（光学工程专业论文）旅客列车车辆意外紧急制动及自动抱闸研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着旅客列车多次提速，制动故障频频发生，特别是旅客列车意外紧急制动及自 动抱闸故障，严重影响着列车的安全运行。自2 0 0 9 年以来，昆明铁路局旅客列车在运 行途中多次发生意外紧急制动和自动抱闸的情况，并在运行途中被拦停，虽然车辆都 装有5 t 监测系统和旅客列车尾部安全防护装置( 简称k l w ) ，但是对旅客列车意外紧 急制动和自动抱闸运行的情况，5 t 监测系统和旅客列车尾部安全防护装置( k l w ) 基 本无法判别，而且大多数情况下都无法找到发生故障的原因，给列车的运行带来了较 大的安全隐患。 针对旅客列车发生意外紧急制动及车辆自动抱闸的情况，本文从列车制动系统的 构成及原理和1 0 4 型分配阀的结构及作用原理入手，从理论上分析制动波速和1 0 4 型 分配阀作用时间对制动效果的影响，用实验验证列车管减压量与制动缸压强的关系， 并选取昆明铁路局旅客列车发生意外紧急制动及自动抱闸的车辆，分别对故障车辆进 行现车试验和模拟动态试验，从有故障的1 0 4 型分配阀入手，对配件的检修、试验、 防护等各工序进行检查，分析存在的问题，进一步分析引起非人为的意外紧急制动和 自动抱闸运行的原因，有针对性地提出改进方案，并针对改进方案，提出在检修和运 用过程中可采取的防范措施。 通过对1 0 4 型分配阀及其各配件检修采取改进措施，自2 0 1 1 年以来取得了很好 的效果，到目前为止，还没有发生过意外紧急制动及自动抱闸的车辆故障，这有效保 障了旅客列车的安全运行。提高了客车的运输效率，保证了旅客的乘车安全。 关键词：制动系统；紧急制动；自动抱闸；防范措施；监控和检测。 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a bs t r a c t m a n yt i m e sl i f ta l o n gw i t ht h et r a v e l l e rr a i i r o a dt r a i ns o o n ，t h es y s t e m m o v et ob r e a kd o w nt oa g a i na n da g a i nt a k ep l a c e ，e s p e c i a l l yt h eu r g e n ts y s t e m o fa c c i d e n to ft r a v e l l e rr a i i r o a dt r a i nm o v ea n da u t o m a t i c a l l ye m b r a c et h e b r e a k d o w n ，a n da f f e c tt h er a il r o a dt r a i n ss a f em o v e m e n ts e r i o u s l y s i n c e2 0 0 9 ， k u n m i n gr a ii r o a db u r e a u t r a v e ll e rr a il r o a dt r a i nisi nt h em o v e m e n to nt h e w a ym a n yu r g e n ts y s t e mo fa c c i d e n ti st a k ep l a c e dt om o v ew i t ha u t o m a t i c a l l y e m b r a c eo ft h ec i r c u m s t a n c e ，a n dc o m b i n et ow e r es t o p p e db ys t o p p i n gi nt h e m o v e m e n to nt h ew a y ，a l t h o u g ht h ev e h i c l ea l lp a c kt oh a v e5t sm o n i t o rt h e s y s t e mw i t ht h et r a v e l l e rr a i l r o a dt r a i nt a i ld e p a r t m e n tt h em o v e m e n tf o r r e a s o nf o rc i r c u m s t a n c ef o rs a f ep r o t e c t i o ne q u i p i n g ( b r i e fn a m ek l w ) ，t o u r g e n ts y s t e mo fa c c i d e n to ft r a v e l l e rr e i l r o a dt r a i nm o v i n ga n da u t o m a t i c a l l y e m b r a c i n gt h eb r a k i n gc i r c u l a t i n g ，5t sm o n i t o r i n gt h es y s t e mw i t hr o wt a i l ( k l w ) b a s i c l yd i s t i n g u i s h i n g ，a n dm a j o r i t yc i r c u m s t a n c eb o t t o mc a n tf i n do u t i n g t h eo c c u r r e n c eb r e a k d o w n ，t or a i l r o a dt r a i nb r o u g h tt h eb i g g e ra n ds a f e p r o b l e m a i ma tt h eu r g e n ts y s t e mo fo c c u r r e n c ea c c i d e n to ft r a v e ll e rr a il r o a d t r a i n t om o v ea n dt h ev e h i c l ea u t o m a t i c a l l ye m b r a c et h eb r a k eo fc i r c u m s t a n c e ，t h i s t e x tt om o v ef r o mt h er a i l r o a dt r a i ns y s t e mc o n s t r u c t i o na n df u n c t i o np r i n c i p l e t h a tt h es y s t e m sc o m p o s i n ga n dp r i n c i p l ew i t h1 0 4a l l o t m e n tv a l v e sc o m m e n c e ， f r o mt h e o r e t i c a l l ya n a l y z et h es y s t e mt om o v eav e h i c l e f o rs o o nw i t h1 0 4t y p e a l l o t m e n tv a l v ef u n c t i o n st i m ei n f l u e n c es y s t e mm o v er e s u l t ，u s ee x p e r i m e n t v e r i f y i n gr a il r o a dt r a i nt a k ec a r eo f i n gt h ed e c o m p r e s s i o nm e a s u r et o ，m o v e t h eu r nw i t h s y s t e m t op r e s ss t r o n gr e l a t i o n ， c o m b i n i n g s e l e c t b y e x a m i n a t i o n s i n gt h ek u n m i n gr a i l r o a db u r e a ut r a v e l l e rt h er a i l r o a dt r a i nt h e u r g e n t s y s t e mo fa c c i d e n to fo c c u r r e n c em o v i n ga n da u t o m a t i c a l l ye m b r a c i n g t h eb r a k e ，a n dd i s t i n g u i s ht h er i g h tb r e a k d o w nv e h i c l et op r o c e e dt h ec a r t oe x p e r i m e n tw i t hi m i t a t en o wd y n a m i ca n do nt r i a l ，f r o mh a v et ob r e a kd o w n o f1 0 4p r o b l e m ，f u r t h e ra n a l y s i st h a tt y p ea l l o t m e n tt h ev a l v ec o m m e n c e ，f i x 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 t oa c c e s s o r i e s ，e x p e r i m e n t ，e a c hw o r kp r e f a c eo fe t c o fp r o t e c t i o np r o c e e d i n g c h e c k ，t h ea n a l y s i se x s i t st oc a u s en o tt h eu r g e n ts y s t e mo fa r t i f i c i a ln a t u r e m o v ew i t ht h er e a s o nt h a ta u t oe m b r a c e t h eb r a k et oc i r c u l a t e ，a n dh a v et o a i ma tt h es e xg r o u n dt ob r i n gu pt oi m p r o v et h e p r o j e c t ，a n dc o m b i n et oa i ma tt oi m p r o v et h e p r o j c o t ，a n db r i n gu pt of i xw i t hm a k eu s eo fi nt h ep r o c e s si n s i d et oc a na d o p to fa g a i n s tt h e p a s s1 0 4t y p ea l l o t m e n tv a l v ea n di t se a c ha c c e s s o r i e st h ef i xt o a d o p tt oi m p r o v et h e m e a s u r e ，s i n c e2 0 1 1o b t a i n e dt h eg o o dr e s u l t ，s of a r , h a v e n tt a k ep l a c e dt h eu r g e n ts y s t e mo f a c c i d e n tm o v ea n da u t o m a t i c a ll ye m b r a c e dt h eb r a k ev e h i c l e t h eb r e a k d o w n ，t h i s v a l i d i t yt og u a r a n t e et h es a f em o v e m e n to ft h et r a v e l l e rr a i l r o a dt r a i n e d k e y w o r d s ：b r a k i n gs y s t e m ；e m e r g e n c yb r a k i n g ：a u t o m a t i cb r a k i n g ：g u a r da g a i n s t m e a s u r e ：s u p e r v i s ea n dc o n t r o la n de x a m i n e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 铁路运输安全直接关系到人民群众的生命财产安全，关系社会稳定。铁路运输安 全是铁路运输的重中之重。特别是旅客列车的安全，事故一但发生，将给铁路企业带 来严重的经济损失，同时会给铁路带来严重的社会负面影响。有时还会造成人身伤亡， 给家庭、社会带来无法弥补的损失。 制动机是客车车辆的“心脏”，其性能是决定车辆安全运行的关键。列车在运行 过程中，制动故障主要通过制动机来体现，通过单车或列车试风，反映出车辆故障， 但在实际使用过程中，由于1 0 4 型分配阀结构的特殊性，使用一段时间后，摩擦面缺 油、内部脏，通常会出现漏风、自然缓解、安定不良、自动抱闸( 自然制动) 的现象， 这给列车的安全运行带来了很大的隐患。由于受结构的限制，在运用过程中，如果要 往阀内加注硅油，工作量和难度都非常大，所需的时间长，耽误使用，而且根据阀类 的检修要求，一旦拆开后重新组装，必须上实验台进行实验，实验合格后方可装车使 用。通过近几年的使用情况及故障统计发现，漏风、自然缓解、常用起紧急、自动抱 闸( 自然制动) 是困扰车辆部门的一个普遍问题，而且据本人了解，当前理论分析较 多，但还没有相关部门能从根本上解决常用起紧急、自动抱闸( 自然制动) 这一实际 问题。 在2 0 0 9 年期间，昆明铁路局旅客列车就因制动故障而在中途被多次拦停的情况， 2 0 0 9 年3 月9 日、k 3 6 6 次列车编组中车辆y w ：6 7 5 7 9 7 全车抱闸冒烟，在坡面站出站 信号机位置处被拦停。2 0 0 9 年4 月1 6 日、k 1 8 2 次列车编组中车辆y w 瑚3 4 9 3 7 4 全车抱 闸冒烟在罗平站被叫停。2 0 0 9 年6 月1 2 日、4 4 1 2 4 次尾部加挂客车( 0 2 8 ) 闸瓦冒火 花在昆明站被叫停，2 0 0 9 年8 月2 9 日、2 6 5 0 次列车编组中车辆y w ：。6 7 5 2 5 7 运行于六 盘水和草海之间，途中抱闸运行。而且车辆在运行过程中还出现多次意外起紧急制动 的情况，在返回终点站时，昆明车辆段分别对故障车辆进行检查试验，有些车辆单车 试风状态下作用良好，对1 0 4 型分配阀分解送至7 0 5 试验台进行静态试验，部分1 0 4 型分配阀作用正常，无法找到车辆在运行过程中存在故障的原因，或者即使找出一些 原因，但对故障发生的原因说服力不强。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 为确保旅客列车的运输安全，减少制动故障的发生，找出旅客列车意外紧急制动 及抱闸的原因，解决旅客列车意外紧急制动及自动抱闸。为此选择旅客列车意外紧急 制动及抱闸研究为题进行研究攻关。本文旨在从1 0 4 分配阀的结构入手，从阀体内部 空气流向，理性分析客车常见制动故障产生的原因，寻求相应措施，引起同行的讨论， 以期待共同有效地解决旅客列车意外紧急制动及自然抱闸故障问题。 1 2 国内外研究现状 在铁路交通运输中，因列车空气制动系统故障而引发的铁路交通事故给人民群众 造成了严重损失，因而铁道部高度重视对这方面的研究工作。为保障铁路客车制动管 系的贯通，铁道部组织研究了列车尾部安全装置( k l w ) 、列车折关( 折角塞门) 检测 报警记录装置( 列车贯通状态检测仪) 和列车制动主管漏泄检测仪；为保证列车制动 的同步性，研制了电控空气制动阀，但由于普通客车编组不长，1 0 4 分配阀能很好地 解决制动的有效性和可操作性，并且普通客车对列车的制动缓解波速和全列车的前后 一致性要求不高。因而虽在普通客车上装有电控空气制动阀，但电制动部分没有在普 通客车上使用，只有空气制动部分在普通客车上使用。现在电控制动方面的研究主要 针对动车组，研究方向是动力制动( 电阻制动、再生制动) 、涡流制动( 轨道涡流制 动、旋转涡流制动) 。 随着铁路的高速发展，国内外对列车制动的研究，主要趋向由微机控制，以电气 指令控制为主，气控为辅的复合制动系统。只要编组中有一辆车制动系统有故障，整 列车可能就会自动停止运行。而在运行过程中由空气制动系统故障引起的自动抱闸和 意外紧急制动研究较少。如今国内正研究拓展客车运行状态安全监测系统( t c d s ) 的 监控功能，增加对客车制动故障的监控、记录、分析。在撤销客列检的地方推广客车 故障轨边检测系统( t v d s ) ，对客车运行状态进行监控分析。开展车辆轮对尺寸动态 检测系统( t w d s ) 的研究。推进轮对探伤、制动阀类试验、货车承载鞍尺寸检测等检 测设备的统型，实现轮对检修相关检测设备全部联网。截至2 0 1 1 年1 2 月份为止，我 国铁路完成t h d s ( 红外线轴温探测系统) 加装智能跟踪系统1 3 8 5 套，t f d s ( 货车运行故 障动态图像检测系统) 1 0 4 套、t a d s ( 货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统) 1 0 套、t p d s ( 货车运行状态地面安全监测系统) 2 0 套和t c d s ( 客车运行状态安全监测系统) 设备5 3 5 组， 实现主要干线基本覆盖。统一5 t 设备标准，健全设备运行维护机制，实现5 t 车辆运 行安全监控与安全监督管理、车站客货车综合管理与列检技术作业管理信息的共享。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 3 本文研究的主要内容、目标与方法 1 3 1 研究的主要内容 随着我国铁路车辆的全面提速，由制动故障引起的事故在每年铁路重大事故中所 占的比率居高不下，究其原因主要是列车中列车管通风不畅，管系内部积尘，1 0 4 分 配阀作用不良等。列车的车辆与车辆之间，是通过制动软管和折角塞门来连接的，正 常情况下，辆与辆之间的风路是相通的，这样列车管处于贯通状态，才能实现列车的 制动作用。只有列车的最后一节车辆的折角塞门关闭，但是列车在运行过程中临时停 车或者到站停车，由于人为或机械原因，有意无意关闭中间车辆折角塞门或折角塞门 在长时间使用欠检修情况下机械损坏，或者在列车高速行驶的情况下，垃圾物被风吹 起挂到折角塞门手把上，在风力的作用下，使折角塞门关闭。这样列车在制动过程中 折角塞门关闭位置后的车辆因气路无法贯通而使制动失效，整列车无法进行同步制 动，由此造成冒进、追尾、脱轨等危及行车安全的事故。目前5 t 系统中的t c d s 、t f d s 、 旅客列车尾部安全防护装置( 简称k l w ) 、列车折关检测报警记录装置( 列车贯通状 态检测仪) 都能进行很好的检测，可是对旅客列车意外紧急制动及抱闸的情况，还无 法找到真正原因，或者提出了一些解释，但没有说服力。为解决这一问题，本文以列 车制动系统的构成、工作原理为切入点，对1 0 4 分配阀的结构、内部风道及作用原理 进行分析，分析1 0 4 阀可能存在的问题，并针对故障查找列车制动系统意外紧急制动 及抱闸的原因。 1 3 2 研究的主要目标 根据昆明铁路局提出的“三个重中之重“之一，即把客车安全作为安全工作的重 中之重。针对昆明车辆段旅客列车出现意外紧急制动及抱闸的情况进行现车调查，研 究分析成因，对昆明车辆段现有的管理、运用、检修、检测进行研究并提出优化方案， 探索研究旅客列车意外紧急制动及抱闸情况，并针对意外紧急制动及抱闸情况，对1 0 4 型分配阀的检修、试验要求进行改进。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 选取在最近两年期间昆明铁路局旅客列车出现意外紧急制动及抱闸的典型车辆进 行现车调查，现车单车试风，并针对近期车辆的运用情况，对发生意外紧急制动及抱 闸的车辆，分解1 0 4 型分配阀，送至昆明车辆段检修车间内制动组，通过实验，查找 存在的问题。对信息进行收集。另外对管系可能出现的堵塞导致制动力降低的情况进 行调研，分析成因。 西南交通大学硕士研究生学位论文+第5 页 第2 章车辆意外紧急制动及自动抱闸的原因分析 从昆明局的运用情况来看，从2 0 0 9 年3 月至2 0 1 1 年4 月，和制动相关的客车设 备故障共1 7 件，其中由1 0 4 型分配阀引发的制动故障就有9 件、截断塞门关闭2 件、 闸片丢失1 件、制动缸( 单元制动缸) 漏风2 件、手制动机故障2 件、制动管腐蚀漏 风l 件，和1 0 4 型分配阀相关的制动故障占有很大的比例，严重影响列车的安全运行， 下面就列车制动系统的构成及原理、1 0 4 型分配阀的结构及原理展开讨论。 2 1 列车制动系统的构成及原理 2 1 1 列车空气制动系统工作原理介绍 列车制动主要通过机车上的空气压缩机提供的压缩空气，借助基础制动装置机械 作用来实现对列车车轮的控制。列车制动系统以压力空气为原动力。如图2 1 所示其 具体实现情况如下：列车制动装置由装在机车上的供风系统和自动制动阀，分装在机 车和车辆上的制动机和基础制动装置以及贯通全列车的制动管、制动软管、折角塞门 组成。整个制动系统中充以压缩空气，司机操纵手柄，通过充排风来实现列车的缓解 和制动作用。供风系统包括空气压缩机和总风缸，其作用是供给整个系统所需的压缩 空气。保证制动时所需的制动力。 制动前，由机车按5 0 0 或6 0 0 k p a 的额定压力( 以下简称定压) 向系统充风，使 车辆制动机以三通阀、分配阀或控制阀为界( 以下简称控制阀) ，达到制动管与副风 缸间压力平衡。当列车管减压时，空气分配阀使副风缸中的压缩空气进入制动缸，推 动鞲鞴，通过基础制动装置中杠杆的作用，使闸瓦( 或闸片) 紧压车轮踏面( 或制动 盘) ，阻滞车轮的转动，在轮轨间粘着力的作用下使列车减速或停止运行；制动管充 风升压时，空气分配阀切断副风缸管路而使制动缸内的压缩空气排入大气，此时制动 缸( 单元制动缸) 内的复原弹簧使鞲鞴恢复原位，闸瓦离开车轮( 或制动盘) ，从而实 现缓解。目前，在我国铁路客车上主要装用1 0 4 型分配阀，在昆明铁路局运用的1 2 4 8 辆客车中，均使用1 0 4 型分配阀。除了工务段使用的极少数几辆宿营车上装有三通阀 外。其它均没有装用三通阀，三通阀已逐渐淘汰。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 列车管 图2 一l列车制动装置系统图 2 21 0 4 型分配阀的结构及作用原理 2 2 110 4 型分配阀的构造 1 0 4 型分配阀由主阀、紧急阀和中间体三部分组成。( 如图2 - 2 所示) 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 21 0 4 型分配阀结构外形 阀f 2 2 2 中间体 中间体是分配阀的主要部件之一，它用铸铁制成长方体结构，如图2 3 所示。但 在新造的客车和动车组中，中间体己逐渐用1 0 4 型空气制动单元所代替，中间体既可 作为主阀、紧急阀及各连接管路的安装座，又在中问体内设有各通路及相应空间，直 接参与分配阀的作用。中间体有四个垂直面分别作为主阀、紧急阀及各连接管路的安 装座。其中一个大面上设有主阀安装座；与主阀安装面相对应的另一面设有两个连接 管孔，其上方为工作风缸连接管孔g ( 巾19 m m ) ，下方为制动管连接管：f l l ( 咖2 5 m m ) ： 与紧急阀安装面相对应的另一面上也有两个连接孔，其上方为副风缸连接孔f ( 巾 1o r e ) ，下方为制动缸连接孔z ( 巾19 m m ) 各面孔通路如图2 3 所示。主阀和紧急阀分别 以胶垫和m 1 6 的双头螺栓及螺母装在中间体的安装座上，一般检修时中间体不必卸 下。中间体内有三个空腔，靠紧急阀安装座侧的上角部为容积1 5 l 的紧急室j ，下角部 为容积0 6 l 的局减室j u ，另一个是占中间体很大容积3 5 l 的容积室r 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 滤尘器 图2 3 中间体 ( f 一通副风缸；z 一通制动缸；g 通压力风缸( 工作风缸) ；l 通制动管；f 通副风缸；z 通制动缸；1 通列车管( 制 动管) ；g 一通压力风缸( 工作风缸) ；j u - 通n 减室；r 、r 5 一通容积室；j 一通紧急室；1 - 通制动管) 2 2 31 0 4 主阀和紧急阀 1 0 4 主阀由充气部、作用部、均衡部、局减阀和增压阀等五部分组成，各部分结 构如下所示。 2 2 3 1 充气部( 如图2 - 4 ) ( 1 ) 用途：控制副风缸充气速度与压力风缸一致。 ( 2 ) 构造：充气部在主阀的上盖内，由充气阀与充气止回阀组成，如图2 4 所示。 2 2 3 2 、作用部( 如图2 5 ) ( 1 ) 用途：利用制动管与工作风缸的压力差，产生充气、局减、制动、保压、缓 解等作用。 ( 2 ) 构造：由主活塞，滑阀、节制阀及稳定部组成如图2 5 所示。 ( 3 ) 稳定部的构造和用途：在主活塞杆尾部的内腔设有稳定部( 稳定杆、稳定弹 簧、稳定簧座及挡圈) 。在一定程度上阻碍主活塞的向上移动，用以防止列车在运行中 因列车制动管的轻微漏泄或压力波动而引起的意外自然制动，使制动机在缓解状态 时，具有一定的稳定性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图2 4 充气部构造 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 活囊誉模板 图2 - 5 作用部构成 2 2 3 3 均衡部 ( 1 ) 用途：根据容积室的压力变化来控制制动缸的充气、保压与排气作用。 ( 2 ) 构造：均衡部位于作用部旁。它由上部的作用阀( 均衡阀) 部、下部的均衡活塞 部以及巾0 8 铜质缩孔堵i i 组成，均衡部的构造如图2 6 所示。 图2 6 均衡部构成 2 2 3 4 局减阀 ( 1 ) 用途：在第二阶段局减时，将制动管的压缩空气送入制动缸，使制动管产生局 减作用，可提高制动波速，并在制动初期使制动缸获得一个压力的初跃升，可减小在 制动时闸瓦冲击车轮。 ( 2 ) 构造：局减阀在主阀体内作用部与均衡部之间。由局减阀、局减活塞、局减膜 板、压圈及局减阀弹簧等组成，如图2 - - 7 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 图2 - 7 局减阀构成 2 2 3 5 增压阀 ( 1 ) 用途：在紧急制动时提高制动缸压力，以获得更大的制动力，确保列车运行安 全。 ( 2 ) 构造：在1 0 4 型分配阀的主阀内设增压阀。它由增压阀弹簧、增压阀、增压阀 套和密封圈等零件组成，如图2 8 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 邋制锄窀鬻 图2 - - 8 增压阀构成 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 紧急阀上盖 密封圈( 0 16 ) 紧急活塞杆 图2 9 紧急阀组成 2 2 3 6 、紧急阀 用途：用于在紧急制动时加快制动管的排风，使紧急制动作用可靠，提高紧急制 动灵敏度和紧急制动波速。 构造：由上部的紧急活塞、安定弹簧、下部的放风阀部以及紧急阀盖和密封圈等 组成，其构造示意图和零件的外形与组装如图2 9 所示。 2 2 41 0 4 型分配阀的作用 1 0 4 型分配阀具有充气缓解、常用制动、保压和紧急制动四个作用位置。 2 2 4 1 充气及缓解位( 图2 1 0 、图2 - 1 3 ) 列车编组完毕并挂上机车后，机车向列车的制动管开始进行充气，此时，车辆制 动机的压力风缸( 工作风缸) 、副风缸、紧急室中都无压缩空气，制动管向这三方面 充气，就是初充气。若制动管经过减压时进行制动作用，不论列车在运行中调速或在 进站时停车，再缓解制动机时，这三个容器都剩有一定量的压缩空气，在这种情况下， 向这三方面充气叫做再充气。在再充气的同时，制动缸向大气排气，达到缓解的作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 初充气和再充气时，分配阀形成的位置相同，通路相同，只是初充气时缓解通路无压 缩空气排出。 图2 1 01 0 4 分配阀气路图 当向制动管充气时，压缩空气经制动主管、支管，截断塞门和远心集尘器进入中 间体，再分成两路：一路经圆筒形滤尘器、主阀安装面上的l 孔到主阀，另一路经紧 急阀安装面上1 孔、滤尘网到紧急阀。进入主阀的压缩空气，经主阀内暗道及z 。到主活 塞上侧，将主活塞推向下方，主活塞杆通过其上肩推动滑阀一起下移，直至主活塞外 缘底面碰到主阀体形成充气缓解位。这时，制动管的压缩空气分别充入压力风缸、副 风缸和紧急室等处，使他们充至定压。同时连通容积室、制动缸排入大气的缓解通路。 充气及缓解的通路如下： 2 2 4 1 1 、压力风缸( 工作风缸) 充气 制动管压缩空气一主阀安装面上1 孔一滑阀座上充气孔三2 一滑阀底面充气孔5 一滑 阀顶面充气限孔g 。一滑阀室一主活塞室g 。孔( 如图2 - 1 2 ) 一主阀体内通道，然后分为两 路：一路经安装面g 孔一压力风缸( 工作风缸) ；一路经主阀体顶面孔g 。一充气膜板下 侧，顶起充气活塞，打开充气阀。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 图2 - 111 0 4 主阀安装面 2 241 2 、副风缸充气 制动管压缩空气一主阀安装面上孔一主阀体顶面孔z ，一主活塞上侧一主阀上盖 制动管孔( 图2 - 4 所示) 一充气止回阀上方一充气阀上方一充气阀与座间隙一充气活 塞上方一主阀体顶面孔f 。一主阀体内暗道，分为三路：一路经主阀体内暗道一作用阀 上侧f 4 ( 均衡阀上侧) ：一路经主阀安装面f 孔一中间体暗道- * n 风缸；一路经主阀 体内暗道一增压阀套外围f 。( 图2 8 所示) 。 当副风缸压缩空气作用于充气膜板上方的压力与充气阀弹簧弹力之和，稍高于充 气膜板下方工作风缸压力时，充气阀关闭，副风缸停止充气，以此协调工作风缸与副 风缸充气一致。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 图2 1 2 主阎体顶面孔 图2 一1 3 节制阀、滑阀和滑阀座各孔槽位置 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 2 2 4 1 3 、紧急室充气( 如图2 1 0 所示) 制动管压缩空气一紧急阀安装面上z 孔( 如图2 - 1 0 所示) 一紧急活塞下侧z 。 ( 膜板下侧) 一紧急活塞杆轴向孔一缩孔一紧急活塞杆上部径向孔一紧急活塞上 侧j 。一紧急阀安装面j 孔一中间体内紧急室j 。另一通路为：制动管压缩空气一紧急 阀安装面上z 孔( 如图2 - 1 0 所示) 一紧急活塞下侧z 。( 膜板下侧) 一紧急阀体内暗 道一放风阀导向杆下侧z 。抵消作用于放风阀上侧制动管的压力，并与放风阀弹簧一 起使放风阀关闭。 2 2 a 1 4 、制动缸缓解 由于均衡活塞杆下侧风压下降，使均衡活塞上下产生压力差，使均衡活塞下移开 通制动缸缓解通路。制动缸压缩空气一主阀安装面z 孔一均衡活塞杆上部外围空间z 。 一作用活塞杆轴向孔和径向孔d 。一均衡排气口d 。一大气。同时均衡活塞杆上侧和均衡 阀杆上侧的压缩空气也分别经由缩孔堵( 图2 1 0 所示) 和主阀体顶面孔z 。( 如图 2 1 2 所示) ，并经z 3 - d 。一d 。一大气。可见充气缓解时，副风缸充气由工作风缸控制， 制动缸缓解由容积室控制，紧急室充气受缩孔控制( 如图2 - 1 0 所示) 。，另外还看 出，充气缓解时，滑阀上的1 。和l ，孔分别和滑阀上的l 。和j u 。孔连通，做好了制动时 起第一阶段局部减压作用的准备。 2 242 、常用制动位 当各风缸的压力达到定压6 0 0 k p a ( 货车为5 0 0 k p a ) 后，对制动管进行常用制动 减压，这时由于压力风缸( 工作风缸) 的压缩空气来不及向制动管逆流，主活塞两侧 形成一定的压力差，此压力克服了主活塞膜板、节制阀及稳定弹簧的阻力，使主活塞 先压缩稳定弹簧带动节制阀、后带动滑阀上移到制动位置，产生制动作用。其作用过 程如下。 2 242 1 、第一阶段局部减压 主活塞两侧形成一定压力差后，先压缩其尾部的稳定弹簧，带动节制阀向上移动 4 m m ，此时，由于滑阀与座之间的最大静摩擦力大于压缩稳定弹簧之压力，故滑阀不 动。由于节制阀移动，关闭滑阀上面的g 。孔，切断压力风缸向制动管的逆流通路，同 时开放r 。，做好下一步压力风缸向容积室充气的准备。这时节制阀上的局减联络槽，。 连通滑阀顶面的局减孔z 。和局减室入孔，使在充气缓解位已局部连通了的。一z 。和 7 - - j u 。两条通路连通。使制动管压缩空气一滑阀座上z 。一滑阀上的局减孔。一节制阀 上的局减连络槽。一滑阀上的局减室入孔z ，一滑阀座上的局减室孔j u 。一主阀安装面 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 上的j u 孔一局减室j u ，再经主阀安装面上的0 0 8 m m 缩孔堵i 沿胶垫的槽路排向大 气。这是第一阶段的局部减压作用。 2 242 2 、制动 第一阶段局部减压，使主活塞两侧压力差进一步增加，主活塞进一步带动滑阀上 移至制动位。这时第一阶段局部减压通路被切断，紧接着发生第二阶段局部减压，其 通路为：制动管压缩空气一滑阀座制动管孔z 。一滑阀底面局减阀孔三。一暗道一局减阀 入孔z 。一滑阀座局减孔z 。一主阀体暗道一局减阀套z 2 孔一局减阀径向孔、轴向孔一作 用部活塞杆上部外围z 。一主阀安装面孔z 一制动缸z 。使制动管部分压缩空气进入制 动缸，称第二阶段局部减压作用。但制动缸压力达到5 0 7 0 k p a 时局减活塞带动局减 阀外移，切断上述通路，第二阶段局部减压作用结束。第二阶段局部减压作用可保证 列车尾部车辆在列车制动管小量减压时也有一定的制动力并促进列车制动管减压作 用由前向后传播，提高制动波速。 2 243 、保压位 在常用制动减压中，如果停止制动管减压，分配阀可形成保压位。 2 2 4 3 1 、作用部保压 制动管停止减压初，分配阀仍处于制动位置，压力风缸( 工作风缸) 仍向容积室 充气。当主活塞两侧制动管与压力风缸接近压力平衡时，在主活塞尾部的稳定弹簧弹 力和主活塞自重的作用下，主活塞带动节制阀下移，滑阀不动，节制阀遮盖了滑阀上 的r 。孔，切断了压力风缸与容积室的通路，使压力风缸风压停止下降，容积室风压停 止上升，形成作用部的保压作用。 2 2 4 3 2 、均衡部保压 容积室压力停止上升时，均衡部的作用阀仍在开放状态，副风缸风压仍向制动缸 充气。当经过缩孔堵流入均衡活塞上方的空气压力增大到与活塞下方的容积室压力 接近平衡时，在均衡阀弹簧和均衡阀与均衡活塞自重的作用下，使均衡阀压着均衡活 塞杆一起下移，使均衡阀坐于座上，切断副风缸与制动缸的通路，同时仍关闭制动缸 与大气通路，使制动缸压力保持不变，形成均衡部保压作用。 2 2 4 3 3 、制动缸自动补风作用 制动保压，分配阀可实现制动力不变。如果因制动缸漏泄或因制动缸活塞行程伸 长而使制动缸压力下降，则均衡活塞上侧压力随之下降，均衡活塞两侧压力失去平衡， 均衡活塞在容积室压力作用下重新上移，顶开作用阀，使副风缸向制动缸增送压缩空 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 气，直到活塞两侧压力平衡，这就是自动补风作用。 2 244 紧急制动 列车管急剧减压时，主活塞在其上下压差作用下很快带动节制阀和滑阀上移到制 动位置，同时由于列车管急剧减压，紧急阀的压力空气来不及逆流，紧急活塞上下产 生较大的压差，克服安定弹簧的弹力下移使活塞杆中心孔下端孔口因接触放风阀而被 堵死，紧急室压力空气只能通过i 习l j n 露出的i z l l 2 径向缩孔( v ) 排大气，紧急室排 风变慢，紧急活塞上下压差迅速变大，因而能够克服放风阀弹簧的弹力，使紧急活塞 及杆继续下移，压开放风阀，列车管压力空气大量地迅速排入大气，产生强烈的局部 减压，形成紧急制动。 2 3 车辆意外紧急制动及自动抱闸的原因分析 2 3 1 列车产生意外紧急制动的原因分析 列车在运行过程中施行紧急制动，这是司机在特殊情况下才采用的制动方式，施 行紧急制动时，车轮踏面和钢轨被擦伤。为避免车轮和钢轨擦伤，一般情况下不宜采 甩紧急制动方式，然而列车在运用过程中，难免出现自然紧急制动的情况。原因是多 方面的，可能的原因有： 1 、司机操作不当； 2 、局部减压量过大； 3 、紧急阀故障造成。 在上述三种原因中，紧急阀故障是造成自然紧急制动的最主要原因。常见紧急阀故障 如下： 2 311 、紧急阀充风慢 充风慢可能是充风限孔堵塞或者是紧急阀上盖漏泄。但是在实际过程中，充风慢 的故障以充风限孔堵塞的几率较多，如充风限孔堵塞，列车管减压时，紧急室的压力 空气无法排出，在紧急活塞上下两侧形成较大压差，列车管稍微减压，就会产生紧急 制动。紧急阀故障是造成安定不良的最主要因素，昆明车辆段在最近两年中，由紧急 阀引起的客车制动故障就有4 件，最特殊的一件是2 0 1 0 年由昆明开往贵阳的6 0 6 1 次 旅客列车在运行途中，多次发生意外紧急制动作用，时好时坏，严重影响列车的安全 运行，返昆后，由昆明车辆段组织全列查找，发现其中一辆紧急阀作用不良，现车分 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 析，通过单车试风，列车管稍微减压，即起紧急制动，判定为紧急阀故障，拆下紧急 阀送往检修车间内制动组，通过7 0 5 试验台对紧急阀进行试验，发现紧急室压力由零 上升至5 8 0 k p a 的充风时间为3 5 秒( 标准为4 0 - - 6 0 秒) ，充至定压后，减压5 k p a 就 发生紧急制动作用，实验完毕后经分解发现紧急阀活塞杆轴向中心孔孔径偏小，而且 在轴向孔部位有脏物堵塞，造成紧急室压力无法快速排出，在紧急膜板两侧形成较大 压差，产生紧急制动。 2 312 、安定弹簧软( 或折断) 和紧急活塞秆过长 安定弹簧软或紧急活塞杆过长( 图纸尺寸为6 5 0 2 r a m ) 也会造成在常用制动时 发生紧急排风作用。其原因是：当紧急室压力空气通过限孔以正常的逆流速度向列车 管逆流时，紧急活塞两侧将产生一定的压强差。在此同时，紧急活塞将稍稍压缩安定 弹簧，产生一定的位移。正常条件下这个位移是不会使紧急活塞杆的下端面接触放风 阀的，但是在安定弹簧软或紧急活塞杆过长两种特定条件下，紧急活塞杆的下端面就 会与放风阀接触，从而关闭活塞杆下端面孔口，使逆流的孔径变小( 原为1 2 m m 限 孔，现变为中1 1 5 m m 限孔) 。使得紧急活塞两侧的压强差加大，致使紧急活塞进一 步下移，打开放风阀，发生紧急排风作用，引起安定性不良，产生意外紧急制动作用。 2 3 2 车辆自动抱闸的原因分析 车辆自动抱闸是指在机车司机没有进行制动操作的情况下，正在运行的列车中， 存在着部分或个别车辆闸瓦抱紧车轮的现象。归纳起来，一般有以下几种情形： ( 1 ) 人力制动机处于制动位 ( 2 ) 车辆空气制动机故障 ( 3 ) 车辆基础制动装置抗劲 ( 4 ) 不属于上述原因的车辆自动抱闸 上述四种情况中，由车辆空气制动机故障引起的自动抱闸易造成晚点，因为在一 列运行的客车中，乘务员很难在短时间内判断出那一辆车发生自动抱闸。2 0 1 0 年8 月2 9 日昆开2 6 5 0 次列车运行于六盘水至草海间，发现有缓解不良现象，该车于梅花 山站停车检查，经检查机后1 9 位车辆( 尾部一辆) 存在抱闸现象，乘务员判断为1 0 4 阀故障，将该车1 0 4 阀进行调换处理。返昆后，由昆明车辆段相关人员调查分析，并 对车辆进行现车检查试验，调查结果为： ( 1 ) 经现场检查，制动盘散热筋处无杂物，也无杂质燃烧痕迹。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 ( 2 ) 试验情况：微机试风和单车试验检查，该车辆单元制动缸、夹钳杠杆作用 良好。 ( 3 ) 现车模拟检查：将故障阀装至原车进行单车试验，发现制动后无法缓解， 并且制动缸压力无法从均衡部排气口排出。 ( 4 ) 故障阀试验情况：将原车拆卸的1 0 4 分配阀主阀送至检修车间内制动组进 行试验，经7 0 5 试验台试验检查发现1 0 4 分配阀主阀制动时无法缓解，故障现象同现 车试验现象一致。 ( 5 ) 分解检查：经分解检查，发现1 0 4 分配阀主阀均衡活塞膜板压板螺母松动， 均衡活塞与活塞压板、膜板间配合不严密存在间隙。将均衡活塞膜板螺母紧固后重新 组装试验，故障消除。 原因分析： 根据调查及现车检查试验的情况，2 6 5 0 次列车途中发生抱闸的具体原因是：检修 职工责任心不强、工作不细致，在1 0 4 分配阀主阀检修组装过程中，对均衡活塞膜板 压板螺母未紧固到位，致使车辆在投入运用后压板螺母逐渐松脱9 均衡活塞与膜板、 压板配合不严密，缓解时均衡活塞杆在阀座内产生蹩劲阻滞不下移，制动缸压缩空气 无法从活塞杆轴向中心孔经均衡部排气口排出，单元制动缸无法缓解，闸片紧抱轮对 闸盘，导致自然制动。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 第3 章改进方案探讨 造成车辆自动抱闸和意外紧急制动的原因是多方面的，为提高1 0 4 阀的作用效果、 分别从制动波速、1 0 4 型分配阀的作用时间t 。( s ) 、列车管减压量与制动缸压强的关 系进行研究，以整个制动系统为出发点，分析管系通畅情况，查找问题存在的原因， 探讨1 0 4 型分配阀在检修和运用过程中的改进方案。 3 1 制动波速探讨 机车供排风时，由于空气波由前向后逐辆传播，如果1 0 4 型分配阀或者三通阀的 型式和灵敏度都一样，那么制动作用沿列车长度方向由前向后逐辆发生。所以人们比 照着空气波把它称之为制动作用的传播，简称为制动波。 实际上，阀的灵敏度受其结构性能和状态的影响，是不可能完全一样的，制动作 用的发生不但是间歇性的，而且也不是完全由前向后逐辆发生。列车中某一辆或某几 辆的制动作用有时可能比其后的车辆发生得晚，或者比前面的发生得早，及制动作用 有时是跳跃式的，前后来回发生，所以制动波其实不是一种波，只是一种习惯称呼， 所以制动波只能按试验方法测定，并按下式计算： = 垒t z s2 j t 皿生+ t o ( 3 - - 1 ) 式中w 扩前0 动波速( m s ) l ：一制动波传播距离( m ) ；从机车制动阀开始到最后一个发生制动作用的三通 阀、控制阀和分配阀发生制动为止。 t