铁路重载列车制动系统关键技术分析 (2).doc

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1、铁路重载列车制动系统关键技术分析摘要随着我国经济社会的发展，近些年来我国铁路建设速度加快，火车运输速度越来越快、运输质量越来越大，对火车制动系统提出了更高的要求。本文通过对火车制动系统进行分析，并对其检修工艺进行探讨，以期促进我国火车制动技术的发展，让铁路运输更好地为经济社会发展服务。铁路重载运输因其运量大、运输经济效益高等特点在多国广泛应用,而随着铁路重载运输的发展,重载列车运输安全性也越来越受到各国的关注。制动系统作为列车的主要组成部分,其性能的优良将直接影响列车的行车安全。因此,为保证重载列车的运输安全,研究铁路重载运输制动系统与车辆运用间的关系,如配置合理的制动系统、降低列车纵向冲动、

2、改善轮瓦关系等势在必行。本文从牵引总重3万t及以上的重载列车制动系统所面临的问题,如列车纵向冲动力、列车紧急制动工况下制动距离和轮瓦制动功率等入手,主要完成并取得了以下3方面的工作和成果：第一,分析研究纵向冲动产生的原因,建立重载列车纵向冲动仿真数学模型,提出了采用电空制动(ECP)能有效降低重载列车纵向冲动的措施。第二,初步确定轮瓦制动功率上限值,并以此为基础,研究并验证了重载列车的紧急制动距离(1400m)与运行速度(100km/h)的合理性；为改善轮瓦关系,提出紧急增压方案,并通过数值仿真分析验证紧急增压方案的可行性。第三,通过制定、完善重载列车制动系统的标准与规范,优化制动产品结构、完

3、善加工工艺、研究新材料等,研究提高牵引总重3万t及以上重载列车制动系统性能及可靠性的措施,为我国重载列车制动系统研究有所裨益。 关键词：铁路；火车制动系统；检修工艺 序言 随着我国铁路技术的发展，我国铁路火车速度越来越快，并逐步实现客货分流，火车单次运输量也越来越大，对火车制造水平和检修水平提出了更大的挑战。近些年来，列车在中从以前的60吨发展到现在的70吨，列车的速度提升到120Km/h；铁路火车在设计、制造、材料等方面都实现了重大跨越，我国逐渐掌握了高性能转向架、结构可靠性等货车制造核心技术；在火车制造中全面推广新型合金材料、不锈钢材料、整体铸造技术等；并在核心配件、检修、安全等方面实现了

4、技术进步；我国逐渐形成涵盖铁路火车运行的标准体系，为我国火车走出国门奠定了良好的基础。 制动系统作为火车的重要组成部分，也不断实现技术进步，从过去的旧阀改造到如今实现自主研发，我国已经掌握了独具特色、比较完备的制动系统。近些年来，我国火车制动系统在火车和客车方面不断取得进步。制动系统作为火车运行控制的核心部件之一，其先进水平很大程度上决定火车制造技术的先进水平。但是我国铁路火车制动系统制造和检修技术仍同世界先进水平存在一定差距，对火车制动系统进行分析和讨论对促进我国火车制动系统制造和检修很有现实意义。 1高速载重货车制动系统技术分析 随着经济社会的发展，我国铁路建设取得了历史性突破，我国铁路总

5、里程以位距世界第一，铁路运输对国家经济的发展至关重要，我国铁路网基本覆盖人口50万以上的城市。并且火车的速度、载重、编组不断提高，这对火车制动技术提出了更大的挑战。世界各国火车制动制造技术都在不断发展，我国的火车制动制造技术同先进水平还存在差距，火车制动系统性能受到速度和载重的影响。 1.1快速货车制动问题 随着火车运输量的提高，铁路资源成为国家交通运输的主要力量之一，并且价格较低，经济实用。铁路快速化已经成为当前经济社会发展的必然趋势。制动技术是快速火车的关键技术，制动力需要满足火车速度的要求。目前，我国火车制动系统将难以适应快速火车运行速度的要求。 一般情况下，货车在载重情况下重量为空车的

6、3倍以上，这就出现了空中车位问题。当进行不同制动装置车辆进行混编时，不同的制动方式产生的制动力也不同，造成列车纵向冲突的增多，空车位会对车轮造成擦伤。对空中车进行调整时提高运输速度和增加制动力的关键要素。对火车转向架和制动系统设计时，要充分考虑轻重车自动控制装置的影响因素，减少空中车纵向冲动造成列车损伤。 列车制动系统的泄露也会对制动性能和列车的运行产生较大的影响。制动系统的泄露主要对缓解和再充气时间产生影响，列车前后将出现压力梯度，使得列车尾部车辆制动性能降低，制动作用缓慢，增加制动距离，制动系统泄漏也是制动机出现故障的根源之一。当列车行驶速度越快，对制动系统的要求越高，这种故障现象就越明显

7、，甚至会使司机失去对制动管减压的控制，此外，制动保压过程中出现泄漏，讲时制动力分布不均匀，列车的纵向冲动加剧。 我国铁路技术对制动距离同欧洲比较相似，但比美国短。我国铁路火车制动系统的研制可以参考欧洲国家的先进水平，同时也要重视转向架的研发。法国Y37型转向架已经可以实现最高速度281.8Km/h，是目前的最好水平。铁路重载运输因其运量大、运输经济效益高等特点在多国广泛应用,而随着铁路重载运输的发展,重载列车运输安全性也越来越受到各国的关注。制动系统作为列车的主要组成部分,其性能的优良将直接影响列车的行车安全。因此,为保证重载列车的运输安全,研究铁路重载运输制动系统与车辆运用间的关系,如配置合

8、理的制动系统、降低列车纵向冲动、改善轮瓦关系等势在必行。本文从牵引总重3万t及以上的重载列车制动系统所面临的问题,如列车纵向冲动力、列车紧急制动工况下制动距离和轮瓦制动功率等入手,主要完成并取得了以下3方面的工作和成果：第一,分析研究纵向冲动产生的原因,建立重载列车纵向冲动仿真数学模型,提出了采用电空制动(ECP)能有效降低重载列车纵向冲动的措施。第二,初步确定轮瓦制动功率上限值,并以此为基础,研究并验证了重载列车的紧急制动距离(1400m)与运行速度(100km/h)的合理性；为改善轮瓦关系,提出紧急增压方案,并通过数值仿真分析验证紧急增压方案的可行 1.2重载火车制动问题 火车重载可以提高

9、火车的运行效率，并满足经济社会发展的需要，一般通过增加列车长度和质量来实现。目前，载重量超过5000吨的列车称为重载列车。世界各国相继对重载列车进行了诸多尝试。澳大利亚充分吸收美国和加拿大重载铁路建设经验，根据当地地形修建了多条重载铁路。将新旧线路结合方法，牵引总重达到2万多顿。瑞典北部的瑞典-挪威矿山铁路总长度540km，列车重量在5200t的基础上，将25t轴中提高到30t，实现列车重载8500t，年运输量也从2000万吨提高到3000万吨。期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆俄罗斯、欧洲等都对重载铁路进行了许多尝试。 我国重载铁路在20世纪80年代开始发展，在2006年实现2万吨组合列车，2

10、3轴重通用货车在全线推广，随着我国铁路技术的发展，我国重载铁路得到了进一步发展。2014年中国铁路总公司在大秦铁路组织实施牵引重量3万吨重载列车试运行，并取得成功，成为世界上少数掌握3万吨铁路中在技术的国家。准池铁路2012年3月28日开工建设，2015年9月15日正式开通运营，运输能力达到2亿吨。 开行重载列车的关键技术在于机车的牵引力和制动力，火车的制动力对火车运行安全至关重要。随着重载火车的发展，制动装置的热负荷和火车所承受的纵向力也越大，通常要求设备性能距离上限值具有一定余量，但是空车位制动力会造成粘滞现象。空中车调整装置进行改变是解决此问题的重要措施。 要改善重载货车制动性能，可以使

11、用电空制动的方法。我国火车目前采用的就是空气制动，通过改变空气压力来进行制动。但是当列车载重量过大时，列车的制动机将受到空气流速的影响，难以进行同步制动，列车纵向冲击不可避免。在制动缓解之前，不能对制动气缸充气，一般通过电信号进行控制，对列车进行同步制动，对制动气缸进行连续充气，从而有效缩短制动距离，提高列车高速运行安全性能。电空制动是重载列车提升制动行性能的重要方式。 2制动系统检修工艺分析 有关统计资料显示，劣质制动系统故障占列车故障的90%。列车制动系统已经成为影响列车正常运营的关键影响因素，对列车的安全运行构成中重要威胁。统计资料中，管道泄漏故障占列车制动故障的的74%，气缸泄露占比7

12、%，阀门故障占比2%，主要是管道、缸体、120控制阀容易发生故障。故障的原因主要为制动管内壁污垢、制动缸体内部质地粗糙、120阀配件制造不合格。 2.1设计管内壁清洁装置 设备管内部污垢成分复杂，目前使用的内部吹尘法难以彻底清除污垢。在对设计管内壁污垢的清洗研究中，美国研究人员利用旋转管路清洗软轴，这种软轴能够在设备管内任意弯曲，不会受到管道形状的影响，刷头可以安装在软轴顶端，利用机器将清洁水送到软轴封套，利用清洁水冲刷清洗，除去污垢。这种方法可以明显降低管道泄漏、塞堵等故障。 2.2完善缸体内壁打磨工艺 根据国家缸体制造标准，制动缸内壁粗糙度应达到Ra0.4 ，但在实际加工过程中，缸体内部粗

13、糙度常常仅为Ra1.6 。因此，采用先打磨后抛光的方式进行缸体加工，加工之后的缸体粗糙度达到要求，从而减少缸体泄漏故障的出现。 2.3改进120阀门研磨工艺 滑阀、截止阀、滑阀座是120阀门的主要构件，对其进行检查返现各个配件滑动面存在划痕，当接触不严密时会有油脂泄漏，降低制动性能。因此要对120阀门部件的接触面进行打磨处理，打磨后组装接触面的缺陷得以消除。此外，打磨时要规范操作，保证使用的油石符合要求。在操作中，使用机械打磨的精度更高，并且能够降低人工劳动强度，提高工作效率。一、重载列车制动的现状（一）重载列车的发展近几年，我国除了高铁发展迅速发展，重载列车的发展也是不可小觑的。大秦铁路就是

14、我国重载列车发展的先驱。它不仅仅是在国内令人瞩目，在世界上也是享有美誉的。“我们就是要瞄准世界铁路重载技术装备制高点，锁定当今国际上最先进，最成熟，最可靠的重载技术，进行自主创新，是我们一开始就站在制高点上。”铁道部副总工程师耿志修这样概括了大秦铁路的自主创新之路。在大秦铁路全长653公里的线路上，平均不到15分钟，就有一列运煤列车呼啸而过。这些列车很长，以至于不选择一个合适的地点，从车头都看不见车尾。这些忙忙碌碌、来去匆匆的列车，构成了大秦线特有的风景，也正是这些“主角”，成就了大秦铁路世界运煤量最大、运输效率最高的美誉，更成就了其重载列车发展风向标的重要地位。（二）重载列车制动技术的运用重

15、载列车因其独有的“重”、“长”两个特点，它的制动系统也要求很高。因而我国经分析，采用了列车分布式动力控制系统。该系统采用无线数据传输技术，由主控机车对从控机车进行同步控制，使第一台主控机车乘务员的每一个操纵动作成为一道指令，通过无线传输，只需0.2秒第二台机车即可自动完成同一动作。以此类推，从第一台机车发出指令到第四台机车完成同一动作，间隔不过0.6秒。机车同步控制的实现，减少了列车运行中产生的纵向冲动，缩短了空气制动的排风、充风时间，减少了列车在长大坡道上运行使用空气制动的次数，确保两万吨重载列车的平稳运行。二、初步了解重载列车（一）重载列车的发展重载列车是指利用加大车辆自身重量和列车长度的

16、方法，编组牵引重量达到或超过5000t以上的列车。由于一次性拉的货物比较多，所以它大大的提高了我们的运输效率和铁路的通过能力，这些都为我们节省了许多不必要的开销，加大了我们的经济效益！重载列车自身的发展会不断展现出它的魅力，使其成为21世纪最让人“追捧”的运输方式。（二）重载列车对生产生活的影响现如今，重载列车主要任务是运输煤炭，承担全国各地的煤炭运输及出口。随着我国国民经济的发展，煤炭运输需求持续增长。这样就必须要有一种运输方式来承担国民的需求。大秦线首先走在了前端，它为全国4大电网、5大发电公司、第 7 页 共 11 页毕 业 论 文10大钢铁公司、368家电厂和6000多家企业输送生产用

17、煤，同时把温暖送进千万家。在北方，冬季取暖、日常做饭都必不可少用到煤炭，可想而知它的重要性！（三）重载列车存在的不足“重载列车不怕电力机车拉不动，怕的是机车指令发出后万吨列车停不下来。”铁道科学研究院机车车辆研究所副所长李学峰说。大秦线上大部分是山路，如果制动不好，很可能造成车毁人亡的重大事故。所以，重载列车最关键的问题就是制动。而重载列车制动中存在的最大问题就是由于货车只能用空气制动系统，编组数量又特别大，列车制动的不同时性将造成严重的纵向冲动作用，制约大编组整列式重载列车的发展。三、初步了解铁路制动系统（一）制动的概论人为的使列车减速，停车或防止停留的车辆移动所采取的措施，称为制动。在铁路

18、机车，车辆上，产生制动的方法比较多，目前我国主要采用以压力空气为动力，利用基础制动装置上的闸瓦紧压转动着的车轮踏面，使其相互间产生摩擦力，将机车、车辆动能转变为热能逸散，从而使列车减速或停车的方法。（二）制动对铁路的重要性随着铁路现代化运输的发展，列车的运行速度和牵引重量不断提高，我们除了要加大牵引力外还务必要提高机车、车辆的制动性能。尤其是重载列车的制动问题，急待可行有效的方式来解决，这对重载列车的发展至关重要。而且，制动机的性能不仅是保障行车安全的必要手段，同时也是提高列车技术速度和铁路通过能力的重要因素。四、重载列车制动技术中存在的问题1. 由于空气制动波速无法超过300s，列车制动的同

19、步性越来越差，重载列车在常用、紧急制动时的列车纵向冲动急剧增大，将造成严重的断钩、脱轨事故。2. 重载列车在长大下坡道上、由于没有阶段缓解作用，再充气时间过长，容易造成列车失控，再充风问题将严重影响着长大重载列车在长大坡道上的运用安全。3. 制动距离越来越长。第 8 页 共 11 页毕 业 论 文五、重载列车制动技术的改良（一） 整列式重载列车制动问题的解决方案1、 采用性能良好的空重车自动调整装置，保证空车不滑行，重车具有足够的制动力。2、 改善局部减压性能，提高制动波速和缓解波速。3、 研制高性能制动闸瓦，如高磨合成闸瓦。组合使用盘形制动和闸瓦制动。 4、 采用小容量的制动缸和副风缸，缩短

20、重载列车的初充风时间。 5、 采用低气阻的新型制动管路，提高空气波速。（二） 单元式重载列车制动问题的解决方案由于单元式重载列车采用固定编组方式，通过采用先进的由数字逻辑控制或计算机网络控制的列车电空制动系统，并同时配合机车动力制动是解决重载列车的纵向动力作用问题的有效途径，使重载列车中的所有机车、车辆同步实现制动与缓解，保证了整列车制动、缓解的一致性，缩短了列车制动距离，提高了重载列车的运输效率，保证了重载列车运行安全性。（三） 组合式重载列车制动问题的解决方案重载列车的制动问题关键是如何使列车制动后快速再充风和使列车制动同步。而这方面，我们可以考虑研制一种新型制动系统，来实现这两大难题。通

21、过对机车车辆的制动实现微机控制，从而实现机车车辆的快速充风和制动的同步。具体可以通过电脑控制一些单元无线接收设备，这些小的单元无线设备再分别控制各自的具体机车（3到5台）。当重载组合列车进行制动的时候，司机通过司控器向主控机车发出制动指令，主机车一方面采用制动控制单元对本车的容积室压力进行调解；同时也通过无线发送设备向基本小单元发送制动指令；从控机车通过无线接收设备接收到主车发出的控制指令后对各自容积室压力进行调节，主、从控机车中继阀将容积室的压力传递给列车管，各单元机车同时进行压力同步调节，在理想的情况下，列车管的压力处处相等，达到同步制动的目的。同时为了监控各小单元的工作状态，各小单元的状

22、态数据要通过无线传输设备发回到主控机车，由主控机车的显示控制单元将从控机车和主控机车的状态数据显示出来。这样就能实现重载列车的制动同步与快速再充风。日前，中国中车股份有限公司在青岛组织召开了关于中车四方所研制的有线ECP制动系统样机评审会。会议评审组经过质询和讨论一致同意中车四方所研制的有线ECP制动系统通过样机评审。ECP制动控制系统即电控空气制动系统（Electronically Controlled Pneumatic），通过采用电子方法对各辆列车进行制动控制，不再以空气作为制动指令传递的介质，仅通过压缩空气产生制动力，其制动指令是通过一条贯穿全列车的双芯输电电缆或无线电信号进行传递。重

23、载列车编组长，一般都超过100辆车，由于空气信号传递理论上不能超过声速，前后车辆制动和缓解的时间间隔长，列车纵向冲动大，容易造成断钩、脱轨等安全事故。因此相比传统自动式空气制动系统，ECP制动控制系统可进一步实现全列车同步制动、缓解，形成贯穿全列车均匀的制动力分配，有效缩短列车的空走时间，减小制动距离及列车纵向冲动。当前，ECP制动控制系统分为有线和无线两种，无线ECP制动控制系统在国际上尚处于研究及小批量试验阶段，有线ECP制动控制系统已在美国、加拿大、澳大利亚、南非等国的1万吨以上重载列车上批量装车运用。目前国内有线ECP制动系统仍出于研究试验阶段，中车四方所依托集团重点研发项目重载列车制

24、动系统开发，参照美国铁路技术标准（AAR标准），结合我国120型货车制动机完成有线ECP制动控制系统样机试制。该制动系统包括机车单元、车辆单元及列车总线3部分，并设有与机车制动系统的通信接口，可与机车制动系统协调动作，同时车辆单元通过电空控制阀实现了车辆的ECP制动模式及备用制动模式的切换，确保列车制动安全。机车单元和车辆单元均具备列尾单元功能，尾部车辆单元可监控列车尾部列车管气压及列车总线电压，进行列车完整性检测。中车四方所自主研制的ECP制动控制系统通过样机评审，使我国ECP制动系统的应用又向前迈了一步。要想解决重载列车的制动不同步，我们只能利用现在已经很成熟的微控技术及无线传输接受技术。

25、靠它强大的自动化能力及无与伦比的传输速度，我们可以让重载列车走的更远。（1）陈韫韬 浅谈重载列车的制动控制技术 中国科技信息2010年第8期 （2）迟卓刚、张贵良 内燃机制动技术 中国铁道出版社 2008年6月 （3）邹振洪DK-1型电空制动机空气位作用的改进设想 内燃机车. 2006（4）白利平DK-1型机车电空制动机的改进及注意问题 内蒙古科技与经济.200 （5）邹振洪. DK-1型电空制动机空气位作用的改进设想 内燃机车. 2006（6）白利平. DK-1型机车电空制动机的改进及注意问题 内蒙古科技与经济. 2006 （7）税建平. SS4改型机车DK-1型电空制动机的改进 电力机车与

26、城轨车辆. 2007 （8）张建成,严骏. SS_4改进型机车电空制动控制器故障分析 机车电传动. 2003 （9）徐晖,邓雨晨. SS_8型机车DK-1型制动机控制电路的改进建议 电力机车与城轨车辆.2003 （10）王建华,刘豫湘,高殿柱. DK-1型机车电空制动机的制动控制的改进 机车电传动. 2005 （11)）倪文波,王雪梅,李芾,金雪岩,陈勇. 新型机车电空制动机试验研究 内燃机车. 2005 （12）李毅,李子路. 增加104型电空制动机电控紧急制动功能的初步设想 铁道车辆. 2005 （13） 胡跃文,方长征,高殿柱,制动逻辑控制技术在DK-1型制动机上的应用 电力机车技200

27、2 （14） 李振义,钟健,曹增玺. 关于机车制动机检测仪的设计探讨 电力机车技术. 2002 3结束语 我国铁路建设快速发展，铁路网不断完善，客货分流将成为铁路运输发展的必然结果。客运交通追求快捷、舒适、换成方便，货运要求更加经济实惠、速度适宜。重载铁路是货运发展的主要方向，高速铁路是客运发展的主要方向，这两大趋势是今后铁路发展的大趋势。这对铁路火车制动系统提出了更高的要求。我国火车制动技术虽然已经有了较大的进步，但是仍同世界先进水平存在差距，从而制约我国铁路技术的发展。在对火车制动系统进行研究和检修过程中，可以借鉴国外先进经验，促进火车制动技术的发展，保证铁路运输安全性，促进我国铁路运输的

28、发展。 参考文献1杜鹏成,王力,李雪.铁路货车人力制动链快速链接环的研制J.铁道车辆,2014,(12):40-41.2郭立娜.基于模糊推理系统的运煤敞车车皮反位识别系统设计D.燕山大学,2013.3毕重远,刘承发,韩庆海.DF_4型机车制动横杆滑动板清扫给油装置J.内燃机车,2011,(12):48+5.1王国建;刘红灿;重载列车发生坡停的原因及对策J;铁道运输与经济;2008年01期2张嘉通;发展重载列车 提高输送能力J;铁道运输与经济;1986年09期3马大伟，王成国;繁忙干线开行重载列车的仿真研究J;铁道学报;1995年04期4谈学军;繁忙干线开行五千吨整列式重载列车的探讨J;铁道运输与经济;1995年07期5马大炜;重载列车及其试验研究(待续)重载列车概况(上)J;铁道车辆;1998年10期6马大炜;重载列车及其试验研究(续一)重载列车概况(下)J;铁道车辆;1998年11期7谢贤良 ,刘重庆;澳大利亚创重载列车新世界记录J;铁道知识;2002年03期8;德国铁路试开行6000t重载列车J;铁道标准设计;2004年04期9杨和森;开行万吨重载列车采取的对策J;铁道建筑;2004年06期10师永春;对同煤集团开通万吨重载列车引发的工务安全的思考J;同煤科技;2004年04期