旅客列車抱閘故障報警器的研究與設(shè)計

金治彬，艾新影，李龍

（1.呼和浩特鐵路局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 050043；2.石家莊鐵道大學(xué)，河北 石家莊 050043；3.中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 051431）

近年來，我國鐵路事業(yè)不斷發(fā)展，越來越多的人開始選擇火車作為出行方式。而隨著鐵路線的增多，旅客列車在運行過程中地故障問題，成為了重點內(nèi)容，這些故障隱患，對乘客的人身安全產(chǎn)生了巨大的威脅。這些故障中抱閘的相關(guān)問題是最常見的一種問題。抱閘故障出現(xiàn)時，沒有特別的征兆，列車人員很難及時察覺，而且如果抱閘故障沒有得到及時處理后果很嚴(yán)重。長時間在抱閘的狀態(tài)下運行會對車輛的輪子造成巨大損害，導(dǎo)致輪子擦傷、剝離，甚至?xí)硅F軌損壞進而導(dǎo)致列車脫軌，可能造成巨大的人員傷亡。因此，設(shè)計一款實用的抱閘故障報警器具有重要的意義。

1 導(dǎo)致列車出現(xiàn)抱閘故障的原因

1.1 104制動閥發(fā)生故障導(dǎo)致緩解功能下降

104制動閥是導(dǎo)致抱閘故障的根源部件，其工作原理很簡單，列車行駛過程中速度加快，列車管道中的壓力逐漸增大，空氣受到的壓力增大，通過主要的閥門被排出，制動缸里的空氣通過均衡桿軸，在壓力的作用下從中心口被排出，這就是壓力緩解的過程。而104制動閥出現(xiàn)故障直接的影響就是制動缸，會導(dǎo)致制動缸運行過慢，緩解壓力的能力下降。104制動閥可能出現(xiàn)的問題有：

（1）均衡模板損壞。在緩解車廂內(nèi)壓力的過程中，制動缸里的空氣容易從模板破損的地方流出，而制動缸往往建設(shè)在均衡鞲鞴的上方，這些從破損處放出的氣流會流到均衡鞲鞴的下方，進而進入容積室，與容積室里的空氣一起被排出，這就導(dǎo)致制動缸里的空氣壓力不夠，進而導(dǎo)致緩解壓力的速度變慢。

（2）均衡閥門上包裹的膠皮脫落。壓力緩解時，均衡鞲鞴逐漸向下方移動，但是這個時候如果均衡閥門上的膠皮松動進而脫落，脫落下來的膠皮很容易就掉到均衡鞲鞴桿軸的頂部，這會造成軸的向中心口被堵塞，制動缸里的空氣無法排出，導(dǎo)致壓力持續(xù)升高。

（3）作用部位的主要鞲鞴有一塊重要的S型模板，模板比較脆弱，如果沒有維護好容易破損，這就導(dǎo)致主要的鞲鞴無法按照緩解壓力的方式來運行，導(dǎo)致壓力過大。

（4）104制動閥門有專門的濾杯，過來過濾制動閥在使用過程中吸入的灰塵等雜物，需要定時清洗，如果沒有及時清洗造成堵塞，也會導(dǎo)致104制動閥不能正常工作。

1.2 104制動閥不夠穩(wěn)定導(dǎo)致自然制動

104制動閥的質(zhì)量主要取決于彈簧的強度，如果彈簧太脆弱，導(dǎo)致形變幅度太大，制動管稍微減小壓力彈簧就產(chǎn)生很大的形變量，容易導(dǎo)致主要的鞲鞴桿軸上移過多，達(dá)到制動的位置，引起列車的自然制動。

1.3 列車乘務(wù)員的不規(guī)范操作

部分列車乘務(wù)員在工作時沒有嚴(yán)格遵守操作準(zhǔn)則，導(dǎo)致對相關(guān)的問題沒有及時發(fā)現(xiàn)或是出現(xiàn)操作失誤，乘務(wù)員常見的錯誤操作中會導(dǎo)致104制動閥出現(xiàn)故障的主要有以下幾種：

（1）列車行駛過程中出現(xiàn)制動，經(jīng)過檢查無法找到原因，需要對制動系統(tǒng)進行關(guān)門處理，但是部分乘務(wù)員會在關(guān)閉截斷塞門之后忘記排風(fēng)。如果截斷塞門的主閥門上有破損或是不貼合的地方，就會導(dǎo)致104主閥門上的主鞲鞴上移，達(dá)到制動的位置，而副風(fēng)缸里這時壓力變大，導(dǎo)致里面的空氣被排出，這些空氣回流至制動缸就會導(dǎo)致列車制動，進而產(chǎn)生抱閘故障。

（2）運行過程中出現(xiàn)制動，關(guān)門處理時仍處于制動狀態(tài)下，但是在制動狀態(tài)下沒有先排風(fēng)就直接進行關(guān)門，導(dǎo)致列車抱閘運行。

（3）處理基礎(chǔ)的制動故障沒有排風(fēng)，而且在故障處理完畢，重新打開緩解閥門的時候沒有一并開通截斷塞門，導(dǎo)致列車抱閘運行。

1.4 行駛過程中的復(fù)雜環(huán)境因素

列車在冬天行駛的時候很容易遇到大雪的天氣，如果列車運行速度不夠快或是長時間運行，雪融化并凝結(jié)成冰會堵塞列車的排氣孔，排氣孔被堵塞就導(dǎo)致104制動閥無法到達(dá)相應(yīng)的緩解位置，也可能導(dǎo)致制動缸里的空氣無法排出，使列車內(nèi)的壓力過高，導(dǎo)致列車出現(xiàn)制動問題無法自行緩解。

1.5 列車上的操作失誤

列車工作人員在給列車制動管充氣時容易充氣過度，導(dǎo)致列車觸發(fā)緊急制動機制。列車在過充氣狀態(tài)下風(fēng)缸里的實際空氣壓力遠(yuǎn)大于設(shè)計時的理想壓力，會導(dǎo)致壓力超出負(fù)荷無法得到及時的緩解。

2 非正常制動監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計原理

2.1 報警系統(tǒng)的邏輯判斷原理設(shè)計

系統(tǒng)在列車的制動管和制動缸上都要加裝空氣壓力開關(guān)，配合外部的報警設(shè)施，為了使列車員及時發(fā)現(xiàn)問題，報警系統(tǒng)的電路要專門加裝延時繼電器。根據(jù)國家列車相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，制動故障報警系統(tǒng)中的空氣壓力開關(guān)的壓力一般設(shè)置為580kPa，制動缸上的開關(guān)壓力為100kPa，繼電器的時間延遲大概30秒。列車員發(fā)現(xiàn)報警系統(tǒng)報警，在一定的時間內(nèi)對列車是否制動進行判斷，然后再采取對應(yīng)的應(yīng)急方案，繼電器的延遲功能給了列車人員充分的緩沖時間，使列車人員不會慌亂，保持冷靜才能做出正確的決定。報警電路設(shè)置兩個指示燈，分別對應(yīng)抱閘故障和過故障抱閘，指示燈在出現(xiàn)故障時亮起，故障排除后自動滅掉。

2.2 報警器無法預(yù)警的制動情況

列車行駛過程中也會遇到一些特殊情況導(dǎo)致報警器無法及時發(fā)揮功能。比如說，104制動閥因為功能非常重要，列車一般給104制動閥配備的副風(fēng)缸都是大號的，但是列車所使用的風(fēng)泵型號是固定的，這就導(dǎo)致列車開始行駛的時候要充很長時間的氣才能啟動，這個時間沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，需要列車駕駛員憑借經(jīng)驗來把握，但是經(jīng)驗不能保證完全準(zhǔn)確，如果司機感覺不準(zhǔn)，充氣不夠就把制動閥的手把放置在了保持氣壓的位置，就有較大的概率導(dǎo)致列車意外制動。

3 報警器的電路設(shè)計

制動閘上的報警器由兩個壓力開關(guān)、報警裝置、配套的線路等裝置組成。制動管的配套開關(guān)安裝在截斷塞門之后，大致的電路圖如圖1所示。

圖1 報警系統(tǒng)電路簡易圖

除了報警和關(guān)閉的功能之外，報警系統(tǒng)的裝置還應(yīng)當(dāng)設(shè)置記憶功能，方便維修人員之后對故障進行總結(jié)分析。除此以外，電路的走向和安裝的部位也需要進一步的設(shè)計，要讓線路更加整齊，不會影響到列車上閥門的使用。在投入實際運行之后，技術(shù)人員要對列車運行中的情況進行實地考察，在列車的基礎(chǔ)上進行升級改造進一步的開發(fā)列車的速度和舒適性，對某些部件進行升級。比如說把壓力開關(guān)升級為壓力傳感器，在報警系統(tǒng)內(nèi)加裝邏輯判斷裝置等，這些步驟可以讓報警系統(tǒng)變得更加人性化，還可以讓報警系統(tǒng)的功能變得更加豐富，有利于更好的保障旅客的人身安全。

4 設(shè)計報警系統(tǒng)實驗的順序

（1）先做空白樣進行對比，用性能正常的104制動閥進行實驗，要確保實驗中列車正常穩(wěn)定的行駛，抱閘報警器沒有被觸發(fā)。

（2）對104制動閥進行穩(wěn)定性的測試。充分考慮到在實際運行過程中列車員和駕駛員可能出現(xiàn)的各種操作失誤，這些操作容易導(dǎo)致列車在行駛的過程中出現(xiàn)泄漏的故障或者是列車車內(nèi)壓力下降，因此，把列車管的壓力分別減小40KPa，50KPa，60KPa進行實驗，用這些在特殊情況下的實驗來測定104制動閥對于故障的承受能力，這有利于列車員更好的了解104制動閥的各方面性能，及時的對列車行駛過程中的故障做出調(diào)整。

104制動閥具有一定的穩(wěn)定性，因此壓力減小比較少的時候報警器往往不會報警，這就需要乘務(wù)員對此時的一些特征進行總結(jié)，方便日后乘務(wù)員能在報警器未響起的情況下通過這些特征發(fā)現(xiàn)隱藏的問題。

（3）人為的對制動缸的設(shè)備做出一些調(diào)整，讓制動缸產(chǎn)生一些常見的故障，比如說：不緩解故障、壓力過小故障等等，測試在這些故障情況下報警器是否及時地產(chǎn)生了反應(yīng)？有沒有延遲，通過報警器的延遲時間來對報警器的靈敏性做出一定的調(diào)整，使報警器能夠更加及時地發(fā)現(xiàn)列車的故障，防患于未然。

（4）在實際的列車中進行試驗，將報警器等全套系統(tǒng)裝好后，讓列車開始正常的運行，在列車運行的過程中開展制動機的相關(guān)實驗，為了保證實驗結(jié)果更加可信，應(yīng)當(dāng)盡可能模擬實際的旅客運輸情況，同時要多做幾次對照試驗，確保在每一次實驗中報警器都沒有報警，把所有可能的問題排除在外。如果在測試過程中出現(xiàn)報警，要對故障原因做出充分的分析，并進行反復(fù)的測試，要確保故障被徹底解除才能將報警器應(yīng)用到實際的列車中，做到對旅客的生命安全高度負(fù)責(zé)。

5 結(jié)語

本文所設(shè)計的抱閘報警器設(shè)計簡單，所使用到的材料非常廉價，經(jīng)濟性強，適合大面積使用，同時非常穩(wěn)定，在多種環(huán)境下都能穩(wěn)定的發(fā)揮作用，具有高度的可應(yīng)用性。報警器可以準(zhǔn)確的報告故障，并且不會對列車的其他部分產(chǎn)生任何影響，同時耗電量也較小，有利于節(jié)約資源，降低成本，非常適用于現(xiàn)有的旅客列車，應(yīng)當(dāng)?shù)玫竭M一步的推廣。