铁路工程车辆单元制动器应用研究

摘要：本文介绍了现有铁路工程车辆基础制动装置的配置情况及应用中存在的问题，对铁路工程车辆气路设计进行了分析，提出了气路优化措施，对单元制动器的应用情况进行了说明。

关键词：铁路工程车辆；单元制动器；无火回送；停放施加；气路优化

随着我国轨道交通的快速发展及铁路营业里程的持续增加（截至2018年，我国铁路营业总里程已突破13万公里），越来越多的铁路工程车辆投入应用，以保证铁路运行和安全。铁路工程车辆的制动装备水平不高，多数仍配置传统散开式基础制动装置（包括单元制动缸、闸瓦间隙调整器、杠杆机构、铸铁闸瓦、手制动机等）。部分配置单元制动器的铁路工程车辆，因操作使用不当等原因，引起使用过程中发生停放制动施加，影响铁路工程车辆的运行安全。

1铁路工程车辆基础制动装置现状

铁路工程车辆轴重一般不超过21t，轮径包括φ840mm、φ915mm和φ1050mm三种规格，按照在平直道线路上最高持续运行速度不同分为A级（≥80km/h）、B级（≥100km/h）和C级（≥1200km/h）三个速度等级。铁路工程车辆紧急制动距离要求为，在平直道线路上，单机以80km/h自行速度运行，紧急制动距离≤400m。铁路工程车辆单机停放（驻车）制动时，应能保证在20‰坡道上不产生溜逸。

1.1基础制动装置配置

长期以来，铁路工程车辆基础制动装置普遍采用由单元制动缸、闸瓦间隙调整器、大量的杠杆和拉杆（或推杆）等组成的传统散开式基础制动装置，并采用高磷铸铁闸瓦，由于手制动机提供的驻车制动力可达30kN，完全满足单机停放安全，铁路工程车辆一般单机配置1台手制动机。近年来，由于单元制动器具有结构紧凑、动作灵活、传动效率高及闸瓦更换操作简便等显著优点，同时，单元制动器直接集成了停放制动模块，可以方便地通过压缩空气控制停放制动的施加或缓解，无须人力操纵笨重的手制动机，越来越多的用户希望在铁路工程车辆采用单元制动器。

1.2基础制动装置存在的问题

1.2.1散开式基础制动装置铁路工程车辆采用的散开式基础制动装置，因为结构及位置的限制，一般需要多级杠杆传动，大量杠杆和拉杆（或推杆）分布在制动缸和各个闸瓦之间，散开布置于转向架构架上。散开式基础制动装置存在如下不足。（1）布局较为复杂，传动效率低，制动和缓解的可靠性差，易发生缓解不良造成踏面损伤、闸瓦提前报废等。（2）闸瓦压力分布不均，容易引起闸瓦和车轮产生偏磨等异常磨耗。（3）铁路工程车辆紧急制动时的轴平均制动功率约为274kW，已超过铸铁闸瓦能承受的轴平均制动功率极限244kW，铸铁闸瓦的磨耗快，且容易引起车轮踏面热损伤，需要经常更换闸瓦。（4）人力操纵手制动机费时费力。（5）使用维护不便。

1.2.2单元制动器单元制动器集制动缸、力的放大和传动机构、闸瓦间隙调整和停放制动于一体，解决了散开式基础制动装置的不足，并可有效减轻簧下重量，均匀分配制动力，改善转向架动力学性能和减少维护工作量。近年来，在铁路工程车辆上的应用逐渐增加。但装用单元制动器的铁路工程车辆无火回送过程中，因操作不当等原因发生过停放制动自动施加，引起车辆抱闸运行，引起闸瓦、车轮踏面损伤等问题，应及时进行解决。

2无火回送时的停放制动施加原因分析

2.1无火回送时停放制动操作分析

单元制动器停放制动通过内置的储能弹簧力施加，需要始终保持足够高的风压（一般≥500kPa）才能确保停放制动缓解。无火回送时，铁路工程车辆的风来自回送车辆，一般风压都在500kPa以下甚至更低，且风压不稳定，无法保证停放制动始终处于缓解状态，因此，通常情况下无火回送前须隔离停放制动总风输入，并对停放制动进行人工手动操作缓解，确保回送过程停放制动处于缓解状态。为保证铁路工程车辆停放安全不溜逸，每台铁路工程车辆一般均配置至少4台，甚至有的车配置8台带停放制动的单元制动器，无火回送时，需要逐台对带停放制动的单元制动器进行人工手动操作缓解，特别是对长（6辆）编组的铁路工程车辆而言，在作业条件不良的情况下，人工手动操作相对比较烦琐。通过调查发现，有些铁路工程车辆在无火回送时，为了避免人工手动操作停放制动缓解，存在直接利用回送车辆提供的风通过车辆总风管直接充入停放制动缸，而未对停放制动进行总风隔离和人工手动操作缓解。在这种无火回送操作模式下，尽管单元制动器停放制动呈缓解状态，一旦回送过程中总风风压过低，单元制动器停放制动就会自动施加，如未能及时发现，车辆将长时间抱闸运行，往往直接导致车轮踏面、闸瓦损伤，影响回送安全。

2.2车辆无火回送气路原理分析

图2为铁路工程车辆一种常见的制动系统气路图，无火回送时，被回送的铁路工程车辆的无火回送回路处于打开状态，回送车辆通过列车管、无火回送回路向被回送铁路工程车辆总风缸充风，回送过程制动时，列车管排风，此时，被回送的铁路工程车辆总风缸向制动缸供风，总风风压下降。按照无火回送的正常操作，无火回送前应隔离侧排风塞门1、塞门2，并对停放制动进行手动缓解操作，确保停放制动处于缓解状态。无火回送时，如未按上述正常操作，而是通过总风自动进行停放制动缓解，由于制动时总风风压下降，一旦总风风压下降至停放制动缓解风压以下（小于500kPa），停放制动极可能会自动施加，直接导致车辆抱闸运行，影响回送安全。

2.3小结

无火回送时，未按常规操作进行铁路工程车辆停放制动（总风）隔离及人工手动缓解，是引起停放制动自动施加，导致铁路工程车辆抱闸运行的主要原因，同时，铁路工程车辆气路设计未充分考虑无火回送操作可能引起车辆总风风压下降，导致停放制动自动施加，也需要进行气路优化。

3系统优化设计

考虑到铁路工程车辆无火回送时可能存在的非常规操作等情况，引起停放制动自动施加，对制动系统气路进行了优化，同时，在保证停放输出力的前提下，适当降低了单元制动器停放制动缓解风压。

3.1制动系统气路优化

主要对铁路工程车辆停放制动气路进行优化，在总风缸与停放制动缸之间增加单向阀、副风缸，并新增列车管与副风缸之间的通路，通路上设置节流阀单向阀，详细如图3所示。气路优化后，铁路工程车辆无论单机还是无火回送状态，均可始终保证列车管或总风管的更高风压作为停放制动缓解风压，增加了停放制动缓解可靠性，此外，无火回送时，即使未进行停放制动（总风）隔离，由于增加了单向阀和副风缸，也不会发生因为施加制动而降低停放制动缓解总风风压，引起停放制动自动施加的情况。

3.2降低停放制动缓解风压

单元制动器停放制动通过内置的储能弹簧力施加，根据铁道行业标准的规定，停放制动的最小缓解风压一般不大于500kPa。在保证停放制动力满足车辆停放安全的前提下，适当降低停放制动储能弹簧力值，将用于铁路工程车辆的单元制动器停放制动最小缓解风压调整至不大于450kPa，即使车辆总风风压稍有下降，也不至于过早的施加停放制动。

4单元制动器在铁路工程车辆上的应用情况

单元制动器已累计在优化制动系统气路和停放制动缓解风压的铁路工程车辆装车50台（辆）以上，自2017年运用至今，单机最长累计运行里程5万多公里，运用情况良好。车辆运行及无火回送期间，停放制动作用良好，未发生停放制动自动施加的情况。

5结论及建议

铁路工程车辆无火回送时，建议按照常规操作，隔离停放制动（总风）并进行人工手动缓解，确保停放制动处于缓解状态。考虑可能出现的操作不当等情况，优化铁路工程车辆制动系统气路设计，保证停放制动缓解（总风）风压稳定，避免引起停放制动自动施加。单元制动器具有结构紧凑、动作灵活、传动效率高、使用维护方便等优点，同时，可以方便地通过压缩空气控制停放制动的施加或缓解，无须人力操纵笨重的手制动机，建议加大在铁路工程车辆上运用。

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作者：张昕 孔德鹏 马超 王超恒 李随新 张兵奇 单位：中车青岛四方车辆研究所有限公司