一種緊急制動(dòng)停車(chē)裝置的研究

高金倉(cāng)

關(guān)鍵詞：車(chē)輛;制動(dòng);停車(chē)

引言

目前，在鐵路各車(chē)輛段段內(nèi)存車(chē)線和調(diào)車(chē)線線路終端，按照標(biāo)準(zhǔn)都有土擋設(shè)置，用于非正常情況下溜逸車(chē)輛的攔阻。有些單位在土擋之前又加裝了一道液壓阻尼或彈簧阻尼擋車(chē)器，通過(guò)這套裝置能夠?qū)α镆蒈?chē)輛進(jìn)行攔截，但是在車(chē)輛連掛太多和溜逸速度過(guò)高的情況下，車(chē)輛在慣性力的作用下依然沖過(guò)擋車(chē)器進(jìn)而沖擊土擋，導(dǎo)致調(diào)車(chē)事故頻發(fā)，給各單位和職工帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

截止目前全國(guó)鐵路單位還沒(méi)有更加安全可靠的緊急停車(chē)裝置以杜絕此類(lèi)事故的發(fā)生。因此，本課題的提出更具有前瞻性，一旦成功必將帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1、研究?jī)?nèi)容

（1）項(xiàng)目實(shí)施前，對(duì)當(dāng)前各車(chē)輛段、車(chē)站、編組場(chǎng)等各單位在用的土擋機(jī)構(gòu)、液壓阻尼和彈簧阻尼擋車(chē)器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)是結(jié)合編組站駝峰制動(dòng)減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)研，了解此類(lèi)事故的往期案例，聽(tīng)取現(xiàn)場(chǎng)使用單位的意見(jiàn)和建議。

（2）查閱其他相關(guān)技術(shù)資料和案例，緊密結(jié)合車(chē)輛段調(diào)車(chē)作業(yè)規(guī)范和程序，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撚?jì)算，得出空車(chē)連掛3輛5km/h和連掛1輛15km/h運(yùn)行速度下的沖擊動(dòng)能，為本套停車(chē)裝置提供必需的科學(xué)依據(jù)，各型貨車(chē)車(chē)輛自重均按照22T計(jì)算?？哲?chē)連掛3輛5km/h速度下的沖擊動(dòng)能：E=1/2mv2=1/2*66*（5000/3600）2=63.66KJ，空車(chē)連掛1輛15km/h速度下的沖擊動(dòng)能：E=1/2mv2=1/2*22*（15000/3600）2=191KJ。由上面的計(jì)算結(jié)果可知，車(chē)輛進(jìn)入第一級(jí)制動(dòng)裝置時(shí)最大沖擊動(dòng)能可以達(dá)到191KJ。如果按照溜逸車(chē)輛在通過(guò)本裝置8米有效制動(dòng)行程的強(qiáng)行制動(dòng)后停車(chē)，則每米要消耗或吸收沖擊動(dòng)能24KJ。本方案就是基于此理論支持而形成的切實(shí)可行的緊急制動(dòng)裝置。

二、研究方法

（1）本裝置主要由以下三個(gè)部分組成。分別為兩級(jí)制動(dòng)裝置和一套報(bào)警裝置。第一級(jí)為制動(dòng)軌制動(dòng)。從理論上可實(shí)現(xiàn)空車(chē)連掛3輛5km/h運(yùn)行速度下的制動(dòng)。當(dāng)溜逸速度過(guò)高突破第一級(jí)強(qiáng)行制動(dòng)后，第二級(jí)液壓阻尼緩沖擋車(chē)器在溜逸車(chē)輛的輪對(duì)和車(chē)鉤部位同步繼續(xù)攔截制動(dòng)，直至在土擋之前將溜逸車(chē)輛制動(dòng)停車(chē)。非正常作業(yè)造成溜逸車(chē)輛進(jìn)入第一級(jí)制動(dòng)裝置時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)聲光報(bào)警裝置，提醒作業(yè)人員第一時(shí)間檢查處置。

預(yù)設(shè)制動(dòng)軌相對(duì)于輪對(duì)內(nèi)側(cè)面在4米范圍內(nèi)的平均正壓力為Fn=500kg=5000N，取施加壓力后鋼鐵-鋼鐵之間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=1.0，則滑動(dòng)摩擦力為F=Fn*μ=5000*1.0=5000N，單個(gè)車(chē)輪通過(guò)4米制動(dòng)軌需要克服摩擦力做功W=F*S=5000*4=20KJ，一個(gè)轉(zhuǎn)向架通過(guò)時(shí)克服摩擦力需要做功20KJ*4=80KJ。這樣一來(lái)80KJ的做功能耗完全可以抵消空車(chē)3輛5km/h速度下的沖擊動(dòng)能63.66KJ，可強(qiáng)制在此區(qū)域內(nèi)停車(chē)。

（3）第二級(jí)制動(dòng)由兩部分阻尼緩沖裝置組成。本裝置位于第一級(jí)制動(dòng)裝置之后，分別為作用于輪對(duì)部位和車(chē)鉤部位的阻尼緩沖機(jī)構(gòu)。兩套機(jī)構(gòu)全部通過(guò)螺栓和夾板與線路基本軌連接，輪對(duì)部位利用彈簧阻尼機(jī)構(gòu)，車(chē)鉤部位采用液壓阻尼機(jī)構(gòu)，當(dāng)溜逸車(chē)輛沖擊力超過(guò)兩套阻尼機(jī)構(gòu)的最大承受能力后，基本軌上的夾板克服摩擦阻力帶動(dòng)整套裝置向后移動(dòng)，進(jìn)一步吸收和消除溜逸車(chē)輛的沖擊力，直至在土擋之前將溜逸車(chē)輛制動(dòng)停車(chē)。

輪對(duì)部位的彈簧阻尼機(jī)構(gòu)選用內(nèi)徑65mm、絲徑14mm、長(zhǎng)度為2000mm的壓縮彈簧2根，當(dāng)溜逸車(chē)輛強(qiáng)行通過(guò)第一級(jí)制動(dòng)減速后，轉(zhuǎn)向架一位輪對(duì)碰撞仿形塊，阻尼彈簧壓縮。2根壓縮彈簧的設(shè)計(jì)壓縮量為600mm，彈簧受力壓縮到一定程度后，車(chē)鉤鉤舌部位到液壓阻尼器。本阻尼器選用缸徑100mm，行程為300mm的SNB液壓阻尼器，通過(guò)液壓油和閥門(mén)控制內(nèi)部液壓缸活塞的移動(dòng)，最大承受載荷為120KN，通過(guò)疊加的兩套阻尼緩沖裝置，最少可以吸收和消耗溜逸車(chē)輛所帶來(lái)的的沖擊載荷90KN*（0.6+0.3）=81KJ。

最后一級(jí)在基本軌兩側(cè)內(nèi)部的夾板總長(zhǎng)度為1.2米，通過(guò)均布的6條M30螺栓使夾板和基本軌緊緊貼合，當(dāng)溜逸車(chē)輛沖擊能量沒(méi)有完全消耗掉時(shí)，這部分可沿著基本軌滑行。夾板的平均正壓力依舊設(shè)定為Fn=500kg=5000N，取動(dòng)摩擦因數(shù)μ=1.0，則滑動(dòng)摩擦力為F=Fn*μ=5000*1.0=5000N，設(shè)最大滑行距離為3米，本部分在克服沖擊能量時(shí)可做功5000N*3*2=30KJ。

綜上所述，當(dāng)溜逸車(chē)輛以空車(chē)1輛15km/h或空車(chē)3輛5km/h速度下進(jìn)入本緊急制動(dòng)停車(chē)裝置時(shí)，所產(chǎn)生的最大沖擊動(dòng)能為191KJ。本套裝置通過(guò)三級(jí)制動(dòng)和緩沖所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)能耗為80KJ+81KJ+31KJ=191KJ，正好可以攔停非正常情況下的溜逸車(chē)輛，在土擋前1米停車(chē)，不至于引起撞擊土擋的事故發(fā)生。

（4）在第一級(jí)制動(dòng)區(qū)域加裝一套感應(yīng)式聲光報(bào)警裝置，利用太陽(yáng)能電池板發(fā)電，DC12V供電，溜逸車(chē)輛一旦進(jìn)入本區(qū)域，自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警裝置，可在第一時(shí)間提醒作業(yè)人員檢查處置。

1、實(shí)現(xiàn)連掛3輛5km/h運(yùn)行速度下第一級(jí)強(qiáng)行制動(dòng)停車(chē)。當(dāng)溜逸車(chē)輛以低于5km/h的速度進(jìn)入時(shí)，可以完全通過(guò)第一級(jí)制動(dòng)軌機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)停車(chē)，然后調(diào)整松開(kāi)制動(dòng)軌和基本軌之間的間隙，將溜逸車(chē)輛重新連掛。

2、實(shí)現(xiàn)連掛1輛15km/h運(yùn)行速度下第二級(jí)強(qiáng)行制動(dòng)停車(chē)。當(dāng)溜逸車(chē)輛以15km/h的速度強(qiáng)行通過(guò)第一級(jí)制動(dòng)裝置后，第二、三級(jí)的兩套阻尼緩沖裝置分別對(duì)車(chē)輛輪對(duì)部位和車(chē)鉤部位再次進(jìn)行緩沖并制動(dòng)，迫使車(chē)輛停車(chē)。

3、實(shí)現(xiàn)車(chē)輛溜逸后的自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)作業(yè)過(guò)程中有車(chē)輛進(jìn)入本裝置第一級(jí)時(shí)，輪對(duì)部位觸發(fā)由太陽(yáng)能供電的一套聲光報(bào)警裝置，提醒作業(yè)人員即使檢查并處理。后續(xù)預(yù)留報(bào)警信號(hào)反饋至安全調(diào)度指揮中心的拓展功能。

4、從根本上解決非正常情況下溜逸車(chē)輛撞擊土擋而造成的事故，從而避免對(duì)各單位造成經(jīng)濟(jì)損失。

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