龐 魏 孫 建 岳文志 王樂雨

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

原時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車組需要停放時(shí)，拖車采用手制動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，從而需要乘務(wù)員操作各個(gè)車的手制動(dòng)機(jī)，工作量大且需要的人員較多。為了減少列車停放時(shí)操作帶來的工作量，并對(duì)標(biāo)其他動(dòng)車組均采用停放制動(dòng)，在對(duì)時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車組進(jìn)行拖車優(yōu)化時(shí)，取消了手制動(dòng)機(jī)，采用停放制動(dòng)[1]。

停放制動(dòng)是列車靜止停放時(shí)，防止列車發(fā)生溜逸的一種制動(dòng)方式，采用排氣時(shí)彈簧自動(dòng)施加、充氣緩解的方式。

1 停放制動(dòng)氣路原理設(shè)計(jì)

進(jìn)行了適用于時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車組設(shè)計(jì)，具體氣路原理如圖1所示。

圖1 氣路原理圖

(1)停放供風(fēng)塞門(件號(hào).01)。停放供風(fēng)塞門的設(shè)置主要考慮停放模塊檢修時(shí)下游各個(gè)閥的維護(hù)及檢修。

(2)過濾器(件號(hào).02)。過濾器的設(shè)置是為了保證空氣質(zhì)量。

(3)減壓閥(件號(hào).03)。減壓閥的設(shè)置主要是由停放制動(dòng)缸的特性決定的，設(shè)為600 kPa。

(4)縮堵(件號(hào).04)?？s堵選擇縮孔直徑大小2.5 mm，避免停放制動(dòng)充氣時(shí)氣流量過大對(duì)停放制動(dòng)缸造成影響。

(5)停放制動(dòng)電磁閥(件號(hào).05)。停放制動(dòng)電磁閥采用雙脈沖電磁閥且?guī)е?，相?duì)于其他電磁閥更加穩(wěn)定可靠；它采用一個(gè)大于300 ms的脈沖信號(hào)，更能保證電磁閥的過程轉(zhuǎn)換，另一方面采用柱塞式，是在電磁閥出現(xiàn)位置轉(zhuǎn)換故障或無電時(shí)，可以手動(dòng)操作停放制動(dòng)施加與緩解。

(6)雙向止回閥(件號(hào).06)。雙向止回閥可以避免空氣制動(dòng)與停放制動(dòng)的疊加所造成的車輪制動(dòng)力過大現(xiàn)象。

(7)停放隔離塞門(件號(hào).07)。停放隔離塞門采用帶觸點(diǎn)排風(fēng)塞門。在氣路方面，可以操作截?cái)嗳T阻止上游氣路進(jìn)入，且排空下游停放制動(dòng)管路及停放制動(dòng)缸空氣，保證下一步操作停放緩解拉繩是有效的；在電路方面，停放隔離塞門的操作將給相關(guān)監(jiān)控一個(gè)電信號(hào)，并作為停放隔離狀態(tài)判斷依據(jù)。

(8)測(cè)試接口(件號(hào).08)。測(cè)試接口的設(shè)置，主要是用于對(duì)停放制動(dòng)氣路的測(cè)試及停放功能試驗(yàn)。

(9)壓力開關(guān)(件號(hào).09)。壓力開關(guān)壓力的設(shè)定值主要取決于停放制動(dòng)缸的特性，此項(xiàng)目壓力開關(guān)的動(dòng)作值分別為480 kPa、420 kPa；壓力開關(guān)的動(dòng)作將接入停放安全環(huán)路，以保證車輛的安全行駛。

(10)傳感器(件號(hào).10)。傳感器主要是將氣路壓力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，由安全主機(jī)采集后傳輸給網(wǎng)絡(luò)，并顯示停放制動(dòng)的施加、緩解。

(11)停放制動(dòng)指示器。停放制動(dòng)指示器的設(shè)置主要為了直觀地顯示停放的施加、緩解，相關(guān)人員更容易判斷。

上述氣路設(shè)計(jì)完成后，實(shí)現(xiàn)了以下停放制動(dòng)的功能：

(1)停放制動(dòng)緩解(見圖2)。壓縮空氣通過接口1 進(jìn)入停放供風(fēng)塞門，通過過濾器、減壓閥、縮孔)到達(dá)停放制動(dòng)電磁閥，當(dāng)接收緩解指令時(shí)，壓縮空氣經(jīng)雙向止回閥、停放隔離塞門從3 口到達(dá)停放缸，實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)的緩解。

(2)停放制動(dòng)施加(見圖3)。當(dāng)接收施加指令時(shí)，停放缸壓力氣體從3 口流入停放隔離塞門、雙向止回閥經(jīng)停放制動(dòng)電磁閥排入大氣，實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)施加。在此狀態(tài)下，如果進(jìn)行空氣制動(dòng)，來自2 口的制動(dòng)缸壓力氣體經(jīng)雙向止回閥、停放隔離塞門從3 口到達(dá)停放缸，防止空氣制動(dòng)力和停放制動(dòng)力疊加。

圖2 停放緩解 圖3 停放施加

2 停放制動(dòng)計(jì)算

停放制動(dòng)計(jì)算的目的是確認(rèn)停放制動(dòng)力是否滿足坡道停車時(shí)的防溜逸要求，及停放制動(dòng)的意外施加不會(huì)造成輪對(duì)抱死從而避免輪對(duì)擦傷。

2.1 停放制動(dòng)力

停放制動(dòng)力的計(jì)算公式如下

F=F1·N1·μ1·η·2r/D

(1)

式中：F1為每個(gè)制動(dòng)夾鉗單元輸出力；N1為夾鉗數(shù)量；μ1為靜態(tài)摩擦因數(shù)；η為傳動(dòng)效率；r為制動(dòng)夾鉗的平均制動(dòng)半徑；D為輪徑，按新輪計(jì)算。

斜坡產(chǎn)生的下滑力如下：

FH=M·g·α

(2)

式中：M為拖車的質(zhì)量之和；g為重力加速度；α為最大的停放坡度。

根據(jù)停放安全系數(shù)

б=F/FH

則可以計(jì)算出制動(dòng)夾鉗單元輸出力

2.2 停放制動(dòng)的意外施加不會(huì)造成輪對(duì)抱死從而避免輪對(duì)擦傷

車輛產(chǎn)生的正壓力：FZ=M·g·cosα

靜止時(shí)所需的黏著系數(shù)：τ1=FH/FZ

車輛意外施加制動(dòng)力時(shí)所需的黏著系數(shù)：τ2=F2/(g·M1·cosα)

其中：M1為軸重，M1=M/4；F2為軸停放制動(dòng)力，F(xiàn)2=F1·μ1·η·2r/D。

鐵路客車設(shè)計(jì)時(shí)的黏著系數(shù)公式如下：

式中：v為運(yùn)行速度。

綜上所述，最后選取每個(gè)夾鉗單元的力應(yīng)在上述計(jì)算區(qū)間之內(nèi)，從而選取停放制動(dòng)缸型號(hào)。

3 停放制動(dòng)邏輯設(shè)計(jì)

司機(jī)通過停放制動(dòng)按鈕(施加/緩解)控制停放列車線(施加/緩解)動(dòng)作，進(jìn)而控制停放制動(dòng)電磁閥(脈沖控制，切換后狀態(tài)會(huì)自動(dòng)保持)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)停放制動(dòng)缸的排風(fēng)(施加)或充風(fēng)(緩解)，相關(guān)停放控制邏輯如下：

(1)停放指令來源

停放制動(dòng)施加/緩解通過列車線實(shí)現(xiàn)同步控制，主從控端均可觸發(fā)。停放制動(dòng)施加/緩解指令為脈沖信號(hào)，停放制動(dòng)施加/緩解源分別見表1所示。

(2)停放施加后控制邏輯

停放制動(dòng)施加后，通過停放制動(dòng)壓力開關(guān)斷開停放制動(dòng)環(huán)路，CCU監(jiān)測(cè)停放制動(dòng)環(huán)路狀態(tài)，在停放制動(dòng)施加后將封鎖牽引， 若動(dòng)車組在移動(dòng)中施加將觸發(fā)懲罰制動(dòng)。

表1 停放施加源

(3)停放制動(dòng)顯示

停放制動(dòng)按鈕帶指示燈，狀態(tài)受停放制動(dòng)環(huán)路和動(dòng)力車停放壓力開關(guān)的控制。行車安全主機(jī)通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)停放制動(dòng)缸壓力，并分析出停放制動(dòng)狀態(tài)后 (暫定：壓力上升到480 kPa以上顯示“緩解”，壓力下降到420 kPa以下顯示“施加”，壓力下降到100 kPa以下顯示“完全施加”)， 將信號(hào)反饋給CCU，并顯示在司機(jī)顯示屏上，相關(guān)邏輯如圖4所示。

(4)停放制動(dòng)隔離

停放制動(dòng)的隔離操作步驟如下：

①緩解本車空氣制動(dòng)；

②關(guān)閉車上停放制動(dòng)模塊內(nèi)帶電觸點(diǎn)，截?cái)嗳T將停放制動(dòng)缸壓力排空；

③下車操作停放制動(dòng)缸手動(dòng)拉緩解拉繩，拉開后保持3 s，并確認(rèn)制動(dòng)夾鉗離開制動(dòng)盤；

圖4 停放制動(dòng)顯示相關(guān)邏輯

④操作車上安全環(huán)路旁路開關(guān)，司機(jī)顯示屏顯示“XX車停放被隔離”。

該方案通過手動(dòng)方式機(jī)械隔離停放制動(dòng)，是最安全可靠的方式，適用于全列與單車停放制動(dòng)隔離。

4 結(jié)束語

停放制動(dòng)是列車靜止停放時(shí)防止列車發(fā)生溜逸的一種制動(dòng)方式，對(duì)于列車運(yùn)營(yíng)安全至關(guān)重要。以上主要介紹了停放制動(dòng)氣路原理設(shè)計(jì)思路，并給出了相關(guān)的計(jì)算方法，可以為同類設(shè)計(jì)提供一定參考。目前時(shí)速160 km動(dòng)力集中電動(dòng)車組拖車停放制動(dòng)已在相關(guān)第三方國(guó)家鐵路認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行型式試驗(yàn),并在相關(guān)路局進(jìn)行試運(yùn)行，其停放制動(dòng)功能良好,目前未發(fā)現(xiàn)問題。