時速160 km動力集中電動車組拖車停放制動設(shè)計

龐 魏 孫 建 岳文志 王樂雨

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

原時速160 km動力集中電動車組需要停放時，拖車采用手制動機進行制動，從而需要乘務(wù)員操作各個車的手制動機，工作量大且需要的人員較多。為了減少列車停放時操作帶來的工作量，并對標其他動車組均采用停放制動，在對時速160 km動力集中電動車組進行拖車優(yōu)化時，取消了手制動機，采用停放制動[1]。

停放制動是列車靜止停放時，防止列車發(fā)生溜逸的一種制動方式，采用排氣時彈簧自動施加、充氣緩解的方式。

1 停放制動氣路原理設(shè)計

進行了適用于時速160 km動力集中電動車組設(shè)計，具體氣路原理如圖1所示。

圖1 氣路原理圖

(1)停放供風塞門(件號.01)。停放供風塞門的設(shè)置主要考慮停放模塊檢修時下游各個閥的維護及檢修。

(2)過濾器(件號.02)。過濾器的設(shè)置是為了保證空氣質(zhì)量。

(3)減壓閥(件號.03)。減壓閥的設(shè)置主要是由停放制動缸的特性決定的，設(shè)為600 kPa。

(4)縮堵(件號.04)。縮堵選擇縮孔直徑大小2.5 mm，避免停放制動充氣時氣流量過大對停放制動缸造成影響。

(5)停放制動電磁閥(件號.05)。停放制動電磁閥采用雙脈沖電磁閥且?guī)е剑鄬τ谄渌姶砰y更加穩(wěn)定可靠；它采用一個大于300 ms的脈沖信號，更能保證電磁閥的過程轉(zhuǎn)換，另一方面采用柱塞式，是在電磁閥出現(xiàn)位置轉(zhuǎn)換故障或無電時，可以手動操作停放制動施加與緩解。

(6)雙向止回閥(件號.06)。雙向止回閥可以避免空氣制動與停放制動的疊加所造成的車輪制動力過大現(xiàn)象。

(7)停放隔離塞門(件號.07)。停放隔離塞門采用帶觸點排風塞門。在氣路方面，可以操作截斷塞門阻止上游氣路進入，且排空下游停放制動管路及停放制動缸空氣，保證下一步操作停放緩解拉繩是有效的；在電路方面，停放隔離塞門的操作將給相關(guān)監(jiān)控一個電信號，并作為停放隔離狀態(tài)判斷依據(jù)。

(8)測試接口(件號.08)。測試接口的設(shè)置，主要是用于對停放制動氣路的測試及停放功能試驗。

(9)壓力開關(guān)(件號.09)。壓力開關(guān)壓力的設(shè)定值主要取決于停放制動缸的特性，此項目壓力開關(guān)的動作值分別為480 kPa、420 kPa；壓力開關(guān)的動作將接入停放安全環(huán)路，以保證車輛的安全行駛。

(10)傳感器(件號.10)。傳感器主要是將氣路壓力轉(zhuǎn)換成相應的電信號，由安全主機采集后傳輸給網(wǎng)絡(luò)，并顯示停放制動的施加、緩解。

(11)停放制動指示器。停放制動指示器的設(shè)置主要為了直觀地顯示停放的施加、緩解，相關(guān)人員更容易判斷。

上述氣路設(shè)計完成后，實現(xiàn)了以下停放制動的功能：

(1)停放制動緩解(見圖2)。壓縮空氣通過接口1 進入停放供風塞門，通過過濾器、減壓閥、縮孔)到達停放制動電磁閥，當接收緩解指令時，壓縮空氣經(jīng)雙向止回閥、停放隔離塞門從3 口到達停放缸，實現(xiàn)停放制動的緩解。

(2)停放制動施加(見圖3)。當接收施加指令時，停放缸壓力氣體從3 口流入停放隔離塞門、雙向止回閥經(jīng)停放制動電磁閥排入大氣，實現(xiàn)停放制動施加。在此狀態(tài)下，如果進行空氣制動，來自2 口的制動缸壓力氣體經(jīng)雙向止回閥、停放隔離塞門從3 口到達停放缸，防止空氣制動力和停放制動力疊加。

圖2 停放緩解 圖3 停放施加

2 停放制動計算

停放制動計算的目的是確認停放制動力是否滿足坡道停車時的防溜逸要求，及停放制動的意外施加不會造成輪對抱死從而避免輪對擦傷。

2.1 停放制動力

停放制動力的計算公式如下

F=F1·N1·μ1·η·2r/D

(1)

式中：F1為每個制動夾鉗單元輸出力；N1為夾鉗數(shù)量；μ1為靜態(tài)摩擦因數(shù)；η為傳動效率；r為制動夾鉗的平均制動半徑；D為輪徑，按新輪計算。

斜坡產(chǎn)生的下滑力如下：

FH=M·g·α

(2)

式中：M為拖車的質(zhì)量之和；g為重力加速度；α為最大的停放坡度。

根據(jù)停放安全系數(shù)

б=F/FH

則可以計算出制動夾鉗單元輸出力

2.2 停放制動的意外施加不會造成輪對抱死從而避免輪對擦傷

車輛產(chǎn)生的正壓力：FZ=M·g·cosα

靜止時所需的黏著系數(shù)：τ1=FH/FZ

車輛意外施加制動力時所需的黏著系數(shù)：τ2=F2/(g·M1·cosα)

其中：M1為軸重，M1=M/4；F2為軸停放制動力，F(xiàn)2=F1·μ1·η·2r/D。

鐵路客車設(shè)計時的黏著系數(shù)公式如下：

式中：v為運行速度。

綜上所述，最后選取每個夾鉗單元的力應在上述計算區(qū)間之內(nèi)，從而選取停放制動缸型號。

3 停放制動邏輯設(shè)計

司機通過停放制動按鈕(施加/緩解)控制停放列車線(施加/緩解)動作，進而控制停放制動電磁閥(脈沖控制，切換后狀態(tài)會自動保持)動作，實現(xiàn)停放制動缸的排風(施加)或充風(緩解)，相關(guān)停放控制邏輯如下：

(1)停放指令來源

停放制動施加/緩解通過列車線實現(xiàn)同步控制，主從控端均可觸發(fā)。停放制動施加/緩解指令為脈沖信號，停放制動施加/緩解源分別見表1所示。

(2)停放施加后控制邏輯

停放制動施加后，通過停放制動壓力開關(guān)斷開停放制動環(huán)路，CCU監(jiān)測停放制動環(huán)路狀態(tài)，在停放制動施加后將封鎖牽引， 若動車組在移動中施加將觸發(fā)懲罰制動。

表1 停放施加源

(3)停放制動顯示

停放制動按鈕帶指示燈，狀態(tài)受停放制動環(huán)路和動力車停放壓力開關(guān)的控制。行車安全主機通過壓力傳感器監(jiān)測停放制動缸壓力，并分析出停放制動狀態(tài)后 (暫定：壓力上升到480 kPa以上顯示“緩解”，壓力下降到420 kPa以下顯示“施加”，壓力下降到100 kPa以下顯示“完全施加”)， 將信號反饋給CCU，并顯示在司機顯示屏上，相關(guān)邏輯如圖4所示。

(4)停放制動隔離

停放制動的隔離操作步驟如下：

①緩解本車空氣制動；

②關(guān)閉車上停放制動模塊內(nèi)帶電觸點，截斷塞門將停放制動缸壓力排空；

③下車操作停放制動缸手動拉緩解拉繩，拉開后保持3 s，并確認制動夾鉗離開制動盤；

圖4 停放制動顯示相關(guān)邏輯

④操作車上安全環(huán)路旁路開關(guān)，司機顯示屏顯示“XX車停放被隔離”。

該方案通過手動方式機械隔離停放制動，是最安全可靠的方式，適用于全列與單車停放制動隔離。

4 結(jié)束語

停放制動是列車靜止停放時防止列車發(fā)生溜逸的一種制動方式，對于列車運營安全至關(guān)重要。以上主要介紹了停放制動氣路原理設(shè)計思路，并給出了相關(guān)的計算方法，可以為同類設(shè)計提供一定參考。目前時速160 km動力集中電動車組拖車停放制動已在相關(guān)第三方國家鐵路認證機構(gòu)進行型式試驗,并在相關(guān)路局進行試運行，其停放制動功能良好,目前未發(fā)現(xiàn)問題。