供稿| 陳曉光

冶金行業(yè)轉(zhuǎn)向架車輛雙側(cè)輪式閘瓦制動裝置的研發(fā)

供稿| 陳曉光

內(nèi)容導(dǎo)讀

冶金行業(yè)從高爐到轉(zhuǎn)爐的鐵水運(yùn)輸大多采用轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式的車輛運(yùn)送承載高溫鐵水的罐類容器。冶金車輛的轉(zhuǎn)向架類似又不同于國鐵貨車的轉(zhuǎn)向架，一般不加設(shè)制動裝置，只是靠牽引機(jī)車提供一定的制動力。近年來，為適應(yīng)鋼鐵冶煉工藝和安全生產(chǎn)的要求，冶金車輛的轉(zhuǎn)向架也開始考慮加設(shè)限速的制動裝置，但也僅限于將國鐵貨車使用的單閘瓦制動系統(tǒng)或手制動裝置改造后安裝在冶金車輛上。針對這種現(xiàn)狀，秦冶重工在承接華凌漣鋼一罐到底鐵水罐車項(xiàng)目中，針對漣鋼的特殊線路，研發(fā)了首次應(yīng)用于冶金車輛的、單車制動力大的雙側(cè)輪式閘瓦制動裝置，并已獲得國家專利授權(quán)。文章對雙側(cè)輪式閘瓦制動裝置的研發(fā)過程進(jìn)行了介紹。

在鋼鐵廠的工藝布置中，由于地理?xiàng)l件的限制，煉鐵的高爐到煉鋼的轉(zhuǎn)爐區(qū)間運(yùn)輸線路中不可避免的設(shè)有彎道和坡道，運(yùn)輸高溫鐵水的車輛通常采用機(jī)車牽引方式運(yùn)行。因此為使運(yùn)輸車輛具有一定的曲線通過能力，車輛需采用轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的車輛運(yùn)行至坡道處時(shí)，為保證安全，需要為列車提供一定的制動力以控制列車速度，在列車停止運(yùn)行時(shí)，還需為列車提供駐車制動，因此在坡道線路上運(yùn)行的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的車輛需安裝制動裝置。目前轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)車輛的制動系統(tǒng)大多采用單閘瓦輪式制動或盤式制動。而單閘瓦輪式制動和盤式制動提供的制動力非常有限，對于行車減速制動要求高、制動距離要求短的大噸位編組列車來說，單單采用單閘瓦制動或盤式制動所提供的制動力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足整個(gè)大噸位編組列車的制動力要求。

如何在保證安全運(yùn)行的情況下，增加冶金行業(yè)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)運(yùn)輸車輛的制動力，從而使列車制動距離控制在規(guī)定范圍內(nèi)，是擺在我們面前的又一技術(shù)問題。

立項(xiàng)前提

目前冶金車輛應(yīng)用最多的是手制動裝置和風(fēng)手雙系統(tǒng)的單閘瓦制動，手制動裝置大多作為駐車制動，風(fēng)手雙系統(tǒng)的單閘瓦制動可通過制動風(fēng)管與機(jī)車間連接，靠牽引機(jī)車操作實(shí)現(xiàn)整車制動。但是因?yàn)橐苯鹦袠I(yè)運(yùn)輸?shù)氖歉邷罔F水，考慮運(yùn)行的安全性，除非線路特殊要求，一般鐵水車不要求配套制動系統(tǒng)，只靠牽引機(jī)車制動就可實(shí)現(xiàn)列車的控速和停車。但是在特殊地理?xiàng)l件下，只靠機(jī)車制動無法滿足運(yùn)輸?shù)囊?，這就需要在這個(gè)編組列車中考慮制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2007年，秦冶重工承接了華凌漣鋼3200m3高爐至210t轉(zhuǎn)爐區(qū)間鐵水運(yùn)輸車輛的成套供貨合同。煉鐵高爐位于婁底市邊部的山上，海拔高于轉(zhuǎn)爐煉鋼車間，在運(yùn)行線路上，車輛需行經(jīng)一段鐵路橋后，下坡道運(yùn)行穿過與鐵路交叉的行車道，再駛?cè)朕D(zhuǎn)爐車間。下坡道長度為600 m，坡度設(shè)計(jì)為0～5‰，下坡時(shí)車輛為滿載運(yùn)行，行至坡下與鐵路交叉的行車道前，整個(gè)編組列車需控速至7 km/h速度運(yùn)行，如遇行車道有行人或車輛經(jīng)過行車道，編組列車需在30 m的制動距離內(nèi)緊急停車。整列車編組情況為機(jī)車+隔離車+鐵水罐車。因整個(gè)線路中彎道最小曲線半徑為R150 m，如果鐵水車全部采用加制動的轉(zhuǎn)向架，為滿足載重要求，勢必使鐵水罐車轉(zhuǎn)向架固定軸距和鐵水罐標(biāo)高增大很多，整列車的曲線通過能力將降低，高爐出鐵場平臺及轉(zhuǎn)爐車間與鐵水罐車相關(guān)的標(biāo)高均受影響，對整個(gè)工藝布置較大，鐵水罐車重心高度也將上移，對列車的行車安全也不利。因此綜合考慮后，商定采用帶制動的隔離車與牽引機(jī)車共同為整列車提供制動力，從而達(dá)到控制列車速度和緊急狀態(tài)下在安全距離內(nèi)停車的要求。那么單閘瓦制動的隔離車能否滿足以上要求？我們首先進(jìn)行了理論計(jì)算和分析，最終根據(jù)實(shí)際情況和工礦要求確定設(shè)計(jì)方案。

圖1 單閘瓦制動系統(tǒng)工作原理圖

方案的確定

單閘瓦制動結(jié)構(gòu)簡要介紹

圖2 單閘瓦安裝示意

冶金車輛轉(zhuǎn)向架的單閘瓦制動裝置借鑒了上線運(yùn)行的鐵路貨車基礎(chǔ)制動裝置，通常采用的是單閘瓦制動，結(jié)構(gòu)示意如圖1、圖2所示。其結(jié)構(gòu)形式為：每個(gè)轉(zhuǎn)向架有四個(gè)車輪，每個(gè)車輪安裝一套制動閘瓦，制動系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向架、基礎(chǔ)制動裝置、風(fēng)制動系統(tǒng)組成。轉(zhuǎn)向架為搖枕、側(cè)架、輪對三大件式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)制動包括制動拉板、閘瓦、閘瓦托、吊桿、制動拉桿等，制動拉板通過吊座安裝于轉(zhuǎn)向架中部的搖枕位置，以便制動系統(tǒng)安裝于轉(zhuǎn)向架相應(yīng)位置。

核算單閘瓦制動制動力是否滿足要求

因列車要求在重載下坡時(shí)制動距離不大于30 m，因此我們首先對列車所需制動力進(jìn)行計(jì)算，然后分析普通的單閘瓦制動是否滿足要求，否則需采取特殊的結(jié)構(gòu)形式以滿足運(yùn)行安全要求。

通過計(jì)算可知，兩輛單閘瓦結(jié)構(gòu)的隔離車編組方式不能確保重載制動距離不大于30 m的要求。

仔細(xì)分析制動力計(jì)算公式，影響制動制動系統(tǒng)制動力的主要參數(shù)為閘瓦摩擦系數(shù)、制動缸直徑、管路壓力、制動倍率、閘瓦數(shù)量等。不同材質(zhì)的閘瓦與車輪間的摩擦系數(shù)是固有參數(shù)，管路壓力在空車、重車時(shí)的壓力值也是一定的，制動倍率是制動桿的杠桿比，制動倍率的取值不宜太大，氣制動的風(fēng)缸直徑是標(biāo)準(zhǔn)系列，依靠以上幾個(gè)參數(shù)無法大幅度提高制動力。制動缸數(shù)量增加，又需一定的安裝空間，需加長車體長度從而增加工藝長度，這就涉及工藝布置問題。那么不改變編組中鐵水罐車的載重和數(shù)量，不改變工藝布置，還要保證制動距離的要求，可以有以下兩種途徑實(shí)現(xiàn)：

A．不改變隔離車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，只能靠增加隔離車數(shù)量的方法增加制動力；

B．不增加隔離車數(shù)量，改變隔離車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，增加單車制動力，從而提高整列車制動力達(dá)到制動距離的要求。

如采取方案A，隔離車數(shù)量增加后，整個(gè)編組列車長度增加，整個(gè)鐵路線路布置需要調(diào)整，尤其是鐵路橋引橋長度和結(jié)構(gòu)需重新考慮，造價(jià)相對較高，變動較大；

如采取方案B，整套工藝參數(shù)無需變動，只是增加隔離車單臺設(shè)備的造價(jià)，相對看造價(jià)較低。經(jīng)與漣鋼物管中心和煉鐵廠有關(guān)負(fù)責(zé)人共同探討，綜合考慮，漣鋼決定采用雙閘瓦制動方式以解決問題。

雙閘瓦制動的設(shè)計(jì)

圖3 雙側(cè)閘瓦制動構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架及制動系統(tǒng)示意圖

雙閘瓦制動結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的輪式制動每個(gè)車輪只有一側(cè)閘瓦，而為增加閘瓦數(shù)量，改為雙側(cè)閘瓦制動之后，在保證制動力不大于粘著力的安全條件下，可大大增加制動力，為大噸位編組列車提供足夠的制動力，保證制動距離控制在要求范圍之內(nèi)。但原來的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)已無法滿足雙側(cè)閘瓦安裝要求，因此，從轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)形式到基礎(chǔ)制動，全部采取了新的技術(shù)方案。

新的制動系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向架、基礎(chǔ)制動裝置、風(fēng)制動系統(tǒng)組成。為了保證制動梁的安裝，轉(zhuǎn)向架一改傳統(tǒng)的搖枕、側(cè)架三大件式結(jié)構(gòu)，改為構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，構(gòu)架為H型焊接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向架的軸箱采用彈簧懸掛式，轉(zhuǎn)向架構(gòu)件前端面設(shè)有橫梁，用于安裝制動系統(tǒng)的制動梁，基礎(chǔ)制動包括制動梁、閘瓦、閘瓦托、吊桿、制動拉桿等，制動梁通過吊桿安裝于轉(zhuǎn)向架兩端及中部的橫梁位置，以便制動系統(tǒng)安裝于轉(zhuǎn)向架相應(yīng)位置。如圖3所示，制動缸活塞端部通過制動杠桿組成一、制動杠桿組成二與制動桿相連，制動桿連接閘瓦托，閘瓦安裝于閘瓦托上，兩側(cè)車輪處的閘瓦托通過制動梁連成一體以保兩側(cè)閘瓦同時(shí)動作，制動梁通過吊桿安裝于轉(zhuǎn)向架兩端的橫梁上，主管路通過120閥組及主風(fēng)缸、副風(fēng)缸后，與制動缸連接。本制動系統(tǒng)為減壓制動，當(dāng)主管路中的氣管壓力產(chǎn)生變化后，制動缸的活塞產(chǎn)生相應(yīng)運(yùn)動，通過帶動制動杠桿一、制動杠桿二、制動拉桿動作，從而使制動梁帶動兩側(cè)的閘瓦托連同閘瓦同時(shí)動作，使閘瓦與車輪間的位置產(chǎn)生相對變化，從而實(shí)現(xiàn)制動或解除制動，減壓制動，充氣緩解。雙閘瓦的安裝如圖4所示，圖5為整車制動系統(tǒng)的布置。

圖4 雙側(cè)閘瓦安裝圖

結(jié)束語

現(xiàn)雙閘瓦制動的隔離車已于2009年9月開始運(yùn)行于漣鋼3200 m高爐與210 t轉(zhuǎn)爐間。

冶金行業(yè)轉(zhuǎn)向架車輛雙閘瓦制動系統(tǒng)能夠在一套風(fēng)缸和制動缸的作用下同時(shí)使兩個(gè)轉(zhuǎn)向架上的基礎(chǔ)制動裝置同步動作，解決了大噸位的冶金行業(yè)轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)車輛的行車、駐車制動問題，保證了車輛的安全運(yùn)行，也為鐵路通用車輛的結(jié)構(gòu)在冶金行業(yè)的應(yīng)用提供了實(shí)例。下圖為雙閘瓦制動的隔離車圖片。

Design of Bilateral Wheel Brake Shoe Braking Device Using in the Metallurgical Industry Bogie Vehicle

CHEN Xiao-guang

圖5 制動系統(tǒng)布置示意圖

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陳曉光（1965—），男 ，漢族，秦皇島秦冶重工有限公司，主要從事冶金設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)工作。

秦皇島秦冶重工有限公司，河北 秦皇島 066318