（机械工程专业论文）新型机车制动机及其关键部件研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路是国民经济的大动脉，铁路所担负的客、货运输任务十分繁重，随 着我国国民经济的蓬勃发展和人民生活水平的r 益提高，铁路的客、货运量 将不断增长，列车牵引重量与运行速度不断提高。高速客运及重载货运列车 的发展对列车制动系统提出了更新更高的要求。性能优良的机车制动机是确 保列车安全行车的重要技术装备。 目前国内使用的机车制动机及其部件随着生产设备、工艺技术的改善， 其可靠性得到了很大程度的提高，但受一些条件的限制，其可靠性指标与国 外先进的机车制动机相比还有较大的差距。直接引进先进的机车制动机，不 但价格昂贵，而且与我国现有机车车辆的重联和混编存在一些不适应性。为 使我国机车制动机性能与可靠性指标再一次提升，自主研究丌发新型机车电 空制动机成为了我国制动机发展的战略目标。 本文首先介绍国外机车制动机的发展情况，探讨国外几种先进的机车制 动机优缺点。然后介绍我国机车制动机的发展状况。对我国现有机车主型制 动机d k 1 与j z 一7 的优缺点进行分析。找出我国现有机车制动机技术与国际 先进水平的差距。指出我国现有机车制动机技术已不能满足我国铁道科学技 术发展的需要。 结合我国现有铁路的运营状况，提出新型机车电空制动机具体方案。对 所设计的总体方案的设计原则，作用原理以及各个模块的作用与控制方式做 了详尽的说明。 论文对该制动机的关键部件进行了具体分析。提出阀类部件的技术参 数。然后对各个阀进行结构设计与制造。详细地介绍了各个阀的结构原理， 各个作用位置所处的状态。对所设计的关键结构进行了计算与校核。 最后将各个模块进行了联合组装。完成了该制动机的单车试验与牵引列 车定置试验。同时对d k 1 、j z 7 型机车制动机进行了单车试验与牵引列车 定置试验。并对试验结果进行了对比分析，验证浚制动机达到了预期的目标。 关键词：制动机；分配阀；转换：试验 西南交通大学硕士研究生学位论文第u 页 a b s t r a c t r a i l w a yi st h ea o r t ao fn a t i o n a le c o n o m y ，t h et a s ki so n e r o u sf o rr a i l w a yt o 拓a n s p o r tt h ec o u n n y w i d eg o o d sa n dp a s s e n g e r s w i t hm en a t i o n a le c o n o r n y n o u r i s 赫n g 鑫n dp e o p l el i v i n gc e a s e l e s s l yi m p r o v i n g ，i ti sa g g r a v a t i n gt h a tt h e r a i l w a yt r a n s p o r tt h ec o u n t r y w i d eg o o d sa n dp a s s e n g e r s t r a i nr u n n i n gf a s t e ra 1 1 d f h s t e r c a n y i n gc a p a c i t yh e a v i e ra n dh e a v i e lt h ed e m a n di sb e c o m i n gh i g h e r 8 n dh i g h e r 幻a d a p td e v e l o 雪l n e n to fm eh i g hs p e e da n db u r d e n f i n ep e r f b m a n c e l o c o m o t i v eb r a k ei st h ei m p o r t a n te q u i p m e n tt oe n s u r et h et f a 王ns a f e l yn l n n i n g w j t 】p r o d u c ee q u i p m e n ta n dt h em a c h j n i n gt e c h n j q u ei m p r o v i n g ，n o n c e ，t h e d e p e n d a b i l i t yo ft h ed o m e s t i c1 0 c o m o t i v eb r a k eh a sb e e ni n c r e a s e d b u t ，t h e r ei s s o 撒ed i f 免r o n c ow i t 量l h eo v e r s e a s 鑫d v 毫l l c e dl o o o f 毪o l i v eb r a 圭c ea st h ec o n d i t i o n l i m i t e d i ti ss o m ep r o b l e mi ft h eo v e r s e a sa d v a n c e dl o c o m o t i v eb r a k ei sf e t c h e d i nd i r e c “y n o ta n yt h ep c ei s c o s t i y ，b u fa i s o “c a n n o tw a so r g a n i z e di n t o g r o u p s w i t h e x i s t i n g l o c o m o t i v ea n dv e h i c l e f o rt h es a k e o fi m p r o v i n g l o c o m o t i v eb r a k ep e r f o r m a n c ea n dd e p e n d a b i l i t y i ti st h e s t r a t e g i cg o a lt o r o s e a r c ho na n e w - t y p em a c h i n ee l e c t r o p n e u m a t i c l o c o m o t i v eb r a k e b y o u r s e l v e s ， f i r s t ly ，t h e p a p e fi n t r o d l l c e s t h ed e v e l o p m e n ts t a t h so f 也eo v e r s o a s l o c o m o t i v eb r a k e ，s o m e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e so fo v e r s e a ss e v e r a l a d v a n c e dl o c o m o t i v eb r a k e sa r ed i s c u s s e d t h e n ， t h e p a p e ri n t r o d u c e st h e d e v e l o p m e n ts t a t u so ft h ed o m e s t i cl o c o m o t i v eb r a k e ，a n a l y s i sa d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e so fc h i 丑al o c o m o t i v eb r a k e s ：t y p e k la n dj z 7 。t h ed i f 托r e n c 。i s i n d i c a t e dc h i n a p r e s e n t d a yl o c o m o t i v eb r a k e sa n do v e r s e a sa d v a n c e d 】o c o m o t j v eb r a k e 5 i ti sp r o p o s e dt h a te x i s t i n g1 0 c o m o t i v eb r a k ec a n n o tm e e tt h e r e q u i 聆m e n to u rt r a c kt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a c c o r d i n ga so u re x c i t 主n gt r a c kr u n n i n gc o 玎d i t 主o n s ，t h es c h e m ei sb r o u g h t f o r w a r dt h a ti sa 1 1 e w t y p e1 1 1 a c h i n ee l e c t r 0 - p n e u m a t i c1 0 c o m o t i v eb r a k e t h e p a p e rh e r e w i t hi n t r o d u c e st h ed e s i g nr u i e 、o p e r a t i o np r i n c i p i eo fc o l l e c t i v i t y p r 巧e c ta 醴 t h e n c t i o na n 畦c o n t r o lm o 畦eo fe v e r ym o d u l e k e yp a r t sa r ei 1 1 t r o d u c e dc o n c r e f e l yi nt h ep a p e r t h et e c h n o l o g yp a r a m e t e r o ft h ev a l v ei sb r o u g h tf b r w a r d t h e n ，e v e r yv a l v ei s d e s i g n e da n dm a d e t h e a p e rh e r e w i t hi n t r o d u c e se v e r yv a l v er n a k e u pp “n c i p l ea n de v e r ys t a t eo fe v e r y 西南交通大学硕士研究生学位论文第m 页 p r o c e s sp o s i t i o n i ti sc a l c u l a t ea n dp r o o 仔e a dt h a ti sk e yn l a k e u p l a s t l y ，e v e r ym o d u l ei sa s s e m b l e da n dj o i n e d i ti sc o m p l e t e dt h a ti st e s to f s i n g l ev e h i c l ea n di m m o v a b l et r a i n a tt h es a m et i m e ，t h et e s ti sc o m p l e t e dt h a t i sd k la n dj z - 7l o c o m o t i v eb r a k e t h et e s tr e s u l ti s a n a l y z e da n dc o n l p a r e d t h eb r a k ei sp r o v e dt om e e tt h ea n t i c i p a t e dg o a l k e yw o r d s ：b r a k e ；d i s t r i b u t i n g v a l v e ；c o n v e r s i o n ；t e s t 西南交通大学硕士：阱究生学位论文第l 页 1 ，1 研究背景与意义 第l 章绪论 截至2 0 0 5 年底，全国铁路营业里程已达7 5 2 0 0 公里；其中国家铁路6 力多公罩，合资铁路7 6 0 0 多公里，地方铁路4 7 0 0 多公里；居美、俄之后， 列世界第三，亚洲第一；为建国初期的3 3 倍。路网密度按国土面积计算为 7 4 8 9 公里万公景，按人口计算为o 5 6 公晕万人 ”】；比建圈藤有很大提嵩， 但与发达国家比还有较大差距。2 0 0 2 年全国铁路完成客运纛1 0 5 6 0 6 万人， 完成旅客周转量4 9 6 9 亿人公罩，铁路运输在全圜运输市场占有份额客运最为 6 。6 ，旅客周转量为3 5 2 。2 0 0 2 年全国铁路完成货运罴2 0 。4 2 亿吨，完 成货物周转量量1 5 5 1 5 亿吨公景，铁路货物运输在全簪运输市场占有份额货 运量为1 4 1 ，货物周转量为5 3 9 【” 。铁路集装箱运输2 0 0 2 年达4 7 4 9 力 吨，占铁路货运量的2 5 。2 0 0 2 年货物列车平均总重达2 7 8 9 吨，中困铁 路货豹平均憩重水平在美国、饿罗辫、老日拿大之后列世界铁路第四位”。 十六大提出“全面建设小康社会”。到2 0 2 0 年我国城镇人口比例将达到 6 0 左右，将有4 亿多农业人口转移到城镇，居民用于旅行消费的支出将明 最上升，客运需求增长潜力非常大。同时，我因瓣内生产总值要比2 0 0 0 年翻 两番，g d p 年均增长将在7 良上，货运需求必将持续增长。再从我舀趣城 面积大，资源分柿不均，经济发展水平差距明显，区域问资源互补性很强。 随着西部大丌发和振兴东北战略决策的实施，东西部需求关系不会发生根本 变化泉分析长题离物濂、客流量仍然很大。测算铁路豹客运发送量3 8 4 5 亿人，客运周转h o o o 亿人公罩，货物发送量3 8 4 0 亿吨，货物周转量3 4 0 0 0 亿吨公里。到2 0 2 0 年，我国铁路负荷将高居世界榜首，我圈铁路的综合运输 熊力至少嚣比目前增加一倍以上，才能基本满足需要。客货运量将达到4 0 亿人次_ 鞫4 0 亿吨。 为满足运输的需要，我国铁路实现了5 次全面大提速，在重载和信息化 方面也取得了很大的发展1 9 】。我国从事铁道车辆制动技术的工作者为发展我 国铁道机车车辆的利动技术傲了大量的工 乍。比如为满足1 6 0 公爱，j 、时旅客 列车的紧急制动时1 4 0 0 m 内停车i “，对原有的】0 4 型客车制动机和f 8 型客 车制动机进行了电控改造：为满足2 0 0 公里，j 、时动车组的制动技术要求，研 制出了新掣直通式屯空铡动机，在“先锋号”和“中华之星”等动车组的应 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 用也取得了良好的效果2 3 1 。但就机车制动机而言，因其牵引的车辆制动机种 类繁多，机车制动机技术的研究技术难度大，目前我国机车制动机技术基本 上停留在上个世纪八十年代的水平，已经远远不能满足时代的需要 2 。急需 研究新型机车制动机来取代现有的机车制动机。为此，中国南车集团于2 0 0 2 年组织株洲电力机车厂、同济大学、眉山车辆厂成立项目组，丌始新型机车 电空制动机的研究工作。 新型机车电空制动机将采用计算机自动控制技术，适应于我国干线机车 的自动式电空制动机，其具有如下功能： ( 1 ) 可根据要求，对列车运行速度按制动率或减速度进行精确控制； ( 2 ) 便于按需求实现电制动与空气制动或其它制动模式进行混合制动作 用； ( 3 ) 实时监测、存储系统工作状念、主要控制元件功能状态，通过列车 监测装置及时将故障信息通报给司机或维护员； ( 4 ) 强大的人机界面，计算机可接受多重信息指令，按设定的原则进行 计算及逻辑判别。 新型机车电空制动机的主要特点： ( 1 ) 采用计算机、电子技术为甚础，将机车制动逻辑判别及制动控制编 入计算机软件程序控制，能进行控制参数的实时监测和故障诊断并把检测到 的问题报告机修人员，具有更高的可靠性与安全性，司机室显示器给司机提 供了制动机反馈的信息，以表明制动系统的目前状况： ( 2 ) 以计算机、电子技术为基础的新型机车制动机能够同时以电指令的 形式及以传统的列车管减压的空气压力指令形式两种方式产生制动指令传输 到全列车，既能实现列车电空制动，又适合于列车空气自动制动系统； ( 3 ) 单独采用空气制动的方式已不能满足现代机车、车辆的需求，机车 采用再生制动、电阻制动等与空气制动的多形式混合制动方式，客车采用磁 轨制动、涡流制动等与空气制动的多形式混合制动方式已是必然，采用计算 机、电子技术，能够按照设定，最简便、快捷、准确地实现多制动形式的混 合制动方式： ( 4 ) 具有多重导向安全设计，在出现故障的情况下能自动导向安全，确 保列车行车安全。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 国内外机车制动机发展情况 1 2 。1 国外发展状况 国外机车制动机的发展经历了从简易到复杂，从空气制动机到电空制动 机，功能越来越完善的发展过程。下面以美国为例，简要介绍国外机车制动 机的发展情况。 在美国铁路上，最初使用的机车制动机是直通式的，尔后发展为出两个 主要部分所组成：一是以调整制动管压力来控制机车制动机和列车制动机的 自动制动部分；另一是仅仅控制机车上直通空气制动系统的独立制动部分。 当然独立制动部分的单独制动阀也可以缓解机车制动机的自动制动作用。 1 9 0 6 年，丌始在蒸汽机车上使用e t - 6 型空气制动机，至今仍然在使用，在 某些方面虽有所改进，但改变并不大。e t - 6 型制动机很早就引进我国，在我 国铁路上曾经得到广泛的运用p 。 e t 1 4 型空气制动机是有e t 6 型制动机加以改造使之适用于内燃、电力 机车的制动装置。其作用原理与e t _ 6 型制动机基本相同。e t 1 4 制动机根据 操纵的需要而采用不同的部件。单端操纵，采用k 一1 4 一b 制动阀和6 一k r 分配 阀；双端操纵，采用k 一1 4 a 制动阀、k 1 4 一f 单独制动阎和1 4 一k r 分配阀以 及切换阀、重联塞门等部件。 e t - 6 及e t - 1 4 型制动机都是采用滑阀、回转阀及会属鞲鞴涨圈式的结 构。其结构复杂，检修困难。 由于现代内燃机车和电力机车的广泛应用，并由于列车速度的提高和牵 引吨位、长度的不断增加，e t - 1 4 型制动机与e t - 6 型制动机一样都不能满足 要求了。经过约3 0 年的运用实践，在e t _ 6 型制动机的基础上设计了e t _ 8 型制动机，1 9 3 4 年起在蒸汽机车和电力机车上使用。 e t - 8 型制动机使用l 8 a p a 或k 8 ，p a 制动阀和8 a 机车分配阀。其作 用原理与e t 6 型制动机基本相同，保存了e t _ 6 和e t - 1 4 型制动机的优点， 还增加了许多优良的性能以适应列车速度提高和列车长度、重量增加的需要。 e t - 8 型制动机的主要特点如下f 5 】： ( 1 ) 由于8 一a 分配阀采用具有减压室的三室风缸，其作用是保证制动时， 机车制动机丌始制动的时间稍迟于后部的车辆，以防止车辆问产生巨大的冲 击力： ( 2 ) e t - 8 型制动机的l 一8 一p a 制动阀设有初制动位。初制动位是为了便于 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 置的组合，鞭越保证满足不同条件下静各秸运营要求。这撵，h s c 制动机 的结构便被简化了。 2 4 r l 制动机的制动阀、分配阀等部件虽在结构上较过去脊了新的变化， 但仍然是采用滑阀、回转阀和金属涨豳的结构。 二十壤纪矗年代率期( 1 9 5 6 笮) ，美国研制了一释轻鍪捌车厢的2 6 茁 型机车制动机。之后不久2 6 l 型机率制动机就成了荚国铁路上的标准型机车 制动机。2 6 l 机车制动机具有干线机苹运用所需的绝大部分性能，还增设了 若干特殊性能，馕如，安全控制、超遥控制和列车垂动控制等等。该制动机 可与e t - 6 、2 隼r l 等旧溅制动机重联运行。由于当时化学工她的发展，橡胶 模板和“o ”形圈己得到了大量地使用，所以2 6 l 型机车制动机在结构设计 上又有了重大的改进，采用凸轮、橡胶模板和“o ”形圈柱塞阀等新型零部 件幕取代2 4 一r l 翎动机上的港润、溺转阀等老部件，达到重量轻、检修方便 和作用灵敏w 靠的目的。 随着电子工业和计算机的飞速发展，二十世纪八十年代，由w a b c o 公 司生产的电一空联合控制铡动系统口qe p i c ，计算机控制装置及接口在e p i c 系统中起大脑的作用。具有将制动指令进行逻辑拄翎及编译发送与灵活皮炎 的能力，能对速度进行适时控制。1 9 9 7 年，w a b c 0 公司铁路电子分部设计 了e p i c 的新代产品e p i ci i 系统，e p i ci i 系统完全适用于原先应用2 6 l 设备的掇车p4 1 ，气动装备采穰集成亿设诗，使褥更换侠捷便利，还增搬了渗 断功能，可对现场更换的气动模块进行性能诊断。 由纽约黛气制动机公司( n y a b ) 生产的计算机控制制础系统( c c b ) 是以微机为主的制动系统，其设计用来为干线货窜和客车提供全自动和单独 制动控制。c c bi l ( c o m u t e rc o n t r o lb r a k ei i ) 系统是c c b 豹下一代【2 7 l 。 设计成可为干线货车和客车提供全自动和单独制动控制。c c b i i 是一个基于 网络的系统，整个系统由4 个主要组件组成，这4 个主要组件是电子制动阀 ( e b v ) 、扩充了的集成处理器模块( x i p m ) 、继电器接口装置( r i m ) 和 电空控制单元( e p c u ) 。c c b i i 系统的机构体系见图1 1 | 3 2 】。 近几年，德国k n o r r 公司又在c c bi i 制动系统的基础上，推出了适合 于欧洲大陆器圈联运的模块化制动系统m b s ，与c c bi i 相似，m b s 制动系 统能够委大范酗鲶适用予不园豹机车。模块亿浆设计镬缮检修和更换有缺貉 的零部件更加快捷便利，适时的自动诊断功能有助于取消不必要的维护工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 ( 特翅是i 譬多研蘑件的捻修) ，劳动强度大。 为解决上述一系列问题，适应中国铁路运输的需求，上世纪7 0 年代后 期，我国相继研制成功了j z 。7 型机车空气制动机和d k 1 型机车电空制动机， 并在上世绍8 0 年代初期开始批量在内燃和电力机车上批量装车使用。 1 9 7 4 颦装车试用，1 9 7 8 年通过鉴定的j z 7 型空气制动祝是露翦我阐漆 燃机车装用的主型机车空气制动机，它的技术主要来源于美国5 0 年代中期就 投入使用的“2 6 l ”型空气制动机【”。作为传统的纯空气自动制动机，j z 一7 型机车空气劁动机功能基本完备，性能也较为优良，罄经农相当长的瓣闻内 适应了我幽内燃枫车制动的需要。 j z 7 型空气制动机的主要特点【7 】： ( 1 ) 能客、货车兼用。利用客、货车转换阀就可以达到这种要求。客车 位和货车缎豹差别在于客车位耗阶段缓解，货车位无输毅缓解。客、货车的 转换，主要根据被牵引列车的制动机是否具有阶段缓解性能来确定。目前世 界各国客车制动机多是有阶段缓解性能。而货车制动机则不一样，有的国家 是除段缓解型的。我因嗣前客车上的1 0 4 型分配闽及货车土的1 0 3 型分配阀、 1 2 0 型分配溷均为一次缓解型的，只有客车上凝的f 8 分配阀为阶段缓解爱： ( 2 ) 能自动保压。不需象e t - 6 型和e l 1 4 型空气制动机那样，减愿后需 将手柄移辫中立位，而只需将手柄鬻于需要减压的位置上，待减压后即可自 动保压。客车位日重，蠡劝刮动婀手横在割动送，能自动李 偿列车管豹漏泌： 在货车位时，列车管的漏泄就得不到补偿： ( 3 ) 自动制动阀从最小减压位到最大减压位为制动区。随着制动阀手柄 在制动区从左到右移动，歹0 车管的减压量逐渐增大，直到最大减压位。此外 还有过量减压位、手裰取出位、紧急稍动位，均较镧动区霄较大的减压鲎： ( 4 ) 在结构上取消了回转阀、滑阀、鞲鞴涨圈等研磨件，采用了橡胶模 板柱塞阀、止阀及0 形橡胶密封圈。延长了检修期，使制造、运用、维修等 工作更为方便； f 5 ) 分配阀是采用了压力和j 三压力混合式机构，既具有阶段缓解作糟， 又有一次性缓解作用，适用于现代机车不同的制动缸容量露求，制动缸压力 不随制动敝容积变化，不论机车在列车中联挂位置如何，均得到相同的制动 缸压力。当制动缸压力空气漏灌时戆鑫动 充，吴有受好抟制动不衰性； f 6 1 为牵引长大货物列车的需嚣，设有过充位，以缩短列车管和副风缸 的初充气时间和再充气时间； ( 7 ) 由于增大了向列车充气和羲 气的有效作粥嚣积，故鞍i 日型制动机具 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 翌副毯懈普牡窭蒋磊引手亭h n i _ q _ 【丑 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 车管的减压和机车制动缸的压力；能实现空气制动与电制动的完美结合：但 它着重考虑的是新一代机车制动机的控制技术，采用总线技术重联，没有设 置重联阀，因此不能与现有机车重联使用。 从国内外机车制动机的发展状况可以看出，研制采用计算机控制的新型 机车制动机的任务迫在眉睫。本文研究的目标j 下是研制出一种适合我国国情 的新型机车电空制动机，该制动机满足以下要求： ( 1 ) 是采用计算机控制的自动式新型机车制动机，适用于我国干线客运 机车和干线货运机车。 ( 2 ) 能精确地控制列车管的压力和机车制动缸的压力。 ( 3 ) 实现电制动和空气制动的完美结合，电制动优先于空气制动，空气 制动只是作为电制动补偿。 ( 4 ) 实现无条件与现有干线机车的重联操纵。 l - 3 本文研究的主要内容与方法 1 3 1 本文研究的主要内容 首先联系我国现有铁路的运营状况，探讨我国机车制动机的技术要求， 提出新型机车电空制动机具体方案。分析了陔制动机的优缺点，并与原有的 主型机车制动机进行对比分析，阐明该新型机车电空制动机将具备的优越性。 然后对该制动机的关键部件分配阀进行分析，通过相关的制动计算，提 出分配阀的技术参数，将该技术参数与原有的二压力机构分配阀1 0 4 、1 0 9 、 1 2 0 以及三压力机构分配阀f 7 、f 8 进行对比分析，并对其进行设计与试验。 验证分配阀的设计达到了预期的目标。 最后将空气制动模块与电空控制模块以及微机控制模块联合，完成该制 动机的单车试验与牵引列车定置试验。并与原有机车主型制动机进行对比试 验，验证该制动机的研究达到了预期的目标。 1 3 2 本文研究的主要方法 本文的研究方法是首先收集国内外现有制动机的相关资料，然后通过各 种制动机的优缺点比较、分析，提出适合我国国情的新型机车电空制动机方 案，最后对所提出的制动机方案进行了试验，通过试验验证陔制动机的研究 是成功的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 对各个模块分别进葶亍设计，最后将各个模块连接成系统，统一进行调试鄹试 验。 2 1 6 空电联合制动控制基本原则 a ，取大原刘：著列车牵弓l 一划动控制器被移楚制动位，列车执行电铡动 时，产生了空电联合制动指令，此时电制动单元比较两者的怠制动力大小， 并执行较大的电制动力要求。 b 切换控制原则：当电制动大于1 0 k n ( 可调) 即切除空气制动，电制动 小子5 k n ( 可调) ，空气毒动浚复。 c 电制动力的分配原则：空电联合制动不考虑拖车，只在机车上实行电 制动与空气制动的联合控制。 d 。自动终止牵弓| ：菪产生空电联合制动指令，控制系统应自动终止列车 牵引，执行空电联合制动。 e 空电联合制动车控架控可选：只需调熬相应电气接口以及程序，不 需增加任何硬件，空电联合制动可以选择按车掇制或分转向架控制。 2 2 系统方案 新型机车制动机系统主要由制动阀( 自动制动阀、单独制动阀和备用制 动润) 、微机控制制动单元( m b c u ) 、制动控制单元( p b c u ) 、电制动单元( d c u ) 等组成，懿凝2 1 所示。在翻车讵常运行情猛下，司梳操作自动铺动阀或单 独制动阀发出电指令到m b c u ，m b c u 根据自动制动阀或单独制动阀发出的 电指令制动力要求值，向p b c u 和d c u 发出指令，d c u 实施电制动，即将 枫车或列车的动能转换为邀毙，输送囡电网。 幽2 。1新型机市电空制动机系统原理幽 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 表2 2 单独制动控制器级位表 位置闸缸压力( k p a )说 明 缓解位机车单缓，自复位 运转位运行常用位，手把取出位 制动l 级 4 0 制动2 级 6 0 制动3 级 8 0 制动4 级 1 0 0 制动5 级1 2 0 制动6 级 1 6 0 制动7 级 2 0 0 制动8 级 2 5 0 制动9 级 3 0 0 2 3 4 后备空气制动阀 后备空气制动阀用于在电空制动故障情况下操纵列车制动缓解，它是一 个纯气控阀，只在自动制动控制器出现故障的时候临时维持列车的运行，机 车进机务段后必须修好后方可继续运行。 它共有三个气路接口分别接风源管( 根据列车管定压不同压力为5 0 0 k p a 或6 0 0 k p a ) 、均衡管以及大气。它具有3 个操作位，见下表2 。3 。 表2 3 后备制动阀级位表 位置气路 说明 缓解位风源管对均衡管充风白复位 中立位均衡管保压毯仃常州何 制动位均衡管排大气白复位 2 3 5 停放制动开关 停放制动丌关用于停放制动缓解的控制。该丌关为自复式丌关，向前为 停放制动缓解，导通电路，向后为停放制动作用，导通另一电路，松手后恢 复中间位，电路切断。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 低温( 一4 0 。c ) 等特点。 2 3 1 2 列车管压力控制 列车管压力控制通过均衡风缸压力以及中继阀等实现。 系统采用的中继阀以及遮断阀与d k 。i 制动机用的阀原理完全一样，只是 采用了铝合金制造以及板式安装方式。 中立电空阀d 2 5 3 y v 与总风遮断阀，用于切断总风源。 切断电空阀d 2 4 3 y v 与列车管遮断阀用于切断中继阀与列车管的联系。 重联电空阀d 2 5 9 y v 用于将均衡风缸与列车管连通，锁定中继阀。 过充电空阀d 2 5 2 y v 用于列车管压力过充控制。 排2 电空阀d 2 5 6 y v 用于快速排出过充风缸的压力空气。 紧急阀d 9 5 以及电动放风阀d 9 4 与d k i 制动机用的阀原理完全一样， 而且在系统中的功能也完全一样，只是采用了铝合余制造。 在本系统中，电动放风阀d 9 4 设置了两个控制电空阀d 9 4 y v 、d 2 4 9 y v ， d 9 4 y v 用于得电紧急控制用，而d 2 4 9 y v 用于失电紧急控制用。 列车管压力传感器d 2 b p 用于列车管压力显示，以及系统控制、检测时 确定列车管压力的依据。 2 3 1 3 无动力装置 无动力装置由塞门d 1 5 5 、无火滤尘止回阀d 1 0 3 组成，d 1 5 5 与原d k 一1 制动机用阀原理完全一样，只是改成了板式安装，并且改成了铝合金制造。 正常情况下，d 1 5 5 塞门处于切断状态，当机车需要无火回送时，打开d 1 5 5 塞门，则列车管风压经d 1 0 3 阀过滤、降压并限流后到总风缸，为机车制动 提供风源。 2 3 1 4 闸缸压力控制模块 闸缸压力控制模块原理见图2 4 。主要用于机车制动缸压力的控制，以 及单独制动缓解控制、平稳控制、空电联合制动控制、重联控制。 2 3 1 4 1 闸缸预控压力控制 d 4 0 为限压阀，用于限制常用制动时闸缸预控压力控制的风源压力，它 共有二个位置，既常用制动位、无火位，转换采用转换阀操作。 d 1 0 1 为三压力结构分配阀，利用工作风缸、列车管、分配阀输出的预控 压力三者的关系进行控制，紧急制动时预控压力的限制由分配阀内部自带的 限压阀完成。 d 4 1 为二、三压力转换阀，通过转换，分配阀可以具有一次缓解或阶段 缓解功能。 d 9 3 为重联阀，与原d k 1 用的原理完全一样。 d 3 1 为双向止回阀。 列车管压力输入分配阀后，产生闸缸预控压力，经重联阀、双向止回阀 最终输往作用阀。 一 亘童窑堂盔堂塑主塑窒皇兰垡垒窒 兰! ! 夏 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ 。一 。 2 3 1 4 2 闸缸压力控制 d 3 2 为作用阀，作用阀为双膜板结构，上膜板下部接闸缸预控压力，下 膜板上部接比例阀管( d 2 6 的输出管) ，在电空联合制动工况下，该处压力等 效于电制动力，上模板下部压力减去下模板上部压力的差值即为其输出闸缸 压力，闸缸压力同时通往上膜板上部，最后使模板在闸缸压力、闸缸预控压 力、等效电制动力的作用下处于平衡状态。 d 2 1 、d 2 2 为切换阀，与d k 一1 用阀原理一样，只是采用板式安装，材质 改为铝合金。通常情况下，闸缸压力可以通过切换阀输往闸缸，当电空阀 d 2 6 5 y v 或d 2 6 6 y v 得电时，则切断相应的闸缸管，同时闸缸压力排大气a 闸缸压力传感器以及压力开关是把压力信号传递给m b c u ，m b c u 根据 所接收的信号给出相应的指令，实现闭环控制。主要用于显示、检测、故障 诊断以及安全导向。 d 四d 1 9 0最0 2 6 0 s b p d 16 1 d 2 6 6 w d 2 8 d 2 7 d 2 0 d j 3 0 2 4 0 2 3 d 9 3 0 1 5 9 e 目一 d 1 6 0 d 2 1 l d 1 0 k p d 1 6 2 d 2 6 5 w d 2 6 0 w 而 d 2 2 d 1 8 d 1 1 k p j 幽2 4 闸缸压力控制模块原理阁 2 3 1 4 3 单独制动缓解控制 单独制动缓解通过m b c u 对单独制动比例阀d 2 5 以及单缓电空阀 西南交通大学硕士磺究生学位论文第2 1 页 d 2 6 0 y v 的控制来实现。 当m b c u 接收到单独制动阀的输出信号愿，它经计算处壤瑶，输疆一个 对应的电流信号给d 2 5 ，d 2 5 则相应输如一个成正比例的气压，经双向阀到 作用阀。从而实现单独制动。 该比例减压阀主要技术参数如下 工作电压：d c 2 4 v ( 1 0 ) 最大气压： l o o o l 【p a 输入电流：4 2 0 m a 输出气征：o 6 0 0 k p a 当单独制动器置缓解经时，单缓电空阀d 2 6 0 w 得电，使撂工作风缸与 列车管导通，机车发生单独缓解。 2 - 3 。1 4 4 平稳制动控制 为减小常用制动时的冲动，设鼹了平稳制动控制功能，该功能可以通过 安装在m b c u 面板上的选择开关进行切除或投入。 d 2 6 为比例阀，该阀与d 2 5 型号完全一样。 常用制动时，若空电联合切除而平稳制动投入，m b c u 税掘列车管减聪 量给d 2 6 输入电流信号，d 2 6 则输如相应压力信号给作用阀，闻氛预控压力 与该压力之差即为作箱阀输出的闸锻压力。常用制动时若空电联合投入，为 保证尽量使用电制动力，则平稳铡动控剁无效。 2 3 1 4 5 空电联合制动控制 空电联合制动是以枫车动力制动、电空懿动梳以及微枫控制技术为基 础，在优先并充分使用动力制动的原则下，两种制动方式实现联合控制的一 种制动技术。空电联合制动的使用，可以大大减少摩擦制动摩擦副的廉耗， 提高了列车运行的经济性，鄹时可以太大减少制动时的噪声。 空电联合制渤控制可以按照切换控制方式或比例混合控制方式进行。切 换控制方式即电制动力大于某一僮时，则将空气翩动完全切除，弼当电制动 力小予某一值时，则空气剃动自动恢复。比例混合控制方式即将分配阉输出 的闸缸预控压力与电制动力对应的空气制动力输往作用阀，由作用阀进行减 法运算，输出的压力即为闸缸压力。考虑到电制动的特点，以及尽量减少电 气铡动力豹叠加，同辟重切换控制方式已经较成熟可靠，薅此在机车上采雳切 换控制方式是比较合适的。当然，著要采用比例混合控制方式，本方案不需 增加任何硬件，只需对软件进行修改即可。 下藤介缨空电联合制动切换控制方式。 2 3 1 4 6 空电联会制动控制基本原理 空电联合制动控制原理图如图2 5 。空电联合可以采用整车控制方式或 者采用分转向架控截方式，只翥调整软件及榻关电气接弱即可，不需增加 王 何硬件。空电联合制动功能的投入切除可以通过m b c u 面板上的选择丌关进 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 程选择。 列车管的压力通过聪力传感器输给m b c u ，当操作自动制动控制器执行 空气制动或发生自动常用制动时，m b c u 根据传感器测得的列车管的压力计 算列车管的减压量，并根据预先设计好的减压量与电剖动力的对应关系见图 2 6 ，该曲线可戳壤据实簖情况谲整，淘惫裁动控翻单元( d c u ) 输出电制 动力申请信号，电制动力产生时，d c u 将动率的电制动力相关信号输入 m b c u ，当某架电制动力大于1 0 k n ( 可调) 时，对应电制动o n o f f 信号有效， m b c u 控制鞠应豹切换阉电空润得嘏，从两切除该架的空气铡动，当电铡动 下降到5 k n ( 可调) ，且持续2 s ( 可调) ，对应电制动。彬。霞信警无效，则该 转向架空气制动恢复。 如果选用电空混合制动方式，当操作自动制动控制器执行空气制动或发 生自动常翔捌动对，麓动缸产生与 乍用阀颓控蘧力相等的压力，m b c u 樱掰 传感器测得的列车管的压力计算列车管的减压量，并根据预先设计好的减压 量与电制动力的对应关系向传动控制单元( d c u ) 输出电制幼力申请信号， 电制动力产生时，d c u 将动车的电锘4 动力相关信鼍输入m b c u ，m b c u 给 出楣应的指令，在作用阉下模板上方产生等效于泡制动力的察气压力，馒涮 动缸减去相陵的压力。 矧2 5 空电联合制动原理圈 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 厘 p a l 图2 6 动力制动与空气制动的对廊芙系 2 _ 3 1 4 7 制动重联 为保证与现有机车的重联，本方案采用在d k 1 、j z 一7 上使用的重联阀， 这样一方面可以实现安装本系统的车之间的重联，另一方面可以实现与安装 d k l 制动机或j z 7 制动机的机车的重联。 本系统的重联阀原理与d k 1 、j z 7 上使用的重联阀完全一样，只是将 其通径扩大，同时采用了铝合金制造。 2 3 1 5 辅助控制模块 辅助控制模块原理见图2 7 。 模块所有部件安装在一块集成气路板上。辅助控制模块集中了制动机辅 助功能模块，包括停放制动控制、踏面制动控制部件。 总风管 幽2 7 辅助控制模块原理幽 路面制动营 停放制动管 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 第3 章分配阀设计 分配阀是空气制动部分中控制制动缸压力的关键部件。分配阀的灵敏度 和稳定性直接影响到整个制动系统的制动精度与稳定性。分配阀的各项技术 指标与牵引的车辆制动机匹配是否合理对列车运行过程中的制动与缓解冲动 也有直接的关系。新设计的分配阀将有较高的制动缓解灵敏度，各项技术指 标与我国现有机车车辆制动机的匹配问题做到最大的合理化。 3 1 分配阀的主要性能 3 1 1 几种主要制动机分配阀的性能比较 目前国内外主要的制动机分配阀有：德国k n o r r 【1 5 均车辆制动机k e 阀、美国的车辆制动机a b d w 5 、中国的车辆制动机1 2 0 【2 1 、机车制动机d k 1 、 j z 7 、客车用制动机1 0 4 等。主要性能比较见表3 2 。 表3 2 国内外主要制动机分配阀性能对比表 项目新分配阀 k ea b d w1 2 0 j z 一7d k 一11 0 4 一阶段局减有有有有有有有 二阶段局减无无有有无无有 紧急增压有无有无有有有 紧急二段无无有有无无无 初跃升无有有有无无有 过充消除能能能能能 能 能 适宜补风操纵能能能能能能能 阶段制动有有有有有有 有 阶段缓解有有无无 有 有无 滑阀无无有有无有有 从表3 2 可以看出，新设计的分配阀将在k e 阀的基础上增加紧急增压 功能，去掉了初跃升功能。局减阀虽然保留了原来的结构形式，但其局减性 能有很大程度的减弱，基本与我国现有机车制动机j z 一7 、g k 1 的局减性能 相同，大约相当于1 0 4 、1 2 0 型车辆制动机的第一阶段局减性能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 3 1 2 分配阀故障安全导向性能 a 运行过程中发生断钩事故，分配阀将自动处于紧急制动位，确保机车 安全紧急停车。 b 运行过程中出现意外情况，列车长拉车长阀，机车分配阀将与车辆制 动机一起自动处于紧急制动位，确保列车安全紧急停车。 c 控制活塞膜板破损 列车在制动时，一旦控制活塞膜板破损，控制活塞两侧不能形成压差，分 配阀不能进入制动位，机车的制动缸没压力，机车操纵自动制动控制器时， 空气制动失效，不能保证机车安全停车。此时能够操纵机车单独制动控制器， 让机车安全停车，等待维修。 d 作用活塞膜板破损 列车制动时，如果作用活塞膜板破损，总风既向作用风缸充风，又将通过 破损处和作用活塞排背压孔流入大气，机车不能上闸，这是非常危险的。因 此，作用模板一定要定期更换。 e 局减限制阀活塞膜板破损 列车制动时，如果局减限制阀活塞膜板破损，作用风缸压力空气将通过 破损处再经排背压孔流入大气，造成机车制动缸压力不足，不能保证机车在 规定的制动距离内停车，这也是绝对不允许的，因此，局减限压活塞模板也 必须定期更换。 f 控制风缸充气阀活塞膜板破损 列车制动时，如果控制风缸充气阀活塞膜板破损，作用风缸压力空气将 通过破损处再经排背压孔流入大气，造成机车制动缸压力不足，不能保证机 车在规定的制动距离内停车，这也是非常危险的，因此，控制风缸充气阀模 板也必须定期更换。 g 限压阀