電力機車停放制動系統分析與設計探究

趙福貴

【摘 要】現階段，我國電力機車數量明顯增長，尤其是以電力驅動、列車牽引控制系統等為代表，已經達到國際先進水平。其中停放制動系統作為電力機車的重要組成部分，發揮著重要作用，在本次研究中，以電力機車停放制動系統為研究對象，從停放制動系統原理的基礎上，對系統的設計路徑進行了研究，希望能對相關人員工作有所幫助。

【關鍵詞】電力機車；停放制動系統；風缸

中圖分類號： U264 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）32-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.011

【Abstract】At this stage，the number of electric locomotives in China has increased significantly，especially represented by electric drive and train traction control systems，which have reached the international advanced level.Among them， parking brake system plays an important role as an important part of electric locomotive.In this study，the electric locomotive parking brake system is taken as the research object，and the design path of the system is based on the principle of parking brake system. Research has been carried out，hoping to help the work of the relevant personnel.

【Key words】Electric locomotive；Parking brake system；Air cylinder

0 前言

停放制動系統是電力機車的重要組成部分，但是越來越多的實踐證明，很多電力機車因為需要長時間在坡道上停放，增加了機車意外溜放的概率，存在安全隱患，因此在未來工作中，相關人員必須要進一步了解電力機車停放制動系統的使用要求，并從技術的手段入手，了解系統實現的方法與路徑，最終為增強電力機車運行能力奠定基礎。

1 電力機車停放系統的總體構成與性能研究

1.1 系統構成

電力機車停放系統是機車的核心系統，并且機車的制動控制是由機車制動系統完成的，因此制動系統的性能將會直接影響機車運行。本文所介紹的電力機車停放制動系統，其系統構成主要包括以下：

（1）停放制動系統控制裝置。該裝置主要由電控按鈕、電控線路與制動控制單位等幾方面構成。停放制動的控制裝置是電氣裝置，其中按壓由司機駕駛室的“停放施加”紅色按鈕來實現，在機車運行過程中，當駕駛員發出停放制動的指令之后，該指令將會通過線纜直接控制制動柜上停放制動模塊實現對列車運行過程的控制，并通過接線盒線路直接傳送到雙穩態電磁閥上，通過電磁、失電等來控制電磁閥動作，實現對氣路走向的控制，并且在這個過程中，電信號可以直接向氣信號的轉換，這樣司機就可以完成停放制動。

（2）停放制動系統執行機構。在電力機車中，其停放制動系統的主要執行機構為帶有停放制動缸的制動器，在這個過程中，氣路的另一端連接著控制器，停放缸中設有儲能彈簧，當司機發出停放制動動作之后，制動的原動力就是由這些彈簧提供的。在機車停放時，制動器蓄能部分應處在制動狀態上，當制動器的儲能缸內的壓縮空氣被排出之后，蓄能活塞在橄欖簧的彈簧力作用下向下移動，同時通過雙頭絲桿拉動楔塊使之處于制動位置，起到蓄能制動的作用。

1.2 停放制動系統的性能研究

從停放制動系統的運行情況來看，其設計的主要目的，就是要讓執行機構產生的停放制動力即使在最大坡度上，也能保證列車的安全停放。此時需要注意的是，停放制動下的機車處于靜止狀態，因此在這種情況下，停放制動力會讓機車在線路的任何坡度上都能保持著理想的停駐狀態[1]。所以在停放制動系統設計階段，應該考慮坡道下滑力以及一些其他的附加力。針對這種情況，本次在停放制動系統的設計過程中，當機車運行到最大坡道位置時，踏面制動器闡瓦與踏面間的法向正壓力由停放制動單元提供，此時則有計算關系式為：

在上述關系式中，B代表停放制動力的摩擦力；K代表機車提供的正壓力。R代表車輪的滾動半徑；？準k代表閘瓦與踏面間的摩擦系數情況，N代表摩擦力。

在這種情況下，電力機車的輪軌間的切向力就是一種靜摩擦力，輪軌間的法向力與靜摩擦系數的面積，其最大值與接觸點法向力之間存在著密切關系。但是就實際情況而言，機車在停放過程中，踏面與車輪之間的制動力必然會小于這個最大的靜摩擦力，在這種情況下，假設停駐測量所要求的踏面間摩擦力大于輪軌間所能提供的經摩擦力，就會使車輪與鋼軌之間出現滑動，導致電力機車移動。

2 系統實現

2.1 停放制動系統的氣路方案

在電力機車停放制動系統中，其氣路系統的實現需要充分考慮信號輸入輸出、壓力源供給等多種因素限制，并且在完成氣路系統功能要求，還需要從電力機車停放制動的實際運行需求來確定其氣路方案[2]。

從目前相關技術的發展情況來看，我國引進的HXD2型和諧電力機車的停放制動系統風源都是直接由副風缸提供的，在這種情況下，停放制動系統的氣路方案中應該根據系統的控制指令直接將相關信息傳遞給氣路系統，所以在氣路方案中，需要將停放制動的信息反饋裝置納入到系統中，確保駕駛員的各種指令都會得到制動設備的反饋。氣路方案的實現主要包括壓力傳感器、壓力測試口等，其中壓力測試的主要作用，就是方便司機或者相關技術人員對氣路方案進行診斷與排查，并且對這些測試口都可以在出廠實驗中進行測量[3]。而壓力開關等裝置就是要監測系統中的壓力狀態，通過將這些氣壓信號直接轉變為電信號，電信號在傳送到BCU等控制中樞中之后，機車控制系統將會直接將停放制動系統狀態以及其他系統的運行情況進行比較，并根據控制系統執行操作。

氣路方案的實現依靠停放制動單元來實現，氣路的終端作為一種制動管理單位，具體的停放制動系統原理圖如圖1所示。

通過調節閥的作用，停車制動系統可以通過設施節流孔的方法，避免較大的流量涌向下游，停放的風缸氣壓變動較大，不會影響節流孔，并且停放制動系統氣路能夠通過制動系統氣路的穩定性來避免出現氣壓波動情況。

2.2 停放制動系統執行機構的實現

本文所介紹的停放制動缸將停放儲能彈簧作用力通過推桿、常用制動缸、間隙調整器等直接傳遞到車輪上產生摩擦力，這樣就能施加停放制動，并且停放制動缸的工作原理就是為充風緩解排風，并保證其執行機構具有手動緩解的能力。

在執行機構的實現階段，為了確保停放制動缸具有手動緩解的功能，決定采用儲能彈簧、推桿、螺紋副等機構之間的配合來實現這種功能。為了能夠實現這一系統，需要安裝在中間座一側的手動緩解裝置，用螺栓固定安裝在中間座上方，依靠棘輪銷通過中間座由棘輪銷導向深入內部，并通過裝配在中間座上的棘輪相互作用，構建手動緩解的核心部位。在確定制定機構的核心部位之后，需要通過緩解拉桿的方法連接棘輪銷與彈性擋圈，在這個連接機制中，通過緩解閥與拉桿中的復位彈簧，當司機發出制動指令之后，復位彈簧可以在手動緩解之后，直接讓棘輪銷自動復位并鎖住，這種方法就能有效避免不合理操作對緩解裝置造成的破壞。

2.3 停放制動缸工作狀態

在停放制動缸緩解工作中，其初始狀態下的停放缸內充滿著壓縮氣體，通過氣體的運動來促使儲能彈簧運動，此時的停放制動處于緩解狀態下。在這種情況下，壓縮氣體就可以通過防疊加結構來控制制動系統，對于停放制動缸而言，當發出停放制動指令時，通過雙穩態電磁閥將會持續的將下游氣體排向大氣，此時的停放缸內沒有壓縮氣體，而儲能彈簧組將會持續的向下伸長，并且在停放推桿與常用制動活塞接觸之后，通過旋轉套筒、軸承等裝置，直接將儲備彈簧所具有的力傳送到制動活塞上，并依靠常用制動缸實現制動。而當制定車輛停放制動緩解的時候，停放制動缸中將會重新充滿壓縮氣體，活塞將會在壓縮氣體的作用下直接帶動停放推桿的運動，直到其運行狀態能夠回歸到原始狀態下。

為了能夠進一步增強功能，停放制動缸所設置的棘輪裝置上，可以通過停放制動手動緩解與復位功能來實現停放制動運動。尤其是在一些特定的狀況下，停放控制系統的故障都可以通過隔離停放制動的方式完成手動緩解，方便司機及時有效的完成停放制動工作。在停放制動缸工作狀態下，手動拉動拉環的主要功能就是要保證推桿可以正確復位，并且拉環勞動時間的一般時間可以在三秒鐘內完成，可以通過反復拉動的方法來增強手動緩解的效果。

而在停放制動缸內重新充滿氣體之后，棘輪處于緊縮的狀態，壓縮氣體將會推動下方的活塞壓向上方儲能彈簧運動，這樣就可以讓活塞帶動套筒一起運動。此時優于推桿絲杠副與套筒之間存在著相互作用的關系，這樣在運動過程中，將會促使套筒帶動棘輪套筒翻轉，在這種狀態下，下層活塞將會向上運動，并讓套筒隨著活塞呈現出反轉旋轉上升的狀態，確保推桿靜止。

3 結論

本文所介紹的電力機車停放制動系統具有可行性，能夠滿足電力機車的運行情況，因此對相關人員而言，在電力機車停放制度系統設計分析過程中，應該嚴格按照系統的功能來實現系統，確保停放制動系統可以滿足電力機車的運行要求。

【參考文獻】

[1]周勁.基于EP閩對制動系統預控壓力精確控制研究[D].西南交通大學碩士學位論文，2016.

[2]魏偉，張善榮，劉慶忠.長大列車制動系統減壓特性的計算機研究[J].大連鐵道學院學報.2018，13（4）：43-49.

[3]韓曉輝，田繼森，陳宏寬.帶有停放制動的制動單元力的作用原理及運用分析[J].鐵道機車車輛.2018，10（5）：23-28.