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机车停放制动设计方案的应用与优化

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-27   来源:南京铁道职业技术学院   作者:华彤天 ;王建农   浏览次数:8134
铁道机车停放制动,对于铁路安全生产具有重要的意义。既要方便司机操作,又要保证机车停放安全可靠。这对于停放制动的设计提出了较高的要求,本文作者结合多年的工作经验,针对目前采用的各种停放制动设计方案进行分析、比较,提出了建设性的优化方案,供同行参考借鉴。
1 引言

铁道机车制动系统的制动力通常是来自压力空气,当机车入库或备用,长时间处于非工作状态,压力空气泄漏,机车制动力就会消失。早期机车均装配有手制动装置,亦称人力制动机,机车停放时由司机手动制动,机车运行前由司机释放手制动机,这种方式增加了司机的劳动强度,也无法实现自动控制。目前机车普遍采用停放制动代替手制动机,停放制动利用弹簧力作用于闸瓦或闸片,通过充气或排气自动控制,不同的厂家采用了不同的技术方案,下面针对不同的技术方案进行比较分析。
 
2 停放制动工作原理

停放制动装置工作原理,如图1所示。
 
图1 停放制动装置
 
机车正常运行时,停放制动缸B充入总风,压力空气压缩停放制动弹簧,顶杆缩回,此时只有常用制动缸A压力空气对活塞2有作用,停放制动处于缓解状态。当停放制动缸B人为排除总风,或机车长时间停放,总风泄漏,停放制动弹簧伸出,作用于活塞2上,通过楔形块向闸瓦或闸片施加制动力。停放制动处于施加状态。
 
3 防止制动叠加解决方案

停放制动和常用制动都是通过闸瓦或闸片施加制动力的,如果同时施加,制动力将超过黏着力,使机车发生滑行,擦伤踏面,为此必须增设防止制动力叠加的设备,通常采用双向阀防止叠加,根据双向阀安装的位置分为在停放制动单元内部加装双向阀和在停放制动系统管路中加装双向阀两种方案。
 
3.1 在停放制动单元内部加装双向阀
在停放制动单元内部加装双向阀如图2所示。
 
 
图2 在停放制动单元内部加装双向阀
 
当机车停放制动处于缓解状态时,总风管充风,停放制动缸B充入压力空气,同时防止叠加的双向阀阀芯处于左侧,隔离了常用制动缸和停放制动缸之间通路,机车的制动及缓解由常用制动缸的充风和排风控制。当机车司机施加停放制动同时常用制动缸有压力控制存在,总风管压力空气排除,在常用制动缸压力空气的作用下双向阀的阀芯处于右侧,打开了常用制动缸与停放制动缸之间的通路,常用制动缸压力会抵消部分停放制动弹簧力,随着时间的推移,常用制动缸压力递减,停放制动弹簧制动力递增,使总的制动力不超过最大制动力,防止了常用制动和停放制动的叠加。
 
3.2 停放制动系统管路中加装双向阀
停放制动系统管路中加装双向阀如图3所示。这种方案原理与前一种一样,同样可以防止制动力叠加。
 
图3 停放制动系统管路中加装双向阀
 
3.3 方案分析比较
在停放制动单元内部加装双向阀方案,结构紧凑,但是由于将双向阀设置在制动单元内部,无法通过加装截断塞门进行人工控制,比较而言,停放制动系统管路中加装双向阀方案,可以在管路中加装截断塞门,实现停放制动的人工隔离,所以停放制动系统管路中加装双向阀方案实用性较强。
 
4 停放制动控制方案

停放制动控制是指控制停放制动缸的充风和排风的方法,通常有双脉冲电磁阀控制和电磁阀控制两种。
 
4.1 双脉冲电磁阀控制
双脉冲电磁阀有两个稳定的工作状态,分别由停放制动施加电磁阀和缓解电磁阀控制,脉冲电磁阀由脉冲电流启动,当电磁阀阀芯移动到某个位置后,电磁阀失电,电磁阀阀芯处于稳定工作状态后,当另一个脉冲电磁阀得电,阀芯会移动到另一个位置,使双脉冲电磁阀转换为另一种工作状态,脉冲电磁阀失电。这种方案需要两个控制按钮,分别控制两个脉冲电磁阀,双脉冲电磁阀阀芯动作后,带动辅助触点,可以向列车控制系统反馈双脉冲电磁阀当前工作状态,在管路中设置双向阀防止制动力叠加。
 
4.2 电磁阀控制
该方案由一个电磁阀控制停放制动缸的充风和排风,当电磁阀失电时,向停放制动缸充风实现停放制动的缓解,当电磁阀得电时,排除停放制动缸的压力,实现停放制动施加。在该方案中由于只有一个电磁阀,所以只需要一个按钮就可以实现停放制动施加和缓解控制。防止制动力叠加的双向阀通常与电磁阀做成一体,该方案结构紧凑。
 
4.3方案分析比较
双脉冲电磁阀控制,脉冲电磁阀由脉冲电流启动,稳定状态是失电的,所以能耗低,工作可靠,当脉冲电磁阀失去控制时,可以方便的手动控制双脉冲电磁阀的工作状态。电磁阀控制,只需一个按钮控制,防止制动力叠加的双向阀与电磁阀一体化设计,结构简单紧凑,但是安全可靠性不如双脉冲电磁阀控制,电磁阀需要由辅助系统的110V直流供电,当发生故障,导致110V直流供电异常时,电磁阀失电,使停放制动缓解,此时如果常用制动隔离或者故障,有造成机车溜逸的风险。
 
安全生产是铁路运输永恒的主题,双脉冲电磁阀控制停放制动安全可靠,优先采用。
 
5 停放制动自动施加方案

由停放制动替代人力制动机就是为了提高安全可靠性,所以当司机离开机车驾驶室后,应该设置停放制动自动施加功能,防止列车溜逸,通常有司机关闭主控钥匙开关后自动施加停放制动和司机断开蓄电池控制断路器后自动施加停放制动两种。机车只有在入库后,司机才会断开蓄电池控制断路器,也就是说,运行途中司机不会去断开蓄电池控制断路器的,而机车运行中常常需要换端操作,换端操作时必须关闭一端司机室主控钥匙开关,此时自动施加停放制动可以保证机车安全防止溜逸,今后大量开行的160km/h动力集中动车组,换端操作更加频繁,特别是长编组换端时间更长,关闭主控钥匙开关后自动施加停放制动方案就显得更加合理。
 
6 停放制动指示信息方案

在机车操纵台的机车状态显示屏上通常有一个停放制动指示灯显示当前停放制动的工作状态,该指示灯由停放制动系统的管路空气压力控制,该压力检测点可以选择在双向阀与脉冲电磁阀之间,也可以选择在停放制动缸顶杆与停放制动隔离塞门之间,如图4所示。
图4 停放制动指示信息方案
 
压力检测点选择在双向阀与脉冲电磁阀之间,停放制动指示灯可以直接反映出司机的操作,即双脉冲电磁阀的当前状态,机车微机系统可以依据此状态控制机车的牵引封锁,但是由于存在双向阀,此时停放制动指示灯不能反映停放制动缸的实际状态,就是说虽然双脉冲电磁阀处于停放制动施加状态,但是双向阀连通了有压力的常用制动缸,停放制动缸实际处于充风缓解状态。
 
压力检测点选择在停放制动隔离塞门与停放制动缸之间,停放制动指示灯可以直接显示停放制动缸的压力状态,但是这个压力不能反映司机的操作,司机需要缓解常用制动后,才可以准确的判断双脉冲电磁阀的状态,机车微机联锁控制机车牵引封锁采用这个压力也不可行,就是说只有当双脉冲电磁阀处于停放制动施加位置时才需要微机联锁对机车牵引进行封锁。
 
综合以上分析,应该设置两个停放制动指示点,一个由双向阀与双脉冲电磁阀之间压力控制的停放制动指示灯,直接显示双脉冲电磁阀的状态,指导司机操作,作为机车微机联锁控制机车牵引封锁的依据。另一个由停放制动隔离塞门与停放制动缸之间的压力控制在制动系统显示屏上显示停放制动缸的实际压力,这个数值指示直观显示了停放制动缸的状态,便于司机了解当前机车制动状态。
 
7 设置停放制动隔离塞门的方案

7.1 停放制动隔离
当需要进行机车的无火回送或者停放制动发生故障时,均需要将停放制动进行隔离操作,所以必须在双向阀和停放制动缸之间设置隔离塞门,目前隔离塞门的作用是切断停放制动管与停放制动缸的通路,并将停放制动缸的压力空气排出,通过塞门联动触点将隔离塞门位置信息报告机车微机系统,并直接阻止机车牵引封锁。
 
7.2 停放制动优化方案
这种方案存在以下问题需要优化:
(1)使用隔离塞门隔离停放制动后,停放制动缸压力空气排出,停放制动处于实际施加状态,但是由于双脉冲电磁阀仍处于缓解状态,停放制动指示灯仍显示停放制动缓解,微机联锁未进行机车牵引封锁,危及行车安全。所以应该通过隔离塞门的联动触点触发双脉冲电磁阀停放制动施加电磁阀的动作脉冲,使双脉冲电磁阀与隔离塞门同步动作,并将隔离塞门的状态在司机室机车状态屏幕中显示出来。在按下停放制动缓解按钮使双脉冲电磁阀停放制动缓解电磁阀动作的控制逻辑条件中增加隔离塞门的状态检测,只要隔离塞门处于正常位置时,才允许停放制动缓解电磁阀得电动作,保证机车停放制动可靠缓解。
 
(2)只要使用隔离塞门隔离了停放制动,就必须人工拉出停放制动缸上的紧急缓解拉环,取消对停放制动弹簧座得限制,人工缓解停放制动。这又分两种情况:一是机车无火回送,只要使用隔离塞门,再人工缓解停放制动即可,此时机车牵引是被封锁的;二是机车停放制动系统故障,使用隔离塞门,在人工缓解停放制动后,需要增加一个旁路开关,对设置在双脉冲电磁阀与双向阀之间的压力开关进行旁路,取消停放制动指示灯的显示,并阻止机车微机联锁对机车牵引封锁,维持机车运行。
 
(3)使用隔离塞门后,必须人工缓解停放制动,但是这两个操作均为纯机械操作,无法实现联锁控制,只能通过安全制度和操作流程加以保证。
 
7.3 停放制动优先原则
通过以上分析得出机车停放制动方案的优先原则:
(1)必须采用防止常用制动与停放制动叠加的装置,避免由于制动力过大对机车造成损害。
(2)优先采用双脉冲电磁阀控制停放制动的施加与缓解,提高停放制动控制的可靠性。
(3)优先采用关断主控钥匙自动施加停放制动的方案,防止机车溜逸。
(4)设置停放制动指示灯显示双脉冲电磁阀的状态,通过取样停放制动缸压力显示停放制动缸的实际工作状态,方便司机操作。
(5)设置隔离塞门,排出停放制动缸压力空气,通过其联动触点实现对双脉冲电磁阀的自动控制,增加旁路开关,实现停放制动隔离状态下维持运行。
 
8 结束语

本文通过分析比较,对机车停放制动设计提出了优化方案,提高了停放制动系统的实用性和可靠性,可以作为今后机车停放制动系统设计的依据。
 
因为需要通过对停放制动缸结构进行改造,所以本方案未能解决以下问题:一是隔离停放制动后,需要缓解常用制动后,手动拉环缓解停放制动,再晃动闸片确认停放制动人工缓解成功,这是纯机械的操作,如何通过技术设备保证操作正确。二是库内调车作业,人工缓解停放制动后,调车结束仍需使用铁鞋制动,如何方便地恢复停放制动。
 
 
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