榷優(yōu)化。

(4)電空聯(lián)鎖功能正常，撤銷電阻制動(dòng)后，空氣制動(dòng)能迅速追加。機(jī)車單緩時(shí)，客運(yùn)、貨運(yùn)單緩時(shí)間均在3 s內(nèi)。

(5)對(duì)過(guò)充功能的驗(yàn)證，初次過(guò)充時(shí)間偏長(zhǎng)，過(guò)充風(fēng)缸需要較長(zhǎng)時(shí)間才能充至定壓。在單機(jī)緊急制動(dòng)緩解后立即使用過(guò)充，制動(dòng)管從500 kPa過(guò)充至550 kPa時(shí)間在25～30 s，之后再次使用過(guò)充，時(shí)間穩(wěn)定在5～8 s。過(guò)充自然消除時(shí)間在200～300 s。從測(cè)試結(jié)果看，過(guò)充風(fēng)缸容積16.4 m3有進(jìn)一步縮減的可能，以縮短初始過(guò)充時(shí)間，這有待后續(xù)和Wabtec公司商榷優(yōu)化。

SDA4型機(jī)車于2015年初在資陽(yáng)公司完成試驗(yàn)調(diào)試并通過(guò)泰國(guó)TPIPL公司初步驗(yàn)收，目前已在泰國(guó)投入正式的運(yùn)用考核中。該機(jī)車成功的將符合UIC540標(biāo)準(zhǔn)的26LA制動(dòng)系統(tǒng)集成運(yùn)用并裝車。在充分理解掌握其工作原理后，對(duì)部分制動(dòng)輔助系統(tǒng)進(jìn)行了電控化改造，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證其改造是可行的，為今后制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]夏寅蓀.ND5型內(nèi)燃機(jī)車[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1988.

The Air Brake System of SDA4Locomotive Exported to Thailand

JIANGGe,HEMingyang,ZHANGBin

(Research and Development Department, CRRC Ziyang Co.,Ltd., Ziyang 641301 Sichuan, China)

In this paper the author introduced the air brake system's structure and principle of SDA4locomotive which was exported to Thailand, and the electrical modifying of the 26LA braking system in accordance with UIC Code 540.

SDA4locomotive； 26LA braking system； electric modification； UIC Code

1008-7842 (2016) 02-0032-05

男，工程師(

2015-10-12)

U260.35+4

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.07