電力機(jī)車停放制動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)探究

趙福貴

【摘 要】現(xiàn)階段，我國(guó)電力機(jī)車數(shù)量明顯增長(zhǎng)，尤其是以電力驅(qū)動(dòng)、列車牽引控制系統(tǒng)等為代表，已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。其中停放制動(dòng)系統(tǒng)作為電力機(jī)車的重要組成部分，發(fā)揮著重要作用，在本次研究中，以電力機(jī)車停放制動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，從停放制動(dòng)系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路徑進(jìn)行了研究，希望能對(duì)相關(guān)人員工作有所幫助。

【關(guān)鍵詞】電力機(jī)車；停放制動(dòng)系統(tǒng)；風(fēng)缸

中圖分類號(hào)： U264 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）32-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.011

【Abstract】At this stage，the number of electric locomotives in China has increased significantly，especially represented by electric drive and train traction control systems，which have reached the international advanced level.Among them， parking brake system plays an important role as an important part of electric locomotive.In this study，the electric locomotive parking brake system is taken as the research object，and the design path of the system is based on the principle of parking brake system. Research has been carried out，hoping to help the work of the relevant personnel.

【Key words】Electric locomotive；Parking brake system；Air cylinder

0 前言

停放制動(dòng)系統(tǒng)是電力機(jī)車的重要組成部分，但是越來(lái)越多的實(shí)踐證明，很多電力機(jī)車因?yàn)樾枰L(zhǎng)時(shí)間在坡道上停放，增加了機(jī)車意外溜放的概率，存在安全隱患，因此在未來(lái)工作中，相關(guān)人員必須要進(jìn)一步了解電力機(jī)車停放制動(dòng)系統(tǒng)的使用要求，并從技術(shù)的手段入手，了解系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法與路徑，最終為增強(qiáng)電力機(jī)車運(yùn)行能力奠定基礎(chǔ)。

1 電力機(jī)車停放系統(tǒng)的總體構(gòu)成與性能研究

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

電力機(jī)車停放系統(tǒng)是機(jī)車的核心系統(tǒng)，并且機(jī)車的制動(dòng)控制是由機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)完成的，因此制動(dòng)系統(tǒng)的性能將會(huì)直接影響機(jī)車運(yùn)行。本文所介紹的電力機(jī)車停放制動(dòng)系統(tǒng)，其系統(tǒng)構(gòu)成主要包括以下：

（1）停放制動(dòng)系統(tǒng)控制裝置。該裝置主要由電控按鈕、電控線路與制動(dòng)控制單位等幾方面構(gòu)成。停放制動(dòng)的控制裝置是電氣裝置，其中按壓由司機(jī)駕駛室的“停放施加”紅色按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，在機(jī)車運(yùn)行過程中，當(dāng)駕駛員發(fā)出停放制動(dòng)的指令之后，該指令將會(huì)通過線纜直接控制制動(dòng)柜上停放制動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)列車運(yùn)行過程的控制，并通過接線盒線路直接傳送到雙穩(wěn)態(tài)電磁閥上，通過電磁、失電等來(lái)控制電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣路走向的控制，并且在這個(gè)過程中，電信號(hào)可以直接向氣信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這樣司機(jī)就可以完成停放制動(dòng)。

（2）停放制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在電力機(jī)車中，其停放制動(dòng)系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)為帶有停放制動(dòng)缸的制動(dòng)器，在這個(gè)過程中，氣路的另一端連接著控制器，停放缸中設(shè)有儲(chǔ)能彈簧，當(dāng)司機(jī)發(fā)出停放制動(dòng)動(dòng)作之后，制動(dòng)的原動(dòng)力就是由這些彈簧提供的。在機(jī)車停放時(shí)，制動(dòng)器蓄能部分應(yīng)處在制動(dòng)狀態(tài)上，當(dāng)制動(dòng)器的儲(chǔ)能缸內(nèi)的壓縮空氣被排出之后，蓄能活塞在橄欖簧的彈簧力作用下向下移動(dòng)，同時(shí)通過雙頭絲桿拉動(dòng)楔塊使之處于制動(dòng)位置，起到蓄能制動(dòng)的作用。

1.2 停放制動(dòng)系統(tǒng)的性能研究

從停放制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況來(lái)看，其設(shè)計(jì)的主要目的，就是要讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的停放制動(dòng)力即使在最大坡度上，也能保證列車的安全停放。此時(shí)需要注意的是，停放制動(dòng)下的機(jī)車處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此在這種情況下，停放制動(dòng)力會(huì)讓機(jī)車在線路的任何坡度上都能保持著理想的停駐狀態(tài)[1]。所以在停放制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)該考慮坡道下滑力以及一些其他的附加力。針對(duì)這種情況，本次在停放制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)機(jī)車運(yùn)行到最大坡道位置時(shí)，踏面制動(dòng)器闡瓦與踏面間的法向正壓力由停放制動(dòng)單元提供，此時(shí)則有計(jì)算關(guān)系式為：

在上述關(guān)系式中，B代表停放制動(dòng)力的摩擦力；K代表機(jī)車提供的正壓力。R代表車輪的滾動(dòng)半徑；？準(zhǔn)k代表閘瓦與踏面間的摩擦系數(shù)情況，N代表摩擦力。

在這種情況下，電力機(jī)車的輪軌間的切向力就是一種靜摩擦力，輪軌間的法向力與靜摩擦系數(shù)的面積，其最大值與接觸點(diǎn)法向力之間存在著密切關(guān)系。但是就實(shí)際情況而言，機(jī)車在停放過程中，踏面與車輪之間的制動(dòng)力必然會(huì)小于這個(gè)最大的靜摩擦力，在這種情況下，假設(shè)停駐測(cè)量所要求的踏面間摩擦力大于輪軌間所能提供的經(jīng)摩擦力，就會(huì)使車輪與鋼軌之間出現(xiàn)滑動(dòng)，導(dǎo)致電力機(jī)車移動(dòng)。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 停放制動(dòng)系統(tǒng)的氣路方案

在電力機(jī)車停放制動(dòng)系統(tǒng)中，其氣路系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要充分考慮信號(hào)輸入輸出、壓力源供給等多種因素限制，并且在完成氣路系統(tǒng)功能要求，還需要從電力機(jī)車停放制動(dòng)的實(shí)際運(yùn)行需求來(lái)確定其氣路方案[2]。

從目前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，我國(guó)引進(jìn)的HXD2型和諧電力機(jī)車的停放制動(dòng)系統(tǒng)風(fēng)源都是直接由副風(fēng)缸提供的，在這種情況下，停放制動(dòng)系統(tǒng)的氣路方案中應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)的控制指令直接將相關(guān)信息傳遞給氣路系統(tǒng)，所以在氣路方案中，需要將停放制動(dòng)的信息反饋裝置納入到系統(tǒng)中，確保駕駛員的各種指令都會(huì)得到制動(dòng)設(shè)備的反饋。氣路方案的實(shí)現(xiàn)主要包括壓力傳感器、壓力測(cè)試口等，其中壓力測(cè)試的主要作用，就是方便司機(jī)或者相關(guān)技術(shù)人員對(duì)氣路方案進(jìn)行診斷與排查，并且對(duì)這些測(cè)試口都可以在出廠實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)量[3]。而壓力開關(guān)等裝置就是要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的壓力狀態(tài)，通過將這些氣壓信號(hào)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)在傳送到BCU等控制中樞中之后，機(jī)車控制系統(tǒng)將會(huì)直接將停放制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)以及其他系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行比較，并根據(jù)控制系統(tǒng)執(zhí)行操作。

氣路方案的實(shí)現(xiàn)依靠停放制動(dòng)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，氣路的終端作為一種制動(dòng)管理單位，具體的停放制動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

通過調(diào)節(jié)閥的作用，停車制動(dòng)系統(tǒng)可以通過設(shè)施節(jié)流孔的方法，避免較大的流量涌向下游，停放的風(fēng)缸氣壓變動(dòng)較大，不會(huì)影響節(jié)流孔，并且停放制動(dòng)系統(tǒng)氣路能夠通過制動(dòng)系統(tǒng)氣路的穩(wěn)定性來(lái)避免出現(xiàn)氣壓波動(dòng)情況。

2.2 停放制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

本文所介紹的停放制動(dòng)缸將停放儲(chǔ)能彈簧作用力通過推桿、常用制動(dòng)缸、間隙調(diào)整器等直接傳遞到車輪上產(chǎn)生摩擦力，這樣就能施加停放制動(dòng)，并且停放制動(dòng)缸的工作原理就是為充風(fēng)緩解排風(fēng)，并保證其執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有手動(dòng)緩解的能力。

在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)階段，為了確保停放制動(dòng)缸具有手動(dòng)緩解的功能，決定采用儲(chǔ)能彈簧、推桿、螺紋副等機(jī)構(gòu)之間的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一系統(tǒng)，需要安裝在中間座一側(cè)的手動(dòng)緩解裝置，用螺栓固定安裝在中間座上方，依靠棘輪銷通過中間座由棘輪銷導(dǎo)向深入內(nèi)部，并通過裝配在中間座上的棘輪相互作用，構(gòu)建手動(dòng)緩解的核心部位。在確定制定機(jī)構(gòu)的核心部位之后，需要通過緩解拉桿的方法連接棘輪銷與彈性擋圈，在這個(gè)連接機(jī)制中，通過緩解閥與拉桿中的復(fù)位彈簧，當(dāng)司機(jī)發(fā)出制動(dòng)指令之后，復(fù)位彈簧可以在手動(dòng)緩解之后，直接讓棘輪銷自動(dòng)復(fù)位并鎖住，這種方法就能有效避免不合理操作對(duì)緩解裝置造成的破壞。

2.3 停放制動(dòng)缸工作狀態(tài)

在停放制動(dòng)缸緩解工作中，其初始狀態(tài)下的停放缸內(nèi)充滿著壓縮氣體，通過氣體的運(yùn)動(dòng)來(lái)促使儲(chǔ)能彈簧運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的停放制動(dòng)處于緩解狀態(tài)下。在這種情況下，壓縮氣體就可以通過防疊加結(jié)構(gòu)來(lái)控制制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于停放制動(dòng)缸而言，當(dāng)發(fā)出停放制動(dòng)指令時(shí)，通過雙穩(wěn)態(tài)電磁閥將會(huì)持續(xù)的將下游氣體排向大氣，此時(shí)的停放缸內(nèi)沒有壓縮氣體，而儲(chǔ)能彈簧組將會(huì)持續(xù)的向下伸長(zhǎng)，并且在停放推桿與常用制動(dòng)活塞接觸之后，通過旋轉(zhuǎn)套筒、軸承等裝置，直接將儲(chǔ)備彈簧所具有的力傳送到制動(dòng)活塞上，并依靠常用制動(dòng)缸實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。而當(dāng)制定車輛停放制動(dòng)緩解的時(shí)候，停放制動(dòng)缸中將會(huì)重新充滿壓縮氣體，活塞將會(huì)在壓縮氣體的作用下直接帶動(dòng)停放推桿的運(yùn)動(dòng)，直到其運(yùn)行狀態(tài)能夠回歸到原始狀態(tài)下。

為了能夠進(jìn)一步增強(qiáng)功能，停放制動(dòng)缸所設(shè)置的棘輪裝置上，可以通過停放制動(dòng)手動(dòng)緩解與復(fù)位功能來(lái)實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)運(yùn)動(dòng)。尤其是在一些特定的狀況下，停放控制系統(tǒng)的故障都可以通過隔離停放制動(dòng)的方式完成手動(dòng)緩解，方便司機(jī)及時(shí)有效的完成停放制動(dòng)工作。在停放制動(dòng)缸工作狀態(tài)下，手動(dòng)拉動(dòng)拉環(huán)的主要功能就是要保證推桿可以正確復(fù)位，并且拉環(huán)勞動(dòng)時(shí)間的一般時(shí)間可以在三秒鐘內(nèi)完成，可以通過反復(fù)拉動(dòng)的方法來(lái)增強(qiáng)手動(dòng)緩解的效果。

而在停放制動(dòng)缸內(nèi)重新充滿氣體之后，棘輪處于緊縮的狀態(tài)，壓縮氣體將會(huì)推動(dòng)下方的活塞壓向上方儲(chǔ)能彈簧運(yùn)動(dòng)，這樣就可以讓活塞帶動(dòng)套筒一起運(yùn)動(dòng)。此時(shí)優(yōu)于推桿絲杠副與套筒之間存在著相互作用的關(guān)系，這樣在運(yùn)動(dòng)過程中，將會(huì)促使套筒帶動(dòng)棘輪套筒翻轉(zhuǎn)，在這種狀態(tài)下，下層活塞將會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，并讓套筒隨著活塞呈現(xiàn)出反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)上升的狀態(tài)，確保推桿靜止。

3 結(jié)論

本文所介紹的電力機(jī)車停放制動(dòng)系統(tǒng)具有可行性，能夠滿足電力機(jī)車的運(yùn)行情況，因此對(duì)相關(guān)人員而言，在電力機(jī)車停放制度系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照系統(tǒng)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，確保停放制動(dòng)系統(tǒng)可以滿足電力機(jī)車的運(yùn)行要求。

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