貨物列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法優(yōu)化研究

刁曉明

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車車輛研究所， 北京 100081)

近年來(lái)隨著既有車輛提速改造及新型貨車大量投入運(yùn)用，鐵路貨車制動(dòng)部件大量采用新技術(shù)、新材料、新工藝，貨車自動(dòng)制動(dòng)機(jī)由GK、103型全部統(tǒng)型為120、120-1型，采用密封式制動(dòng)缸、法蘭密封式制動(dòng)管系、空重車自動(dòng)調(diào)整裝置、閘瓦間隙自動(dòng)調(diào)整器和高摩合成閘瓦，貨車制動(dòng)性能得到了較大幅度的提升。TG/CL113—2010《鐵路貨車運(yùn)用維修規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱“運(yùn)規(guī)”)仍沿用較早時(shí)期的試驗(yàn)方法，存在重復(fù)技檢，試驗(yàn)方案繁瑣，部分試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)重復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)列檢試風(fēng)作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率偏低等情況，且列檢作業(yè)場(chǎng)人工保證距離由500 km延長(zhǎng)至1000 km，大多數(shù)列車均會(huì)途經(jīng)長(zhǎng)大下坡道，始發(fā)、中轉(zhuǎn)作業(yè)列車原規(guī)定的“全部試驗(yàn)”已不適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用要求。為配合運(yùn)規(guī)的修訂，在確保安全的前提下，有必要對(duì)原規(guī)定進(jìn)行優(yōu)化研究。優(yōu)化方案應(yīng)與原規(guī)定中試驗(yàn)方法功能一致、不降低指標(biāo)要求、不遺漏檢查項(xiàng)點(diǎn)、精簡(jiǎn)重復(fù)檢查項(xiàng)目，并能提高列檢作業(yè)效率。

1 TG/CL113—2010《鐵路貨車運(yùn)用維修規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定及功能分析

TG/CL113—2010《鐵路貨車運(yùn)用維修規(guī)程》第94條至第97條對(duì)貨物列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)場(chǎng)所、種類以及試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定(以下簡(jiǎn)稱“原規(guī)定”)。其中始發(fā)貨物列車進(jìn)行全部試驗(yàn)，包括①漏泄試驗(yàn)、②感度試驗(yàn)、③安定保壓試驗(yàn)等3項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目。若列檢作業(yè)場(chǎng)發(fā)出列車運(yùn)行前方途經(jīng)長(zhǎng)大下坡道區(qū)間的，在始發(fā)或中轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)還需施行④持續(xù)一定時(shí)間保壓試驗(yàn)。試驗(yàn)方法如下：

(1)漏泄試驗(yàn)：關(guān)閉第1輛車前端折角塞門，列車管系保壓1 min，無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀顯示的列車主管壓力下降不大于20 kPa，試驗(yàn)完畢后開啟折角塞門。

(2)感度試驗(yàn)：置常用制動(dòng)位，減壓50 kPa(編組60輛以上時(shí)減壓70 kPa),全列車須發(fā)生制動(dòng)作用，并在1 min內(nèi)不得發(fā)生自然緩解。然后置運(yùn)轉(zhuǎn)位充風(fēng)緩解，全列車須在1 min內(nèi)緩解完畢。

(3)安定保壓試驗(yàn)：置常用制動(dòng)位，減壓140 kPa(列車主管壓力為600 kPa時(shí)減壓170 kPa)，不得發(fā)生緊急制動(dòng)，并確認(rèn)制動(dòng)缸活塞行程須符合規(guī)定；同時(shí)保壓，1 min內(nèi)無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀顯示的制動(dòng)主管壓力下降不大于20 kPa。

(4)持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)：置常用制動(dòng)位，減壓100 kPa后保壓，在3 min內(nèi)不得發(fā)生自然緩解。

各試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)的功能作用分析如下：

漏泄試驗(yàn)：關(guān)閉機(jī)后第一輛車前端折角塞門后，切斷了機(jī)車對(duì)列車制動(dòng)主管的充風(fēng)，此時(shí)車輛制動(dòng)管壓力通過緩解通路與副風(fēng)缸和加速緩解風(fēng)缸連通。當(dāng)車輛制動(dòng)管和副風(fēng)缸系統(tǒng)漏泄，均可通過尾部制動(dòng)管壓力變化檢查。

感度試驗(yàn)：檢查列車管是否貫通，最小減壓量情況下車輛有無(wú)制動(dòng)作用；保壓1 min檢查制動(dòng)管、副風(fēng)缸和制動(dòng)缸等管系漏泄；充風(fēng)緩解時(shí)車輛是否正常緩解。

安定保壓試驗(yàn)：檢查是最大減壓量情況下車輛有無(wú)意外緊急制動(dòng)；在手動(dòng)二級(jí)空重車裝置及無(wú)閘調(diào)器條件下檢查制動(dòng)缸活塞行程，以保證列車有足夠的制動(dòng)力。

持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)：檢查制動(dòng)保壓過程中列車是否有自然緩解，列車是否有制動(dòng)力衰減。

綜上所述，列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的功能有：確認(rèn)列車主管是否貫通，進(jìn)行漏泄量測(cè)試，檢查各車輛有無(wú)制動(dòng)/緩解作用、列車是否有自然緩解、列車是否有意外緊急制動(dòng)、列車是否有制動(dòng)力衰減。

2 優(yōu)化方案研究

2.1 優(yōu)化方案

基于前述制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方案優(yōu)化的原則，從列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的功能需求出發(fā)，提出了將原規(guī)定中漏泄試驗(yàn)和安定保壓試驗(yàn)中的漏泄測(cè)試合并至感度試驗(yàn)中進(jìn)行，原持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)合并至感度試驗(yàn)中形成感度保壓試驗(yàn)，同時(shí)將始發(fā)全部試驗(yàn)和持續(xù)一定時(shí)間全部試驗(yàn)合并為持續(xù)一定時(shí)間全部試驗(yàn)的優(yōu)化方案。

即將原規(guī)定始發(fā)貨物列車進(jìn)行全部試驗(yàn)(漏泄試驗(yàn)、感度試驗(yàn)、安定保壓試驗(yàn)3項(xiàng)試驗(yàn))和若列檢作業(yè)場(chǎng)發(fā)出列車運(yùn)行前方途經(jīng)長(zhǎng)大下坡道區(qū)間在始發(fā)或中轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)還需施行持續(xù)一定時(shí)間保壓試驗(yàn)，優(yōu)化為始發(fā)和中轉(zhuǎn)作業(yè)列車發(fā)車前施行一次持續(xù)一定時(shí)間的全部試驗(yàn)，即：

(1)感度保壓試驗(yàn)：置常用制動(dòng)位，減壓 50 kPa(編組60輛及以上時(shí)減壓70 kPa),全列車須發(fā)生制動(dòng)作用；同時(shí)保壓，第1 min內(nèi)無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀顯示的列車主管壓力下降不大于20 kPa，3 min內(nèi)不得發(fā)生自然緩解，并確認(rèn)制動(dòng)缸活塞行程無(wú)異常。然后置運(yùn)轉(zhuǎn)位充風(fēng)緩解，全列車須在1 min內(nèi)緩解完畢。

(2)安定試驗(yàn)：置常用制動(dòng)位，減壓140 kPa(列車主管壓力為600 kPa時(shí)減壓170 kPa)，不得發(fā)生緊急制動(dòng),并確認(rèn)感度保壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)異常的制動(dòng)缸活塞行程是否符合規(guī)定。

2.2 優(yōu)化方案與原規(guī)定的功能分析

從制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)功能進(jìn)行分析：

(1)列車管貫通及列車制動(dòng)/緩解作用檢查

保留了感度試驗(yàn)和安定試驗(yàn)，通過列檢人員人工和無(wú)線風(fēng)壓監(jiān)測(cè)儀檢查列車管的貫通和列車的制動(dòng)/緩解作用。

(2)漏泄量測(cè)試

漏泄試驗(yàn)由原規(guī)定中緩解位和安定位漏泄測(cè)試調(diào)整為在感度保壓試驗(yàn)中測(cè)試。原檢查方法緩解位漏泄測(cè)試主要測(cè)試制動(dòng)主管、車輛副風(fēng)缸和加速緩解風(fēng)缸的漏泄。優(yōu)化為在感度保壓位測(cè)試后，根據(jù)120/120-1型制動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，除可進(jìn)行上述漏泄測(cè)試外，若制動(dòng)缸存在漏泄時(shí)，列車管可通過制動(dòng)機(jī)局減閥對(duì)其充氣，從而亦可對(duì)制動(dòng)缸漏泄進(jìn)行間接測(cè)試。

(3)列車自然緩解/制動(dòng)力衰減檢查：若副風(fēng)缸和制動(dòng)缸存在較大漏泄，列車管壓力高于副風(fēng)缸壓力，列車將發(fā)生自然緩解。在感度保壓試驗(yàn)中，保壓3 min進(jìn)行檢查；

(4)列車意外制動(dòng)檢查：若制動(dòng)管存在較大漏泄，副風(fēng)缸壓力高于制動(dòng)管壓力，列車將發(fā)生意外制動(dòng)。在感度保壓試驗(yàn)中，保壓1 min，可通過檢查列車管壓力變化檢查；

(5)列車意外緊急制動(dòng)檢查：在安定試驗(yàn)時(shí)檢查。

從上述制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)功能分析來(lái)看，優(yōu)化后，原規(guī)定所有的試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)都已覆蓋。優(yōu)化前后的功能對(duì)比見表1。

表1 優(yōu)化方案與原規(guī)定方法的功能對(duì)比表

3 優(yōu)化前后的試驗(yàn)臺(tái)驗(yàn)證

為驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性，是否會(huì)造成始發(fā)和中轉(zhuǎn)作業(yè)列車制動(dòng)性能的重大漏判和誤判，及兩種方法在性能指標(biāo)方面與原方法的一致性，分別在1:1列車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和4個(gè)鐵路局運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)組織對(duì)比試驗(yàn)。由于優(yōu)化方案與原規(guī)定的主要變化是漏泄試驗(yàn)與持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)，因此試驗(yàn)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)時(shí)主要針對(duì)這兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)驗(yàn)證兩種方案的一致性。

3.1 漏泄試驗(yàn)

在試驗(yàn)臺(tái)上選擇60輛貨車編組，分別模擬列車管、副風(fēng)缸、制動(dòng)缸漏泄，分別在列車管定壓500 kPa和600 kPa下，采用優(yōu)化方案和原規(guī)定方案進(jìn)行對(duì)比漏泄試驗(yàn)，測(cè)試第60位列車管壓力下降值。

(1)列車管漏泄

采用制造多點(diǎn)漏泄方法，在多個(gè)車輛的制動(dòng)支管上模擬漏泄，使漏泄量分別為小于20 kPa/min，20 kPa/min(臨界標(biāo)準(zhǔn))和大于20 kPa/min，分別采用優(yōu)化前后的兩種方案進(jìn)行漏泄試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表2。

從試驗(yàn)結(jié)果可見，采用兩種方案在列車管不同漏泄量工況下進(jìn)行試驗(yàn)，兩種方案的試驗(yàn)結(jié)果都反映出了列車管漏泄量的變化，使用優(yōu)化方案測(cè)得的值較使用原方案的值略高，較原方案略嚴(yán)格。

(2)副風(fēng)缸漏泄

分別在正常狀態(tài)(未模擬副風(fēng)缸漏泄)和在第3、15、23、30、33、45、57位貨車模擬副風(fēng)缸輕微漏泄且不發(fā)生自緩狀態(tài)下使用兩種方案進(jìn)行，測(cè)試第60位車輛的列車管壓力。試驗(yàn)結(jié)果如表3。

表2 優(yōu)化前后漏泄對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

表3 副風(fēng)缸漏泄對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可見，副風(fēng)缸發(fā)生漏泄都會(huì)增加列車管的漏泄量，使用優(yōu)化方案測(cè)得的值較使用原方案的值略高，較原方案略嚴(yán)格。

(3)制動(dòng)缸漏泄

分別在正常狀態(tài)(未模擬制動(dòng)缸漏泄)和在第3、30、57位貨車模擬制動(dòng)缸漏泄?fàn)顟B(tài)下使用兩種方案進(jìn)行，測(cè)試第60位車輛列車管壓力。試驗(yàn)結(jié)果如表4。

表4 制動(dòng)缸漏泄時(shí)的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可見，制動(dòng)缸發(fā)生漏泄也會(huì)相應(yīng)增加列車管的漏泄量，使用優(yōu)化方案測(cè)得的值仍然較使用原方案的值略高，較原規(guī)定略嚴(yán)格。

綜上所述，從試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：

(1)制動(dòng)管系不同部位發(fā)生漏泄會(huì)引起的列車管壓力下降，采用原規(guī)定和優(yōu)化方案均可以在相應(yīng)的漏泄測(cè)試時(shí)反映，兩種方案的功能基本一致；

(2)原規(guī)定的漏泄測(cè)試分為緩解位漏泄和安定位試驗(yàn)，安定位試驗(yàn)測(cè)得的漏泄值較緩解位時(shí)測(cè)得的漏泄值大，而采用優(yōu)化方案時(shí)進(jìn)行感度試驗(yàn)，車輛各部位發(fā)生漏泄時(shí)測(cè)得的漏泄值均較原規(guī)定方案稍大；

(3)所有漏泄測(cè)試的漏泄量判定標(biāo)準(zhǔn)均不得超過20 kPa/min，優(yōu)化方案由于在感度位進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得的值略高，因此，優(yōu)化方案對(duì)車輛漏泄的標(biāo)準(zhǔn)要求更高，更偏于安全。

3.2 持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)

根據(jù)120型空氣制動(dòng)機(jī)原理，制動(dòng)保壓位時(shí)，副風(fēng)缸漏泄會(huì)使副風(fēng)缸壓力降低，當(dāng)其壓力低于列車管壓力一定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致車輛制動(dòng)機(jī)自緩。

在試驗(yàn)臺(tái)上采用編組60輛車輛，分別在第3、15、23、30、33、45、57位車輛副風(fēng)缸模擬漏泄，使用減壓100 kPa和感度位保壓3 min兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行持續(xù)一定時(shí)間的保壓，檢查發(fā)生漏泄的各車自緩情況，并通過小心調(diào)整副風(fēng)缸的漏泄量，使第3位、第30位和第57位車輛分別在2 min，1 min，3 min左右發(fā)生自緩，重點(diǎn)測(cè)試該3位車輛發(fā)生自緩的時(shí)間。

試驗(yàn)時(shí)，使用兩種方案進(jìn)行持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)時(shí)，第3、15、23、30、33、45、57位貨車均發(fā)生自緩；重點(diǎn)關(guān)注的第3位、第30位和第57位貨車的自緩時(shí)間。試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 原規(guī)定和優(yōu)化方案試驗(yàn)時(shí)自緩時(shí)間比較

從圖1可見，采用兩種方案試驗(yàn)時(shí)此3輛貨車均基本在3 min內(nèi)依次發(fā)生自緩，自緩順序均為第30位，第3位，第57位。優(yōu)化方案與原規(guī)定都能起到檢查車輛自緩的作用，在減壓50 kPa狀態(tài)下進(jìn)行持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)與原減壓100 kPa進(jìn)行持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)相比，車輛發(fā)生自緩的時(shí)間相當(dāng)或略短，對(duì)列車自緩的檢查標(biāo)準(zhǔn)略高，更偏于安全。

3.3 優(yōu)化方案現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性和與原規(guī)定的一致性，分別選取東北、西北、西南和中東部地區(qū)各一個(gè)路局列檢作業(yè)場(chǎng)分別按原規(guī)定方案和優(yōu)化方案進(jìn)行列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。被試列車編組輛數(shù)均在50輛以上，采用機(jī)車或列車試驗(yàn)器，制動(dòng)主管定壓分別為500 kPa和600 kPa，共計(jì)進(jìn)行了42列貨物列車對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩種試驗(yàn)方法試驗(yàn)結(jié)果差異不大，漏泄測(cè)試結(jié)果基本一致。

4 優(yōu)化效果分析

(1)通過對(duì)原規(guī)定各項(xiàng)試驗(yàn)的功能分析，在保證原有試驗(yàn)功能不變的前提下，將制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行整合，由4項(xiàng)試驗(yàn)優(yōu)化為兩項(xiàng)，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)，提高了作業(yè)效率。上述4個(gè)路局在進(jìn)行制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證時(shí)，還進(jìn)行了作業(yè)時(shí)間的對(duì)比。該4個(gè)路局始發(fā)和中轉(zhuǎn)列檢作業(yè)場(chǎng)按優(yōu)化方案進(jìn)行持續(xù)一定時(shí)間的全部試驗(yàn)，根據(jù)42列車作業(yè)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)間平均縮短45.5%，提高了運(yùn)輸效率。

(2)原規(guī)定中，完成全部試驗(yàn)和持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)，列檢作業(yè)班組須至少進(jìn)行3次全列巡查，俗稱“跑三閘”，即：在感度試驗(yàn)時(shí)，確認(rèn)全列車是否發(fā)生制動(dòng)作業(yè)，1 min內(nèi)是否有車輛發(fā)生自然緩解，充風(fēng)緩解后全列車是否在1 min內(nèi)緩解；安定保壓試驗(yàn)時(shí)，確認(rèn)制動(dòng)缸活塞行程是否符合規(guī)定；確認(rèn)是否有車輛發(fā)生自然緩解。按優(yōu)化方案，作業(yè)班組只須在感度保壓試驗(yàn)中進(jìn)行一次全列巡查，同時(shí)確認(rèn)車輛是否發(fā)生制動(dòng)作用，3 min 內(nèi)是否發(fā)生自然緩解，確認(rèn)制動(dòng)缸活塞行程是否有異常，充風(fēng)緩解后全列車是否在1 min內(nèi)緩解；如在感度保壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別車輛制動(dòng)缸活塞行程異常，在安定試驗(yàn)時(shí)只需針對(duì)問題車輛進(jìn)行處理，大大降低了列檢作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié) 論

(1)經(jīng)過理論分析及試驗(yàn)對(duì)比，列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)，采用優(yōu)化方案具備與原規(guī)定方案相同的檢查功能，按兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

(2)由于優(yōu)化方案在感度試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行漏泄量測(cè)試和持續(xù)一定時(shí)間的保壓試驗(yàn)，其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)比原方案略高，偏于安全。

(3)采用優(yōu)化方案進(jìn)行列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，作業(yè)時(shí)間比采用原規(guī)定方案時(shí)間平均縮短45%以上，縮短了列檢作業(yè)時(shí)間，提高了運(yùn)輸效率。

(4)制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)列檢人員試風(fēng)作業(yè)由原來(lái)的“跑三閘”減少為“跑一閘”，大大降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

(5)優(yōu)化方案已被納入新運(yùn)規(guī)《鐵路貨車運(yùn)用維修規(guī)程》(TG/CL 113—2018)第七十三條和七十五條，由于現(xiàn)行列檢作業(yè)場(chǎng)人工保證距離由500 km延長(zhǎng)至1 000 km，大多數(shù)列車均會(huì)途經(jīng)長(zhǎng)大下坡道，始發(fā)、中轉(zhuǎn)作業(yè)列車均按“持續(xù)一定時(shí)間的全部試驗(yàn)”進(jìn)行列車制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。