轻型机车制动机研制_朱宇.pdf

朱宇(1968-)男,四川乐至人,高级工程师(收稿日期:2009-02-08)文章编号:1008-7842(2009)03-0029-03轻型机车制动机研制朱宇(四川制动科技股份有限公司制动研究所,四川眉山 620010)摘要针对工程机械车、矿山运输等轻型机车 YZ-1 制动机使用中暴露出来的问题,新设计试制生产了 YZ-1G 轻型机车制动机,其主要改进是解决紧急增压的问题,提高可靠性,将原来的分散安装改进为集成装配,结构件的铝合金轻型化设计等。介绍了 YZ-1G 制动机的作用原理、研制试验及现场应用情况。关键词轻型机车制动机;改进设计;集成化安装;结构铝合金化设计;提高可靠性中图分类号:U260.35文献标志码:A轻型机车目前没有明确定义,本文将养路机械车、工务机车、矿山支线运输机车等运行速度不高,牵引总重不大的非国铁主型机车定义为轻型机车。目前,国铁主型机车的制动机主要有两种,内燃机车采用的是JZ-7 空气制动机,电力机车装备的是 DK-1 电空制动机,最近两年,又开始装用德国 CCB微机控制的制动机。主型机车制动机的研制一般比较受重视,都采用了较新的控制技术,功能全面,信息化程度高,但是,另一方面其结构复杂,体积庞大,操作和维护水平要求较高,价格昂贵等缺点又不适合安装在空间紧凑、对制动系统要求成本较低的轻型机车上。由于一直忽略对轻型机车制动机的研发,所以,其制动机性能一直停留在早期的水平上,而且型号繁杂,暴露出来的问题一直得不到解决。因此,专门研制一款安全可靠、功能适当、结构简洁、操作方便、性价比高的制动机用于轻型机车制动系统有利于轻型机车的长远发展和铁路运输的安全。1概述我国轻型机车制动机种类较多,大致有将 DK-1制动机去掉电控部分的简化形 YZ-1 制动机和 JZ-7制动机。其他矿山支线机车的制动机由于没有统一管理,型号就五花八门,有的还采用 EL-14 制动机和简单的空气直通制动机等。总的来说,YZ-1 制动机使用量比较大,相对成熟,具有一定代表性。YZ-1 制动机是纯空气二压力自动式制动机,采用 DK-1 制动系统中比较成熟的 109分配阀、空气制动阀、中继阀、紧急阀(增加总风遮断通路)等阀类部件,单机运行时可采用直通制动,控制列车时采用自动制动,还具有紧急增压和无火回送等功能。从技术参数看,符合相关铁路标准,从功能上说,满足轻型机车制动系统的需要。YZ-1 制动机在长期的应用过程中,发挥了巨大的作用,但也暴露出一些设计上的问题。因此,在保证技术参数符合相关铁路标准的前提下,在借鉴YZ-1 制动机原理和结构的基础上,改进原来设计缺陷,提高其可靠性,是一条既简便又实用的思路。2 改进方案主要针对以下两方面进行改进,改进后的制动机型号定为 YZ-1G。2.1解决设计原理上问题YZ-1 制动机在设计原理方面存在最大的问题是紧急增压的问题。铁路标准对紧急增压性能要求是在紧急制动时,制动缸压力应在 4 s 内上升到 400 kPa,制动缸最终应上升到 450 kPa,紧急制动后,还能单独缓解机车制动力。YZ-1 制动机紧急制动时,列车管压力迅速降低,109 分配阀的增压阀杆上移,打开总风向容积室充气的通路,当容积室压力超过 450 kPa时,容积室安全阀就跳动并排气,将多余的压力空气排向大气以维持容积室压力在450kPa 左右,容积室同步控制制动缸压力。由于容积室安全阀是泄压式金属阀口密封结构,本身就存在着容易漏泄和调压不稳的问题,使用时间稍长,就容易磨损,密封不严,频发故障。该方式还存在另一个问题,紧急制动后,为了保证紧急增压时间,总风通路就要求足够大,这时,司机单独缓解容积室的同时,总风还在不断补风,增压阀杆不容易复位,造成单缓不到零的故障。另外,在无火回送时,也靠调整容积室安全阀来控制容积室压力不超过 200 kPa,由于范围较大,调校也很困难。这种方式在紧急制动时,安全阀一直处于排气状态,也不利于节能和环保。解决以上问题必须改进设计,改进后的方案是采第 29卷第 3 期2 0 0 9 年 6 月铁 道 机 车 车 辆R AILWAY LOCOMOTIVE&CARVol.29No.3Jun.2009用限压方式控制紧急制动时制动缸压力。参见图 1,具体方案如下:(1)在 109 分配阀的紧急增压部,加装增压限制圈,取消分配阀的增压功能,取消容积室安全阀。(2)在紧急阀的总风遮断管上增加紧急增压气路,其上加装止回阀和减压阀,调整压力为 450 kPa。当紧急制动时,紧急阀的紧急活塞杆下移顶开供气部的供气阀,打开总风通路,一部分和原来一样,经 QJ1气动集成的 3 号口、双向阀、2 号管路到总风遮断阀,遮断阀切断供给列车管的总风,另一部分通过 3号口、减压阀、单向阀、双向阀、同时通过 4、5 号口到达容积室和 109 分配阀均衡活塞下方,此时,容积室压力由减压阀控制,实现制动缸紧急增压功能。当紧急阀复位后,紧急活塞杆上移,紧急阀供气部的供气阀随之关闭,切断总风到容积室通路,同时打开 3 号口排大气的通路,单向阀右侧的压力可以通过紧急阀排空,但左侧与容积室相通的部分仍然能保持原来的压力。紧急制动后单独缓解时,由于总风的通路已经被切断,所以,可以很容易地将容积室压力缓解到零。(3)在 109 分配阀均衡部下方,加装 103 阀的空重车调整部,分配阀型号定为 109E。当作为主机运行时,将空重车调整手把放在重车位,整个调整部不起作用,常用制动压力为 340 380 kPa。当作为辅机连挂运行时,将空重车调整手把放在空车位,这时空车活塞通过拉杆参与作用,使均衡活塞产生向下的拉力,使制动缸压力减半。图 1YZ-1G 原理图2.2提高可靠性YZ-1 制动机其实就是以前 DK-1 的简化版,从现在的观点来看,在系统集成设计方面考虑得很不周全。主机厂在组装时,需将制动机的阀类部件逐个分散地安装在车底架上,再用管道将其连接,安装比较困难,管路容易漏泄,漏泄后,不容易发现。还有就是由于分散安装,几乎没有考虑滤尘装置,管路中的异物、腐蚀物容易进入阀类部件。另外,阀类部件的主要材质是铸铁材质,本身也存在锈蚀问题,这些都会降低制动机的可靠性。为此,进行了以下几方面的改进设计:(1)所有阀类部件采用板式安装方式,系统采用集成化设计。原紧急阀还要在放风阀盖上外接两条管路,现改为板式安装,新型号定为 JF5紧急阀。原来外接的双向阀与新增的减压阀、单向阀、电磁阀等合并在一起,组成 QJ1气动集成,便于拆卸和维修。原各阀类部件散装在车底或车上不同的位置,现将分配阀、紧急阀、中继阀、遮断阀、无火回送装置、均衡风缸、容积室、紧急室、局减室和相关气动附件集成安装在一起,组成一个具有固定安装尺寸的制动控制模块,方便运输、装车和检修。(2)增加滤尘装置。在集成单元的总风通路和列车管通路上加装大面积的铜基粉末冶金滤尘器,防止外界粉尘进入制动机内部。(3)采用耐腐蚀的铝合金。除了分配阀,其余的阀类部件的铸铁材质均改为铝合金材质,紧固件采用不锈钢紧固件,既保证制动机本身不易被腐蚀,又符合制动机轻量化和美观的要求。3 试验与应用改进后,YZ-1G 轻型机车制动机结构如图 2 所示,实物如图 3(吊装)、图 4(坐装)所示。阀类部件、风缸等安装在基板上,制动机可以吊式或座式安装,外接 8 条管路。图 2YZ-1G 接口图2006 年 3 月两套 YZ-1G 轻型机车制动机样机分别安装在 D80-32C 型捣固车上,进行了为期半年的装车试验,试验结果表明,制动机性能可靠,紧急制动上闸时间提高 1s,彻底消除单缓不到零的问题,无火回送压力调整方便。从 2007 年起开始批量装在捣固车上,2008 年工矿机车也开始使用。由于其安装方便,性能良好,可靠性较高等优点得到用户好评。30 铁 道 机 车 车 辆第 29卷4作用原理109E 分配阀是在 109 分配阀基础上,安装紧急增压限制圈,限制紧急增压阀杆动作,取消其紧急增压功能,同时,在均衡部下方,加装 103 空重车调整部,在无火回送状态时,可以将制动缸压力减半。JF5紧急阀与 YZ-1 紧急阀功能完全一致,只是结构和安装方式更加合理。ZJ1中继阀、ZD 遮断阀内部结构不变。QJ1气动集成原理请参考 YZ-1G 制动机原理图。QK1气控阀可以理解为一个常闭的气控阀。YZ-1G 轻型机车制动机可分为自动制动作用、单独制动作用与连挂制动作用。4.1自动制动作用当机车牵引列车运行时,自动制动作用时,司机通过操纵大闸(自动制动阀),实现自动制动作用。大闸经均衡风缸管控制均衡风缸的充气和排气,中继阀可根据均衡风缸压力 1 1 控制列车管压力,列车管压力变化又可以控制机车和车辆的分配阀、紧急阀动作,以达到控制列车缓解、制动、保压和紧急制动等功能。(1)充气缓解位大闸处于“缓解位”,该位置是全列车初充气、再充气缓解列车制动所采用位置。总风通过大闸向均衡风缸充气,中继阀根据均衡风缸压力控制总风向列车管充气,列车管压力上升,分配阀、紧急阀处于充气缓解位,向工作风缸、紧急室充气,同时制动缸缓解。(2)常用制动位大闸处于“制动位”,是列车常用制动位,主要用来控制全列车的减速或停车。首先是电磁阀得电,总风遮断阀关闭,切断了中继阀总风风源,大闸在“制动位”时,均衡风缸经过大闸减压,均衡风缸压力降低,中继阀根据均衡风缸压力控制列车管排气,列车管压力下降,分配阀处于制动位,制动缸压力上升。(3)中立位大闸处于“中立位”,中立位是操纵列车常用制动前的准备和常用制动后保压的工作位置。此位置电磁阀得电,均衡风缸的充气和排气被大闸切断。保持均衡风缸压力,中继阀根据均衡风缸压力控制列车管保压,分配阀处于制动后保压位,保持制动缸压力不变。以上原理和原来 YZ-1 制动机原理完全一致。(4)紧急制动位当司机打开设于列车管上的紧急制动开关时,列车管大量排气,除了与常用制动动作一样外,还有其他动作。列车管压力急剧下降,引起 JF5紧急阀动作,通路如下:列车管压力空气LC1滤尘器 JF5紧急阀 大气。总风 LC1滤尘器 JF5紧急阀 3 遮断双向阀2 ZD1遮断阀。减压阀单向阀双向阀 5109E 分配阀均衡活塞下方。此时,制动缸压力由减压阀的调整压力决定,达到紧急增压的效果。紧急制动后单独缓解:司机下压大闸手柄,使大闸上单缓管与大气相通,分配阀均衡活塞下方压力下降,可使机车制动缸单独缓解。4.2单独制动作用当机车单独运行时,司机可操作小闸(单独制动阀),小闸经作用管控制分配阀均衡活塞下方的压力,单独控制机车制动缸压力。此时制动作用迅速准确。单独制动作用相当于直通制动。4.3连挂制动作用当机车处于无动力状态,被牵引时,无火回送管经司机室内的控制塞门与大气相通,QK1气控阀处于第 3 期轻型机车制动机研制31 王卫(1979-)男,安徽萧县人,工程师(收稿日期:2009-01-22)文章编号:1008-7842(2009)03-0032-02KD25T青藏铁路发电车研制王卫(中国南车集团公司 南京浦镇车辆有限公司 客车设计部,江苏南京 210031)摘要在青藏线特殊的运用环境下,为保证列车运行的用电,需要在车列中加挂发电车。介绍了该发电车的关键零部件如柴油发电机组、转向架、制动系统、电气系统、空调与供氧及车辆密封等的选型设计,总设计原则、主要技术参数及运用。关键词青藏铁路;发电车;研制设计中图分类号:U273.95文献标志码:A本发电车为青藏铁路专用发电车(图 1),用于高原旅客列车、高原旅游观光列车供电。除应满足兰州至格尔木区间的运用需要外,还应满足格尔木至拉萨区间特殊运用的需要。青藏铁路发电车既要满足在既有线路上按线路限速(最高 160 km/h 速度)运行(以上线路简称常规线路)。又要在青藏铁路的格尔木至拉萨之间(简称格拉段)以最高 120km/h 速度运行。1特殊的运用环境青藏线格拉段线路所经地区海拔高、空气稀薄、气压低、气候寒冷、人烟稀少以及多年冻土。(1)海拔高度:青藏线格拉段的海拔高度为 2 828 5072m,大于 4000m 的线路占85%。海拔高度最低为格尔木 2828m,最高为唐古拉山垭口 5072m,拉萨海拔为3641m。通过地区海拔高度大于4000m 以上地段长 965km。图 1发电车整体外观(2)气压:年平均气压为 580 kPa,最低气压为544 kPa(即唐古拉山垭口处)。(3)大 气温度:青藏线格拉段 的极限气温 为-45.2+35.5。年平均气温-7.8 5.2,极关闭状态,使均衡阀与列车管彻底断开,防止大闸误操作影响全列车误动作。由于压缩机不工作,机车总风压力由列车管经 DX1单向阀提供。109E 分配阀空重车调整手把置于空车位,使制动缸压力降低,避免机车无火回送时受损。参考文献1 刘豫湘,陆晋华,潘传熙.DK-1 型电空制动机与电力机车空气管路系统 M.北京:中国铁道出版社,1998.2 毛必显.大型养路机械 YZ-1 型空气制动机 M.四川:西南交通大学出版社,2006.Development of Light-duty Type Locomotive BrakeZHU Yu(Brake Institute of Sichuan Brake Science and Technology Joint Stock Co.,Ltd,Meishan 620010 Sichuan,China)Abstract:According to problems of YZ-1 brake in engineering machinery vehicle and mine transport vehicle,YZ-1G type light-duty locomotivebrake was designed to solve the problem of emergency pressurization,improve reliability,use integrated assembly and aluminum alloy lightening struc-tural component.This paper introduces the principle,test and application of YZ-1G type locomotive brake.Keywords:light-duty locomotive brake;improved design;integrated installation;aluminum alloy structural component;improve reliability第 29卷第 3 期2 0 0 9 年 6 月铁 道 机 车 车 辆R AILWAY LOCOMOTIVE&CARVol.29No.3Jun.2009