货车制动装置的现状与改进建议

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1、货车制动装置的现状与改进建议程迪 ,董奇志(郑州铁路职业技术学院 ,河南 郑州 450052)摘 要 :从货车制动系统的现状着手 ,分析了我国货车制动系统目前存在的问题 ,结合铁路大提速对制动系统的要求 ,对现有货车制动系统如何适应铁路的发展提出了建议 。关键词 :货车制动 ;基础制动装置 ;现状 ;改进中图分类号 :U270. 351文献标识码 :B货物列车提速的关键技术之一是转向架的性能和制动机的性能 ,要提高货物列车运行速度 ,就要提 高与运行速度相适应的列车制动力 。新造货车可以 采用车钩缓冲装置 、转向架 、分配阀和相关基础制动 的新设计 ,但对于正在运用的车辆只能在原有基础 上进行

2、改造 ,不然难以在短期内解决货物列车提速 问题 。2 货车制动系统不适应提速的要求2. 1 空气制动机现有货车上配置的空气制动机有 3 种。其中120 型空气制动机从 1995 年开始在新造货车上使用 以来 ,每年以 4 万辆左右的速度递增 。将来 120 型 制动机将占主导地位 ,并逐渐成为货车的主型制动 机 。120 型制动机的核心部件是 120 型制动机控制 阀(以下简称 120 阀) 。120 阀的设计目标是为了适 应速度相对较低 ( 小于 90 km/ h) 的长大重载 (5 000t10 000t) 货物列车 。为了减小列车纵向冲动等因 素 ,采用了与之相应的较慢的充气 、缓解及制

3、动时间 特性 。这种设计针对低速重载是正确的 ,但对于速 度较高 (120 km/ h 左右) 、编组辆数较少的快运货物 列车来说 , 就表现出明显的不适应性 。(1) 由于 120 阀制动时制动缸升压时间较长 ,因 此 ,在制动初期的车辆空走时间较长 ,进而造成空走 距离过长 。120 阀的空走距离计算如下 :在空走时间内 ,列车所走过的距离叫空走距离( Sk/ m) 。空走距离按空走时间内列车作等速运行的 条件来计算 。1 现有货车的制动系统1. 1 空气制动机我国铁路现有货车近 55 万辆 ,其中 ,约 25 万辆 配置 GK 型制动机 ,约 20 万辆配置 120 型货车制动 机 ,约

4、 10 万辆配置的是 103 型货车制动机 。因此 , 当前我国货车制动机的主体是 120 型制动机和 GK 型制动机 2 种 。随着 120 型制动机推广力度的加 大 ,在不久的将来 ,120 型制动机将占主导地位 。1. 2 基础制动装置目前我国货车上使用的基础制动装置是单侧闸 瓦制动 ,即在车轮一侧设有闸瓦的制动方式 。该基础制动装置使用的闸瓦是铸铁闸瓦和合成闸瓦 。1. 3 空重车调整装置在上世纪 50 年代 ,随 GK 型制动机而推出了 2级手动空重车调整 ,从间接作用式 103 型空气制动 机到直接作用式 120 空气制动机 ,手动调整已应用 了近半个世纪 。从 120 空气制动机

5、开始才配套使用 自动调整式的空重调整装置 ,距离较理想的空重车 调整装置还有一定的差距 。v0tv t0 kkS k = 3600 1000 = 3. 6 0. 278 v0 tk式中 : v0 制动初速/ kmh21 ;t k 空走时间/ s 。计算结果表明 : 装用 120 阀 、车辆轴重 18 t 、运 行速度为 120 km/ h 的快运货车 ,要在 1 100 m 内停 车 ,单块闸瓦的制动功率将达到 97 . 3 kW ,其热负荷 已相当大 。如果车辆轴重增大到 21 t ,则单块闸瓦 的制动功率将达到 113 . 66 kW ,这对闸瓦和车轮均 十分不利 ,易导致闸瓦破损 、断裂

6、及车轮踏面热裂 、1收稿日期 :2005 - 11 - 25作者简介 :程迪(1964 - ) ,男 ,河南夏邑人 ,副教授 ,1987 年毕业于兰 州铁道学院铁道车辆专业 ,工学硕士 ,现主要从事铁道车辆的教学和 科研工作 ,研究方向为车辆制动。综述述评机车车辆工艺 第 1 期 2006 年 2 月剥离 ,影响行车安全 。(2) 列车运行速度的提高意味着对空重车调整 精度和可靠性要求的提高 。120 阀的作用方式属于2 压力直接作用方式 ,副风缸压力空气既参与主活 塞的平衡 , 同时还要作为制动缸的风源 。这就使120 阀很难与无级空重车调整装置匹配 , 以实现真 正的空重车无级调整 。12

7、0 阀在输出与载重相适应 的制动缸压力时 ,副风缸多余的压力空气必须流向 一个另设的无效容积 ( 全重车除外) ,才能实现调整 制动缸压力的目的 , 这就极大地浪费了压力空气 。另外 ,在不同载荷下对制动缸压力调整时 ,其最大有 效减压量会发生变化 。这将会影响车辆制动时的可 操纵性 。(3) 由于 120 阀的 2 压力直接作用方式 ,在与不 同直径制动缸匹配时 ,必须采用不同容积的副风缸 ,才能满足最大有效减压量的要求 ,而且初充气时间 、 紧急制动升压时间和缓解时间等指标均不同 ,必须 对控制阀主阀中相应的孔径进行适当调整 ,才能使 其基本一致 。现有的 120 阀只有 254 mm 和

8、 356 mm 两种 ,要与其他直径制动缸或多缸系统匹配 ,就会显示出其较差的适应能力 。(4) 在实际运用中 , 快运货车不仅限于专列编 组 ,还有可能与普通旅客列车连挂 ,由于 120 阀较慢 的充气 、制动 、缓解特性 ,使其与客车混编时充气 、制 动 、缓解的时间都不一致 , 从而造成纵向冲动等问 题 。2. 2 基础制动装置目前我国货车上使用的基础制动装置是单侧闸 瓦制动 。单侧闸瓦式基础制动装置构造简单 ,节约 材料 ,便于检查和修理 。但制动时 ,由于制动力受到闸瓦面积和闸瓦承受的压力的限制 ,制动力的提高 也受到限制 。根据理论计算和实际运用经验 ,闸瓦 单位面积承受的压力一般

9、不超过 1 000 kPa ( 极限值1 300 kPa) 。若闸瓦单位面积承受的压力过大 ,轮瓦 摩擦系数下降 ,影响制动效果 ,容易造成闸瓦熔化 。这不仅会加剧闸瓦的磨耗 ,而且还会磨耗闸瓦托 ,使 制动力衰减 ,影响行车安全 ,有时甚至引起火灾 ,这 种情况在长大坡道地区特别严重 。因此 ,随着货车 不断向提速方向发展 ,闸瓦单位面积的压力不能再 增加的情况下 ,必须改进原有的基础制动装置 。2. 3 空重车调整装置GK 型制动机和 103 型空气制动机配套的都是 2级手动空重车调整装置 。GK 型制动机配套的 2 级2手动空重车调整 ,空车位制动缸压力为 190 kPa ,重车位制动缸

10、压力为 350 kPa 。虽然 103 型空气制动 机配套的空重车调整装置在调整作用原理上比 GK 型制动机配套的空重车调整装置有些改进 ,但在运 用中都暴露出了以下问题 :(1) 采用手动操作方式 ,容易造成漏调或误调 ; (2) 采用空重车 2 级调整 , 不符合实际运用要求 。在采用这种方式时 ,制动机制动能力的增加不 是线性增加而是跳跃增加的 。而且 ,其空重车位制 动机的制动能力相差很大 ,这样就不可避免地会出现制动力不足或闸瓦压力过大的问题 ;(3) 采用空车安全阀 ,浪费压力空气 ,造成紧急 制动后空重车缓解时间差别很大 ;(4) 制动缸的压力不是随着载重的增加而线性 增大 ,只

11、是与空车位 、重车位及列车管减压量有关系 。这种手动式 2 级空重车调整装置的 2 级调整曲 线见图 1 。图 1 空重车 2 级调整曲线鉴于上述问题的出现 ,显然 2 级手动空重车调 整装置已不能适应铁路货车发展的需要 ,所以 ,采用 自动无级调整的空重车调整装置已属必然 。从 120 空气制动机开始才配套使用自动调整式的空重调整 装置 ,但是 ,这类空重车调整装置也存在一些问题 :(1) 构造复杂 。它是由比例阀 、传感阀 、称重阀 和降压风缸组成的 。一但发生制动 、缓解作用不良 , 检车人员无法判断故障部位和故障原因 ,只有采取 关门的方法加以处理 。( 2) 传感阀作用不良 。90

12、% 以上是因阀杆上逆流孔被灰尘堵塞 ,造成制动缸鞲 鞴不能全部收回 。传感阀出现故障约占整个故障的70 %以上 ,因此不能不说这与传感阀自身构造不良 有着直接关系 。( 3) 缺乏减振及对各向偏载自动进 行补偿等功能 ,因而其称重 ( 特别是动态称重) 精度 低 ,可靠性不高 ,容易出现误调现象 。车辆偏载或停货车制动装置的现状与改进建议置于弯道时 ,转向架弹簧的挠度变化并非实际载重量的变化 ,仍存在误测等问题 。进 ,以满足提速货车运行安全的需要 。建议基础制动装置采用盘形制动 ,这样可最有效地解决快运货 车车轮由于热负荷的增加而产生的热裂或剥离 。或 者采用象客车那样的双侧闸瓦制动方式 ,

13、这样可以 解决单侧闸瓦制动而引起的各种弊病 。3. 3 空重车调整装置现有空重车调整装置绝大部分是 2 级手动空重 车调整结构 。空车时制动力过高 ,易擦伤车轮 ;空车 位至重车位区间时 , 制动力先高后低 , 并易发生脱 轨 。这种装置制动力不均衡 ,影响列车制动力的提高 ,对提高货物列车的运行速度很不利 。建议采用 无级空重车调整装置 ( 其空重车无级调整曲线见图2) 。以充分利用粘着力 ,提高列车的均衡制动力 。(1) 在现有自动无级空重车调整装的基础上进 行技术改造 ,特别是要妥善解决称重方法及称重准 确性 ;(2) 应吸收国内外各种空重车调整装的优点 ,提 高研发水平 ,引进新技术

14、、新工艺 、新材料 ,针对我国 货车制动机的特点 ,研究开发出新型的结构简单 、性 能可靠 、安装和检修方便 、真正制动缸压力随着载重的增加而增大的自动无级调整的空重车调整装置 。3 对提速货车制动系统的改进建议随着货物列车运行速度的提高 ,目前货车上配 置的制动系统就很难确保提速货车的行车安全性 。 由制动距离的计算来看 ,目前采用的制动配置明显 不能满足初速度为 90 km/ h ,800 m 内停车的要求 , 因此 ,必须研发新型制动系统或者改造现有制动系 统才能适应货车提速的需要 。3. 1 空气制动机120 型制动机是为了适应长大货物列车 ( 最高 速度 90 km/ h ,牵引重量

15、 5 000 t 10 000 t ) 而设计 的 。但是 ,对于提速货车 ,配置 120 型制动机就必须 进行适应性改进 ,其实主要是对 120 阀的改进 。改进后的制动机应具有以下性能特点 :(1) 采用 2 压力间接作用方式 。由于快运货车 运行速度较高 ,制动距离要求较严 ,而且转向架动挠 度变化也很大 ,因此 ,对空重车调整装置的精度及可 靠性的要求较高 ,而且还应能适应 6 in16 in 制动缸或与之相当的多个制动缸系统 ; 因此 120 阀的 2 压力直接作用方式就不能继续采用 。而 2 压力间接 作用方式可满足上述要求 。采用这种作用方式具有 以下优点 ,即真正的空重车无级调

16、整 ,能节约压力空 气并具有很强的适应性 。(2) 适应压力保持式操纵 。由于采用 2 压力间 接作用方式 ,主控机构是由制动管和工作风缸压力 空气来控制 ;由于 120 阀的主控机构是由制动管和 副风缸压力空气控制 ,副风缸容积比工作风缸容积 大 ,因此 ,改进后的阀的“呼吸孔”孔径应小于 120 阀“呼吸孔”孔径 (0 . 2 mm) 。(3) 具有良好的加速缓解性能 。由于采用 2 压 力间接作用方式 ,工作风缸作为主控机构的压力源 , 不可能再像 120 阀一样 ,将工作风缸作为加速缓解 风缸使用 。因此 ,新阀的加速缓解风源 ,可再设 1 个加速缓解风缸 。这样虽然可以解决问题 ,但

17、是必须 增加一个风缸 ,显然不是最好的办法 。由于在 2 压 力间接作用方式下 ,副风缸只作为制动缸的风源 ,因 此 ,可以利用副风缸多余的压力空气作为加速缓解 的风源 。这样 ,既实现不增加风缸 ,又保证加速缓解性能 。3. 2 基础制动装置对原来货车上配置的基础制动装置也须进行改图 2 空重车无级调整曲线随着货物列车运行速度的提高 ,货车制动装置 采用盘形制动或盘形制动加踏面制动 、带闸调器的 单元制动缸 、空重车调整装置 、机械式防滑器等都将 在货车上使用或受首次使用 。参考文献 :12何力 ,谢宗瑜. 提速货车制动系统方案研究J . 铁道车辆 ,2002 ,8.谢磊 , 吕英 , 安鸿. 130 型货车控制阀的研究 J . 铁道车辆 ,2002 ,8 .(编辑 :高心海)3