（光学工程专业论文）160kmh快速货车制动系统方案的研究.pdf

a b s t r a c t a 1 0 n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fw h 0 1 en a t i o n a le c o n o m i ca n ds o c i e t y p r o g r e s s ，r a i l w a yi sf 如i n gs e v e r ec o m p e t i t i o nw i t ht h eh i g h w a ya 1 1 d 丑i r l i n e t h e r e f o r ew em u s tm a k ew e nu s eo ft h ea d v a n t a g e so fr a i l w a y ：g r e a t t r a n s p o n “o np o w e r l o wc o s t ，a n db eb c n e n tf o r 州r ( 蛳e n tp r o t e c t i o n i n m a i n1 e c h n i c a lp o l i c yo fr a i l w a y o f2 0 0 4 ，d e v e l o p m e n td i r e c t i o no f r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nt e c h n 0 1 0 9 yi si n d i c a t e d ：t r a n s p o n a t i o no fp a s s e n g e r s h o u l db eh i g hs p e e da n dm u c hm o r ef a s t ；t r a n s p o r t a t i o no fc a r g os h o u l db e m o r el o a d e da n dm o r eq u i c k ，a n dw a g o ni nv 撕o u sf o n n ss h o u i db ei n o p e r a t i o n ；l o a d e dt r a n s p o r t a t i o no fb u l kc a r g o sa i l dq u i c kt r a n s p o n a t i o no f c a 唱o sw i t hh i 曲p l u sv a l u es h o u l db ed e v e l o p e d h la d d i t i o n ，e x p r e s sd e l i v e r 肌df a s tt r a n s p o n a t i o nb u s i n e s ss h o u l db ee x p l o i t e dt of o n nq u i c kc a r g o t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m a sar e s u l t ，w a g o nw i 11 6 0k m ms h o u l db ed e v e l o p e d a n dm a n u f a c m r ea ss o o na sp o s s i b l et om e e tr a i l w a yr e q u i r e m e i l to fq u i c k t r 觚s p o r t a t i o n - t h eh i g h e s to p e r a t i o ns p e e df o rw a g o ni m p i d v i n gt o1 6 0k m hp u t s f o 研8 r dan e wr e q u i r e m e n tf b rb r a k es y s t e m a tp r e s e n ti t sa ni m p o r t a n tt o p i c f o r b r a l ( et e c h n 0 1 0 9 yd e v e l 叩m e n to nw a g o n si nc h i n a r a i l w a ym i n i s t uh a s p r o p o s e dm ep r o j e c to f “d e v e l o p m e n to f b r a k es y s t e mf o rw a g o n w i t hr 印i d s 口e e da t1 6 0h 汕”m e i s h a nr o l l i n gs t o c kw o r k sh a sb e e nd e m a n d e dt ob e c h a r g ew i t hm ep r 叫e c t ( p r o j e c ts e r i a lc o d e ：2 0 0 4 j 0 2 7 ) f i f s t l y ，i nt h i sp a p e rp r e s e n ta s p e c to f b o m d o m e s t i ca n df o r e i g n w a g o n s 丽t 1 1f 缸ts p e e da t1 6 0l ( 1 t l t la n dt l l e i rb r a i 【es y s t 锄i si n i r o d u c e d t h e n c a i c u l a t i o n ，a n a l y s i s ，a n ds t u d yo fb r 矗k es y s t e mf o rw a g o n sw i t hr 印i ds p e e d a t1 6 0i m 曲a r ec 嘶e do u t w i mr e f b r e n c eo ff o r e i g nw a g o n sw i t hr 印i d s p e e da n dt h em a t u r e b r a k et e c l l 工l o l o g y e n l p l o y e d o n m a l l yd o m e s t i c p a s s e n g c rt r a i n s ，w l l i c ha r er u 曲i n ga t1 6 0k m m ，m ew h 0 1 es c h e m e ，w h i c hi s f b rb r a k es y s t e m ww a g o n sw i t hr a p i ds p e e da t1 6 0k m ，ha n di ss u i t a b l ef o r c h i n e s er a i l w a y i sp r e s e n t e d s e c o n d l y ，p 硼i c u l a rs t u d y w e l la n a l y s i s ，a n dd i s c u s s i o n sa r ec a r r i e do u t f o rp a n so fb r a k es y s t e mf o rw a g o nw i t hr a p i ds p e e da t16 0k m 1 1 o p t i m a l s c h e m ef o rt 1 1 ep r a l 【ep a r t si sp u tf o r w a r dt oa c q u i r et h eb e s t s u i t a b l e a r r a n g e m e n tf o rm es ”t e n l f i n a l l y ，b r i e f a n a l y s i sf o rf l l r t h e rd e v e l o p m e n to f b r a k es y s t e mf o rw a g o n w i t hr a p i ds p e e da t1 6 0k 汕i sm a d e t b m u 曲t e c h n o l o g yi m p m v e m e n ta 1 1 d a p p l i c a c i o n ，t h es y s t e mc a na l s ob eu s e dt ot h ew a 9 0 n w i t hr a p i ds p e e da t2 0 0 k m 1a n dw l t hc r a c t i v ew e i 曲to f15 0 0 ，a n dl h ew a g 。hw j t hr 印i ds p e e da t 1 6 0k n 汕a 工1 dw i f hd r i v i n gt r a c t i v ew e i g h tw i t h2 1 0 0 t k e y w o r d s ：w a g o nw i t br a p i ds p e e d ( w r s ) ；b r a k es y s t e m ；s c h e m e a r r a i l g e m e n t 第一章绪论 第一章绪论 为贯彻国家可持续发展战略，适应铁道部铁路跨越式发展要求，在发 展客运快速的同时应发展货运快捷和重载。目前客运快速化的发展为货运 快捷化创造条件的同时也对货运提出了提速的要求，以减少客货列车之速 度差，而且用户也迫切需要铁路提供行包集装箱、小汽车、冷藏等货物快 运的服务。根据铁路货运提速的要求，应尽快开发1 6 0 k m h 货车，以满足 铁路全面提速的需要。货物运输重载化、快捷化是当今世界铁路货运的发 展趋势，而货物运输快捷化以欧洲为最，其制动系统采用多功能、多用途、 模块化的空气分配阀，自动随重调整装置，盘形制动装置，防滑器。 1 1 课题的提出 铁路货车最高运行速度将提高到1 6 0 k h ，这对制动系统提出了新的 要求，这是我国目前货车制动技术发展的重大课题。为此，铁道部立项 “1 6 0 k m h 快速货车制动系统的研究”( 项嚣编号：2 0 0 4 j 0 2 7 ) 。眉山车辆 厂作为主持单位，根据铁路主要技术政策的要求，就适应1 6 0 k m h 的快速货车制动系统进行估算、分析，参照国外快速货车及国内已大量开 行的1 6 0 k m h 旅客列车的制动系统成熟技术，对该系统进行了方案研究。 1 2 国内外快速货车及制动系统简介 1 2 1 国外快速货车及制动系统简介 综观国外快速货车的发展，关键技术在于转向架技术和制动系统，而 该两项技术都没有固定的模式。北美国家采用的三大件式转向架具有结构 简单和适应线路扭曲能力强的特点，但簧下重量大且实现盘形制动或双侧 北京交通大学硕士学位论文 踏面制动较为困难，而在快速情况下采用单侧踏面制动难以满足中国制动 距离规定的要求。焊接构架式转向架具有抗菱形刚度高、重量轻及易实现 盘形制动或双侧踏面制动的优点，是快速货车转向架的发展方向。盘形制 动具有制动功率大、摩擦系数稳定及能减小车轮踏面磨耗的特点，是快速 货车转向架基础制动装曼首当推举的。为避免车轮踏面在制动时因制动力 大于粘着力而擦伤以及充分利用制动时的轮轨粘着，快速货车应设置防滑 器。为保证车辆制动率不随载重量的变化而变化，以有效地利用轮轨间的 粘着，减小列车的纵向冲动，提高列车的运行安全性，快速货车必须装有 自动连续调整的空重车调整装置。目前，德国和法国无论在快速货车转向 架，还是在快速货车制动系统的开发和使用上，均走在了前列。 以德国1 6 0 k m h 快速货车为例，其制动系统配置如下： ( 1 ) 每辆车装1 套k e 型空气分配阀； ( 2 ) 每辆车装2 套空重车调整装置：包括自动随重调整阀和采用直接 称重的传感阀； ( 3 ) 每轴装3 套基础制动装置：轴盘式盘形制动装置，包括铸铁制动 盘、单元缸、夹钳和合成闸片； ( 4 ) 每轴装1 套m 1 v x 3 型机械式防滑器； ( 5 ) 每车单元缸中有两个单元缸带有手制动装置。 另外，法国与德国的快速货车均未安装电空制动系统。 现从以下几方面论述国外快速货车制动系统。 1 空气分配阀 欧洲地理环境决定了欧洲货运列车的特点是短小轻快、密度较高，而 且欧洲铁路对制动距离要求高，故欧洲铁路在快速货车制动系统上起步 早、发展快。欧洲国家铁路客货列车编组相差不多，空气控制阀大部分采 第一章绪论 用三压力作用原理，具有良好的阶段缓解及不衰减性，制动波速高，客货 通用。其结构的共同特征如下： ( 1 ) 设有加速器以提高制动波速； ( 2 ) 设有切断逆流孔装置； ( 3 ) 防过充措施； ( 4 ) 制动缸压力初跃升装置； ( 5 ) 完善的副风缸充气装置； ( 6 ) 简便的客货位转换装置； ( 7 ) 通过中继阀方便实现空重车位； 目前欧洲大陆使用最广泛的空气分配阀为德国k n o r r 公司生产的k e 型分配阀，k e 型分配阀为典型的三压力空气控制阀，具有一般西欧制动 机特征，另外在设计中考虑比较周到，k e 型分配阀采用模块化设计原理， 它由各个标准部件经不同组合而获得适用于客、货车等不同用途的方案。 k e 型分配阀制动波速高，缓解时间短而均匀。k e 型分配阀采用积木式结 构，分为7 大部分： ( 1 ) 基本阀( 包括三压力阀，局减阀，局减限制阀，最大压力限制阀， 跃升阀，控制室充气阀) ： ( 2 ) 带有快速缓解阀的控制室； ( 3 ) 两级中继阀； ( 4 ) 截断阀； ( 5 ) 副风缸充气阀： ( 6 ) g p 转换装置； ( 7 ) 管座。 欧洲快速货车最高运行速度为1 6 0k m h ，从安全和运用出发，德国 北京交通大学硕士学位论文 和法国的快速货车均未考虑与客车连挂。考虑到快速货车车辆既可能以编 组专列方式运行，也可能将同通用货车连挂的实际情况，所以快速货车制 动机的方案应尽可能考虑两种不同工况下的方案。由于欧洲铁路对制动距 离要求高，丽从制动距离的角度看，制动缸充气时闯过长显然是不利的， 所以k e 阀设有制动缸充气时间的转换手柄，p 位( 客位) 的充气时间为 3 5 s ， g 位( 货位) 的充气时间为1 8 3 0 s 。当转换手柄置于g 位时， 限制列车的最大长度为7 0 0 m ，其允许的最高制动初速为9 0 k m h ；当转换 手柄置于p 位时，允许列车的最大长度为5 0 0 m ( 相应的轴数为l 根轴) 。 由于快速货车制动缸充气时间的缩短，会使纵向冲动增加。解决这个 问题的关键是采用小间隙车钩和加装电控制动装置。采用小问隙车钩是减 小列车纵向冲动的有效方法之一，而加装电控制动装置是减小列车纵向冲 动最为有效的方法。加装电控制动装置后，可使列车制动时的制动波速大 大提高，不仅能减小列车纵向冲动，还可缩短制动时空走肘闯，从而有利 于缩短制动距离，提高列车运行的安全性。对于货物列车来说，加装电控 制动装置对列车编组及混编增加了一定的困难。为提高快速货车的使用效 率，可考虑快速货车以固定编组的形式运行，这样实现电控制动也是可能 的。目前，德国和法国的快速货车均未采用电控制动。 2 基础制动装置 车辆速度提高后，对转向架的基础制动装置也提出了新的要求。提高 单侧踏面制动能力惟一的方法就是增加闸瓦和踏厦闻的摩擦系数或提高 闸瓦压力。但大量的试验表明，闸瓦压力的大小受轮轨间的接触强度及热 应力的制约。故单侧踏面制动的制动力也受到相应的限制。为此，欧洲国 家货车转向架基本上采用双侧踏面制动，此举一方面可降低闸瓦的热负 荷，另一方面可提高其制动功率。欧洲铁路联盟u i c 对采用双侧铸铁闸瓦 4 第一章绪论 踏面制动的模式进行过试验，结果表明，对于2 1 t 轴重的铁路货车，其制 动初速的极限值为1 3 0k m h 。 由于不同国家对制动距离的要求不尽相同，所以快速货车转向架的制 动方式也有较大差异。如欧洲铁路对制动距离要求较高，其制动距离规定 为9 0 0 m ( 另有1 0 0 m 的安全富裕量) 。大量试验表明，采用双侧踏面制动， 轴熏2 1 t ，其最高允许速度为1 2 0l u n h 。故速度1 2 0k m h 以下转向架基 本采用双侧踏面制动，当速度提高到1 4 0k m h 以上时，普遍采用盘形制 动的方式。以s w i n gm o t i o n 为代表的三大件式快速货车转向架受其结构 特点的制约，实现双侧踏面制动或盘形制动也是非常困难的，所以只能采 用单侧踏面制动。采用何种方式的基础制动装置，可通过其轴制动功率来 确定： 1 一 n 庐f b ( v ，t ) v ( t ) = 二一a d v o 口 2 9 1 式中：q 旷轴熏，n ； v 0 - 一制动初速，州s ； f b 一带0 动力，n ； r 重力加速度，州s 2 4 一平均减速度，i i l s 。 最大轴制动功率取决于基础制动装置所能承受的热负荷性能。计算机 模拟计算和试验表明，8 4 0 m 直径的车轮，轴重为2 1 t ，相应的赫兹接触 应力为8 5 0 n 岫左右，其允许的最大热应力约为3 0 0n 咖。对于采用 铸铁闸瓦踏面制动，其最大极限轴制动功率为2 4 4 k w ，采用合成闸瓦为 3 4 0 k w ，若采用盘形制动则可达到7 6 0 k w 。目前，欧洲国家运用的时速为 第一章绪论 离，危及行车安全。而粘着利用达到何种程度时得装用防滑器，目前无相 应的标准。但在u i c 范围内，一般采用盘形制动作为基础制动装置的车辆 均安装防滑器。安装防滑器虽不能提嘤憎滞莓囊。弱鳆鳝弱鹅“魏翰霸j 氆燧嚣霞瘩譬焉磊滞随哩鬟蔷疆静簸醚爱韩羹氍；羹笼；囊琶滋塔碜掣旨 削猁8 噬填j 淫；弱嚣匿豁烈戳引：耄萎鬻雕一划剿引! 裂霪莲巨警 溘j 氡荐鹱 8 2 6 6o - 8 2 6 0 平均摩擦系数 o - 2 2 8 3o 2 3 150 2 3 l5 每盘制动功率化w ) 1 7 6 - 3l1 6 9 o81 6 8 96 粘着利用率( ) 9 3 9 99 0 1 39 0 0 7 空 生 位 制动距离 m ) 8 4 0 1 第二章制动估算与分析 第二章制动估算与分析 由于1 6 0 k m h 的铁路货车尚未定型，且可能有几种车型，许多工况及 技术参数未确定，因此初步的制动估算采用了一些假定值。 2 1 车辆参数及工况 自重 总重 制动管定压 车辆制动管长度 制动机类型 制动缸直径 2 1 1 盘形制动 制动盘直径 盘的摩擦半径 车轮的踏面直径 盘形制动的闸片 每轴制动盘数 2 1 2 踏面制动 闸瓦数量 转向架倍率 闸瓦材质 2 0 t ( 假定值) 7 2 t ( 轴重1 8 t ) 6 0 0 k p a 或5 0 0 k p a 1 8 m ( 假定值) 1 2 0 、1 2 0 k 、1 0 4 和新型制动系统 2 5 4 m m 6 4 0 m m 2 5 0 m 新造9 1 5 m m 和磨耗到限8 3 5 衄 t b 高摩合成闸片 2 单侧8 、复式1 6 4 ( 假定值) 新高摩合成闸瓦 2 2 估算参数的确定 4 北京交通大学硕士学位论文 速度1 6 0 k m h 制动距离按1 4 0 0 【计算 计算采用实算法 牵引重量取1 5 0 0 t 。 2 3 估算结果 估算结果见制动估算表。 2 4 估算结果分析 2 4 1 轮瓦制动分析 表2 1 新型制动机采用踏面制动时制动估算表 1 6 0 妯汕，牵引1 5 0 0 t ，编组2 1 辆，制动管定压6 0 0 k p a ，1 0 英寸制动缸， 紧急制动，新型制动机，新高摩合成闸瓦。 基础制动装黄类型单侧闸瓦复式闸瓦 空走时间( s ) 2 6 8 2 6 8 制动距离( n 1 ) 1 3 4 9 71 3 5 0 1 全车制动倍率1 1 3 7 4 | 1 1 8 0 重 制动缸压力承p a ) 4 2 04 2 0 生 全车闸瓦匿力( k n ) 2 2 2 0 81 8 9 8 8 制 位 动 平均减速度( r n s 2 ) 0 8 0 2 5o 8 0 2 2 距 平均摩擦系数 0 2 6 5 7o 3 1 0 7 离 _ 每瓦制动功率o ) 1 1 6 3 9 3 l 8 1 9 3 制动距离 1 1 2 1 61 2 2 9 9 苣 制动缸压力( 好a ) 1 4 01 4 0 空 奎 平均减速度( m s 2 ) o 9 8 5 10 8 8 9 1 位 平均摩擦系数 o 3 2 9 2o 3 4 7 6 粘着利用率惭) 9 8 3 78 7 6 2 注：l 、全车制动倍率上限按1 2 5 ，下限按7 考虑，凡超过限度者，加方框显示。 北京交通大学硕士学位论文 5 0 06 0 0 6 0 05 0 0 制动管定压( 1 【p a ) ( 设计定压)( 校核用)( 设计定压)( 校核用) 制动距离 1 3 4 9 21 2 1 851 3 5 4 39 0 8 7 夹钳倍率1 7 61 7 61 51 ，5 重 制动缸压力o 心a ) 3 6 04 2 04 2 03 6 0 车 全车闸片压力( 1 斟)4 6 2 ，3 0 4 5 3 9 3 6 4 4 5 9 。6 7 83 9 4 。0 0 9 位 平均减速度( “s 2 ) o 8 0 2 8o 8 9 8 40 7 9 9 5o 7 3 4 1 平均摩擦系数 o 2 3 3 7o 2 2 4 90 2 3 4 00 2 5 2 8 粘着利用率( ) 8 7 4 59 8 4 48 7 0 77 4 3 7 每盘制动功率( k w ) 1 6 4 0 41 8 4 3 l1 6 3 3 31 1 3 4 制动距离( n 1 ) 1 1 3 9 59 9 6 61 1 2 1 18 0 9 3 制动缸压力o 毋a ) 1 0 01 2 01 2 01 0 0 空 平均减速度( 以2 ) o 9 6 7 8 1 1 2 5 50 9 8 5 6 o ，8 4 5 l 车 平均摩擦系数 o 2 9 2 lo 2 8 7 00 2 9 1 5o 3 0 8 6 n粘着利用率( ) 9 7 1 3 1 1 1 4 8 l i 9 9 1 48 0 7 1 注：1 、粘着利用率超过1 0 0 加方框显示。 2 4 7 自动随重调整装置需要较宽的输出压力范围 从表2 5 可以看出，制动管定压为6 0 0 k p a 时，空车压力1 4 0 k p a 时的 最高粘着利用率达到1 1 3 9 2 ，1 2 0 k p a 时的最高粘着利用率为9 9 1 4 。 这就说明，1 6 0 k m h 快速货车制动系统在施行紧急制动时，重车的制动缸 压力为4 2 0 k p a ，空车的制动缸压力不能高于1 2 0 k p a 。这对1 6 0 l ( i i 】h 快速 货车制动系统的自动随重调整装置设计提出具体的压力调整范围要求，即 重车与空车压力之比不能小于3 5 。同时，由于保证制动距离所需的制动 力与防止超粘着所限制的制动力之间的余量己十分狭小，因而自动随重调 整装置输出压力的精度需要明显提高，这也要求称重阀输出信号压力的变 化范围和精度有相应的提高。 2 4 8 车轮防滑 2 i 第三章1 6 0 k n n 快速货车制动系统方案分析 第三章16 0 k m h i i 央速货车制动系统方案分析 3 116 0 k m h 快速货车制动系统总体方案 根据制定的总体技术要求，通过制动估算与分析，参照国外1 6 0 k 汕 快速货车制动系统及国内1 6 0 h l 1 1 准高速客车的制动系统组成，确定我国 的1 6 0 妇1 h 快速货车制动系统由控制阀( 包括主阀、紧急阀等) ，自动随 重调整装置( 包括随重调整阀、称重阀) ，盘形制动装置( 包括制动盘、 闸片、单元制动缸及夹钳) ，机械式防滑器( 包括防滑调节器、排风阀等) ， 制动缓解显示阀等组成。参见图3 1 “1 6 0 k h l l l 快速货车制动系统示意图”。 3 2 控制阀方案 控制阀阀体和盖类零件采用铝合金材料，橡胶件采用合成橡胶材料， 检修期定为3 4 年，适应环境温度一5 0 + 5 0 。 控制阀由二压力作用部、充气部、局减阀、加速缓解阀、快普转换阀、 半自动缓解阀和中间体以及紧急阀等部件组成；安装面外接制动管、工作 风缸管、副风缸管、制动缸管。参见图3 2 “1 6 0 虹l ，h 快速货车控制阀原 理图”。 ( 1 ) 作用部采用二压力作用，产生基本的充气、制动、保压、缓解等 功能。 ( 2 ) 充气部由充气阀和止回阀组成，充气阀是由工作风缸压力控制制 动管向副风缸充气，止回阀是防止副风缸的风逆流回制动管。 ( 3 ) 局减阀作用是在制动初期，控制制动管的局减量，提高制动波速。 ( 4 ) 加速缓解阀是在制动后的缓解时，由排向大气的容积室压力空气 控制打开副风缸与制动管的通路，提高缓解波速。 北京交通大学硕士学位论文 ( 5 ) 快普转换阀有充气、制动、缓解通路，当处于快位时，其充气、 制动、缓解时间与1 0 4 阀相当；当处于慢位时，其充气、制动、缓解时间 与1 2 0 阀相当。 ( 6 ) 半自动缓解阀采用与1 2 0 阀类似的成熟产品。 ( 7 ) 中间体也可采用集成板式安装板，可根据不同的需要配用不同的 中间体。 ( 8 ) 单独设有紧急阀。 ( 9 ) 预留电空制动控制接口。 第三章1 6 0 k r n ，h 快速货车制动系统方案分析 悄嫒$ 占 匦黼惜螺憔需露抖瓤淄毯11、_点09_【i-c殴 垦区枯罂拯二一 榷弘熙孵趣g_【 匿涮磐恻埋“ 厘憔嚼琏粼掣需幂，t， 稚辎蝌牡餐越 匿恻楼、6 嘲瓣需器漤赧矗 耳区商 埘畦世h 匿器辅扩州*疆硝$ 稚剞球越瑚蔷秘，“ 拙臀器，_ i 北京交通大学硕士学位论文 2 8 函剐隧匿磊魁*糕蹦$g若【qn陬 舢抖赢 北京交通大学硕士学位论文 2 常用制动位 ( 1 ) 局减开始位( 见图3 6 ) 当主活塞两侧形成了一定的压力差后，主活塞上移，关闭缓解阀，容 积室排向大气的通路被关闭，同时局减排气阀口关闭，局减进气阀口开放， 这个位置即为局减开始位。 ( 2 ) 制动位( 见图3 7 ) 制动管竖雕辩嚣张蟾一琵鞫踏鬟；畔驰酬默瞳强判积封努羚謦拦舅引 副剥扪窭爵剿磊；射豢繇爨孺i 别彰争帮赫1 陈方昌译欧洲高速货运 制动系统设计的新构想届外铁道车辆1 9 9 3 ，( 5 ) ：1 7 2 0 【3 2 】高尾高速列车的制动装置与控制国外铁道车辆1 9 9 7 ，( 1 ) ：1 4 - 1 5 3 3 1 刘晓艳译铁道车辆车轮和制动技术的发展趋势国外铁道车辆2 0 0 4 ，( 1 ) ：8 1 2 3 4 】h a n d b o o k b r a k ee n g i n e e r i n gt e r m sa n dd a t a r a i lv e h i c l e b r a k e sok n o r r b r x 第三章l6 0 k n 仆快速货车制动系统方案分析 制- 艏 图3 - 3 控制阀作用部充气缓解位 北京交通大学硕士学位论文 制动管 工作风缸 图3 _ 4 控制阀作用部减速充气位 3 2 第三章1 6 0 k m ，h 快速货车制动系统方案分析 制动管工作风缸 图3 5 控制阀作用部逆流稳定关闭位 北京交通大学硕士学位论文 图3 6 控制阀作用部局减开始位 第三章1 6 0 k m ，1 1 快速货车制动系统方案分析 制动管 图3 7 控制阀作用部常用制动位 3 5 第三章1 6 0 k m ， i 快速货车制动系统方案分析 图3 - 9 控制阀作用部紧急制动位 3 7 北京交通大学硕士学位论文 3 2 2 控制阀方案结构特点 1 6 0 k 【h 快速货车控制阀( 以下暂简称为k z l 阀) 是在1 2 0 阀的基础 上，为满足快速货车的制动要求丽研制开发的。在保留了1 2 g 阀的诸多优 点的同时，还具有以下性能特点： 1 快普转换装置 k z l 阀不但要能满足快速货车的制动需要，还应能与现有普通货车混 编。这就需要一种转换装置，在不同工况条件下，改变控制阀的制动、充 气及缓解等特性。如：装用在快速货车时，转换装置会使控制阀具有较快 的制动、充气及缓解等特性( 与1 0 4 阀基本致) ：在与普通货车混编时， 转换装置又会使控制阀具有较慢的制动、充气及缓解等特性( 与1 2 0 阀基 本一致) 。可以把这种转换装置称为快普转换，国外称为“客货”转换。 国际铁路联盟规程( u i c ) 中规定，制动机的设计应能作为“货物”列车 用、“旅客”列车用或者“客、货”两用制动机使用。用做“客、货”两 用制动机时，应安装( 设置) 一个转换装置，使其在旅客列车和货物列车 上都能使用。目前欧洲各国的制动机大部分都采用了这种转换装置，例如 德国克诺尔( k n o r r ) 公司的k e 阀，s a bw a b c 0 公司的c 3 w 阀等都设有“客 货”转换装置。它可以实现对制动时间、缓解时间的转换。由于我国现有 的普通货车制动机( 1 2 0 阀) 的充气时间与客车制动机相差较大，因此k z l 阀的快普转换装置不但可以实现对制动时间和缓解时间的转换。同时还能 对充气时间进行转换。以满足快速货车不同的使用条件的要求。 在表3 1 中可以看出。由于k z l 阀设置了快普转换装置，在作为快速 货车控制阀时，制动缸升压时间缩短，可使空走距离缩短4 1 4 ，在保证 同样的全制动距离的条件下与1 2 0 阀相比，可使闸瓦承受的制动功率降低 6 7 。这对于仍然采用单式闸瓦而闸瓦制动功率居高不下的快速货车制动 北京交通大学硕士学位论文 应能适应6 1 6 英寸制动缸或与之相当的多个制动缸系统，因此，1 2 0 阀 的二压力直接作用方式就不能继续采用。而二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： ( 1 ) 真正的空重车无级调整 在此作用方式下，副风缸不再参与主控机构的动作平衡，仅作为制动 缸的风源。制动缸的压力由容积室压力决定，制动缸需要多少压力空气， 副风缸就给它多少。因此，采用二压力间接作用方式的控制阀配以无级空 重车调整装置，即可实现真正的空重车无级调整，同时还能自动消除高速 运行时车辆振动的影响，使制动缸压力保持准确、稳定。 ( 2 ) 节约压力空气 在此作用方式下，由于副风缸不再参与主控机构的动作平衡，仅作为 制动缸的风源。就无须再设降压气室之类的无效容积，极大的减少压力空 气的浪费。 ( 3 ) 具有很强的适应性 在此作用方式下，无须考虑副风缸容积与制动缸直径的匹配问题，只 要副风缸的容积足够大，就可以适应6 1 6 英寸制动缸或与之相当的多个 制动缸系统，而且控制阀的各项参数均无须调整，具有很强的适应性。 3 。k z l 阀同时汲取了1 2 0 阀的大量优点，例如适应压力保持式操纵、 良好的加速缓解性能等。 ( 1 ) 适应压力保持式操纵 由于采用二压力间接作用方式，主控机构是由制动管和工作风缸压力 空气来控制；由于1 2 0 阀的主控机构是由制动管和副风缸压力空气控制， 副风缸容积较之工作风缸容积大( 1 4 英寸1 2 0 阀配用6 0 升副风缸，而工 作风缸容积为1 1 升) ，因此k z l 阀的“呼吸孔”孔径应小于1 2 0 阀“呼吸 第三章1 6 0 k r n ， 1 快速货车制动系统方案分析 孔”孔径( 巾o 2 ) 。 ( 2 ) 具有良好的加速缓解性能 由于采用二压力间接作用方式，工作风缸作为主控机构的压力源，不 可能再象1 2 0 阀，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，须另外考虑。再设一个加速缓解风缸，虽然可以解决这个问题， 但是这样就必须增加一个风缸，显然不是一个好办法。由于在二压力间接 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。这样即可实现不增加风缸而保证加速缓解性 能的目的。经大量的试验与分析，证实此方案完全可行。 4 总结以上所述，在表5 中比较详细的将k z l 阀相对1 2 0 阀和1 0 4 阀在性能上的优越性进行了比较。 表3 2k z l 阀与现有客货车控制阀性能对比表 性能 1 2 0 阀 k z l 阀 1 0 4 阀 货车位客车位 减速充气 常用局减 加速缓解 适应压力保持式操纵 快普转换 适应各种直径或数量的制动缸 紧急二段 直接配用无级空重车而不浪费压力空气 3 3 电空控制制动系统方案 3 3 1 主要性能指标 1 在制动管定压5 0 0 k p a 、6 0 0 k p a 下均能正常工作。 4 1 北京交通大学硕士学位论文 2 作用方式采用自动式电空制动机作用方式。 3 电控方式采用有线传输、直接控制方式，能适应现有机车制动机 五线制电控指令信号的控制。 4 通过电空制动实现快速货车制动系统阶段缓解功能和电控加速缓 解功能。 5 电控系统不应影响空气控制阀的原有性能。 6 电磁阀采用平面安装。通过与不同的集成板式安装板( 中间体) 配套，满足1 6 0 k m 快速货车制动系统电空制动的需要。 7 电磁阀应符合中国铁路的使用要求和技术指标。在一2 5 + 5 0 的环境温度范围下应能可靠动作。 3 3 2 系统构成 1 电空制动系统主要由电空制动集成安装板、电磁阀组、缓解风缸 和控制线以及电气连接器等与原空气制动系统共同构成。 2 控制线采用五芯电缆，规格为4 4 咖2 + 1 2 5 m i 2 。由1 号制动 线、2 号缓解线、3 号保压线、4 号检查线( 2 5 1 1 1 l n 2 ) 和5 号负线五线组 成。 3 电磁阀组采用制动、缓解和保压三只电磁阀，分别受相应电信号 控制，实现制动、缓解和保压作用。其中保压电磁阀采用常开通路，制动 电磁阀和保压电磁阀采用常闭通路。 3 3 3 作用原理 1 电空制动系统根据机车电空制动机发出的五线制电控指令，通过 电磁阀组和空气控制阀的联合作用完成制动、保压、缓解和阶段缓解等电 空作用。 北京交通大学硕士学位论文 剀 l 二：二l 一 医= = l 伫蝴! o 咛 _ 十冀鞘| 蠹；l 菱霎 必鎏 i 鬟l 囊：! ；l i ；乍彘磐嚣珏邓囊商裂早西拌比篑墨 萎：薹若篓雾霪囊囊鎏蒸霪薹 蓁鞋艏巧蘑“魏动镑鞋彗獾豫毖舅姻躲l 羹矧骂沁铜蕲i 鲈了i 是群 蕊! 。知爵耋 茗磊嘤绘；错瓮缔躺；褒熹莉茬。 雩j 羹二；0 簧墅篱鬟姜悻 霪缮强浮丞得预蔫础丽添跫惕堪翟崤公司的薪酬水平居中，平 均年薪为6 5 万元，专业项目 型房地产公司平均年薪为5 6 万元。 在房地产公司内部，各类员工的薪酬水平也存在差异，仍以北京 为例：战略多元型房地产公司中最高薪酬水平与最低水平比差较大， 这是由其薪酬制度的特点决定的：这类公司组织结构庞大，岗位等级 复杂，因此，薪酬水平的层次性也很突出。 第三章1 6 0 k m ， i 快速货车制动系统方案分析 1 、2 称重阀压力信号3 、肯6 动缸压力信号 4 、副风缸压力信号5 、容积室压力信号 图3 1 1 自动随重调整阀示意图 平均阀为选装件，当每辆车装配两个称重阀时加装，当车辆偏载时， 各组枕簧的挠度不同，两个称重阀的输出压力就不同。来自两个称重阀的 压力空气进入平均阀后一个连接到小活塞的下侧，另一个连接到大活塞的 下侧，由于大活塞上侧的压力为零，在大、小活塞下侧的压力空气作用下 活塞组上移，顶开夹芯阀，夹芯阀上侧来自副风缸的压力空气进入大活塞 北京交通大学硕士学位论文 上方，因大活塞面积是小活塞面积的两倍，则到最后达到平衡夹芯阀再次 关闭时，平均阀的最后输出压力应等于大活塞下面的压力与小活塞下面的 压力之和的一半。因此，最终的进入调整阀信号活塞的压力信号已经将偏 载对车辆实际载重的误差进行了修正。当只有一个称重阀时，则配以一个 上盖，直接将称重阀传过来的信号压力引入调整阀的信号活塞。该信号压 力的大小不受制动机制动、缓解工况的影响，只随车辆载重的变化而变化。 在调整阀中设立了初跃升弹簧，保证在制动初期，无论是空车位，还 是重车位，使制动缸压力上升为一致。当制动缸压力上升到70kpa左右， 初跃升完成。初跃升结束后，调整杠杆与信号支点接触，制动缸与容积室 压力以信号支点建立杠杆平衡关系。于是，从称重阀取得的信号压力推动 信号支点所处的位置就决定了容积室和制动缸之间的压力比例关系，而称 重阀的信号压力随车辆的载重变化而变化，信号支点的位置也随着变化， 到达自动随重调整制动缸压力的目的。3 4 2 称重阀 称重有直接称重和间接称重两种形式。采用直接称重法，与转向架弹 簧挠度无关，且具有减振阻尼及滤波作用，能消除高速运行时车辆振动对 输出信号压力的影响使信号压力准确、稳定，其称重精度优于利用转向架 弹簧挠度间接称重的传感阀。但转向架的结构直接影响选用称重阀，还是 传感阀，采用哪种，根据装车厂家的转向架的结构形式。构架式转向架可 选用直接称重的称重阀，三大件式转向架选用间接称重的传感阀。 3 4 2 1 直接称重阀的结构、原理参见图3 1 2 。 称重阀由气动控制机构和机械减力机构组成。气控机构的基本部件是 北京交通大学硕士学位论文 上活塞( 7 ) 上的力。挺杆( 8 ) 上推，进气阀v 1 开启。压缩空气从副风缸流 向上活塞( 7 ) 上的空间并流经节流阀迸入控制管t 。重新恢复称重阀空气 压力与机械力的平衡。称重阀在一次处于平衡位置：此时建立了相应于车 辆载重的控制压力t 。 当车辆减载时，转向架弹簧载荷q 减少，作用力失去平衡。作用在上 活塞( 7 ) 上的空气压力所产生的向下的力超过机械反作用力q 并向下压 传递销( 6 ) 和在阀体中的下活塞( 2 ) 。借助于弹簧( 1 0 ) 力，挺杆( 8 ) 随着向 下，排气阀v 2 开启。上活塞( 7 ) 上空间的控制管压力流经节流阀的节流孔 d 3 、阀上的孔和排气阀v 2 缩孔d 2 排出。相应地压力降低，上活塞( 7 ) 、 传递销( 6 ) 和挺杆( 8 ) 重新上移，当各个作用力再一次达到平衡时，排气阀 v 2 关闭，称重阀处于平衡位：此时重新建立了相应于新的车辆载藿的控 制压力t 。 为防止轨道接头和振动导致相应一定载重的控制压力的任何变化。由 上述振动所引起的短暂的被缩孔d 1 、d 2 和节流阀上的节流孔所限制，而 不会使控制压力t 产生较大的波动，从而起到滤波的作用。 3 4 ，2 2 间接称重的传感阀 为了适应三大件式转向架安装方式，1 6 0 k m h 快速货车制动系统的自 动随重调整装置的称重方式设计了间接称重的传感阀，其作用原理与直接 称重的称重阀完全相同，只是容量减小。该方案的关键是使设计的套筒弹 簧传往传感阀的力的大小及变化与车辆载重变化一致。根据转向架悬挂弹 簧参数，使所设计的套筒弹簧参数与转向架弹簧参数匹配，这样套筒弹簧 传往传感阀的力的大小及变化才能真正反映车辆载重的大小及变化。其结 构参见图3 一1 3 。 北京交通大学硕士学位论文 副风缸，防滑调节器安装在轴头上。 3 5 ，1 2 工作原理 传动原理：轮轴带动键l 、键轴2 、凸轮4 、滚轮5 旋转，凸轮4 利 用摩擦力将动能传递给飞轮3 使之跟随旋转。 运转和正常制动状态：( 1 ) 当车轮匀速转动时，飞轮、凸轮与滚轮的 转速相等，滚轮轴承在弹簧抗力的作用下处于凸轮v 形槽的沟部。( 2 ) 轮 加速或减速时，在速度变化的瞬间，滚轮的转速趋向于轮轴，凸轮的转速 趋向于飞轮。由于飞轮的惯性力作用，凸轮与滚轮的转速有一个差值，飞 轮的惯性力推动凸轮继续转动，滚轮沿凸轮v 形槽斜坡爬升并带动顶杆6 向阀7 开启的方向运动。同时，因弹簧压缩而爬升抗力增加，抵消飞轮的 惯性力。如果车轮的加速度或减速度在正常范围内时。爬升距离不足以开 启阀7 ，防滑调节器不产生作用。( 3 ) 防滑调节器不产生作用时，阀7 和 调节活塞8 均为关闭状态。排风阀r 腔、g 腔通过缩孔1 0 沟通充至副风 缸定压，活塞9 处于平衡状态。如此时车辆处于制动状态，则给排阀1 l 在制动压力的作用下开启制动缸与分配阀的通路，关闭制动缸与大气的通 路，维持制动状态。 车轮异常滑行时：当车轮减速度过大( 发生异常滑行) 时。凸轮与滚 轮的转速差值增大，滚轮5 爬升距离加大，带动顶杆6 顶开阀7 向大气排 风，调节活塞8 因背压突减来不及补充而开启，排风阀g 腔向大气快速排 风，由于缩孔1 0 的限制，活塞9 因r 侧压力远大于g 侧而快速上移，给 排阀l l 开启制动缸与大气的通路，关闭制动缸与分配阀的通路。制动缸 快速排风，制动力快速降低。 车轮恢复转动的过程：当制动力降低到一定时，车轮恢复转动，滚轮 的转速趋向于凸轮，滚轮回复到凸轮v 形槽沟部，阀7 、调节活塞8 重新 第三章1 6 0 k n 仆快速货车制动系统方案分析 5 1 囤 i 啮 l 乓 剐 隧 辽 蠊 椎 艇 鳇 ! 小 囤 北京交通大学硕士学位论文 关闭，排风阀g 腔压力回升至与r 腔平衡，给排阀l l 在d 腔压力的作用 下重新开启制动缸与分配阀的通路，关闭制动缸与大气的通路，制动缸快 速再充气恢复车辆的制动力。当车轮再次滑行时，防滑器可重复发生上述 作用从而避免连续滑行。 3 5 2 微机控制防滑器的结构组成和工作原理 微机控制防滑器主要由主机、防滑排风阀、速度传感器、压力开关等 组成，如图3 1 5 所示。 速度传感器速度传感器 图3 1 5 微机控制防滑器组成示意图 速度传感器 防滑器主机根据速度传感器传来的脉冲信号计算出每根轴的速度、速 度差、减速度及滑移率等，作为防滑控制的判据。根据这些判据的变化， 北京交通大学硕士学位论文 ( 1 ) 运算速度快，控制精度高。微机控制防滑器并不是等到已经造成 滑