铁道车辆制动机自然制动故障及解决思路研究

刘建业

内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗薛家湾国家能源集团准能大准铁路公司 内蒙古鄂尔多斯 010300

1 铁道机车车辆制动的组成及基本原理

铁路机车车辆制动器及其在国内外的发展，列车的速度越高，对车辆设备的小型化、轻量化以及制动系统的性能和可靠性要求就越高。使用制动器代替传统的空气制动器可以实现小型化和轻量化，同时保证与空气制动器相同的可靠性。同时，由于该系统具有响应速度快的特点，可以消除刹车，具有比空气制动系统更好的防滑性能。为了适应高速机车车辆和城市轨道交通车辆整体技术的发展，世界上许多国家都对制动方法进行了研究，这已成为铁路机车车辆制动技术发展的趋势之一[1]。

目前，随着计算机技术、机电与自动控制技术、现代制造技术和新材料、新工艺等一系列高新技术的蓬勃发展，技术有了很大的发展。密封材料性能的提高、零部件的小型化、可靠性和适用性的提高等为机车制动系统技术的应用创造了条件。制动系统一般由油泵、蓄能器、电磁控制阀和基本制动装置组成。可以看出，整个制动系统按功能分为微机制动控制器（MBCU）、电液制动装置和基本制动装置。微机制动控制器（MBCU）的工作原理与空气制动基本相同。它接收通用制动指令、紧急制动指令、电制动反馈、ATC信号等输入，通过计算机处理输出通用制动指令、紧急制动指令来控制相应电磁阀，完成制动力的控制。此外，还需要控制驱动和控制系统，如油泵的启动和停止控制，以及整个系统的状态检测，如系统的各种传感器反馈信息。电液制动装置由电动机、油泵、蓄能器、常用制动压力控制器、紧急制动压力控制器和油箱组成。各部分的工作原理如下。

1.1 电机、油泵及蓄能器

电动机和油泵将电能转化为电能，为整个制动系统提供制动能量。由于机车车辆的制动系统是间歇性工作的，因此采用了蓄电池装置，有效地降低了电动机的功率，降低了系统的能耗。同时，为了保证制动系统的安全，系统中设置了两个蓄电池，使电源具有双路系统[2]。其中一个用于正常制动，另一个用于紧急制动。两个蓄电池可同时提供紧急制动油。即使在油泵停机等异常情况下，蓄电池仍有能力提供3个紧急停机所需的能量。当系统压力达到下限值或产生制动效果时，启动电机和油泵；当系统压力达到上限值时，关闭电机和油泵。该泵采用间歇可靠的活塞油泵。为了降低质量，防止漏油，一般采用无管道阀座安装方式。

1.2 常用制动压力控制

压力控制采用闭环控制方式，即灰尘颗粒不能混入工作油中，完成对机车常用制动压力的控制。一种方法是使用一个能够高速运行的平衡提升阀（高速电磁阀），通过传感器反馈在轴单元中进行数字压力控制。另一种方法是采用电液比例压力阀控制制动缸压力，实现对制动缸压力的无级控制，方便与ATO等系统配合使用。由于油的可压缩性很小，压力控制响应快，所以该控制方法具有消除油的滑行状态的压力控制功能。

1.3 紧急制动压力控制

当制动控制器断电或控制油压不足时，应急控制使蓄能器内的压力油流入基础制动装置，并对每个转向架进行应急制动压力控制，产生应急制动作用。另外，当制动不松、压力不足时，传感器的检测会使其对整个机车产生紧急制动效果。

1.4 油箱

油液回到油箱，实现油液的回收。同时完成系统散热。基础制动装置包括夹钳和制动盘。由于采用了油缸，整个制动夹钳体积小，可以安装在安装空间极小的走行装置或转向架上。

2 铁道车辆制动机自然制动故障原因分析

铁路部门发布的规定明确指出，制动机构一般用于制动位置。列车运行时，监理压力达到600kPa时，必须在不紧急制动的情况下，1分钟内将压力降至170kPa。主压力的降压幅度不应超过20kPa，以保证制动缸活塞行程满足要求。然而，客运列车和货运列车在实际运行中经常受到车辆制动器自然制动失效的影响。在铁路车辆的实际运行中，造成制动器自然制动失效的原因有很多，如：基础制动装置、管路泄漏、103阀、120阀、GK阀失效等。大多数的自然制动故障是由。由此可见，找到车辆制动器自然制动失效的根本原因，分析这些原因，并提出相应的对策是保证轨道车辆正常稳定运行的关键[3]。

2.1 在制动保压状态下由于列车主管压力漏泄过限，造成自然制动故障

（1）103型分配阀造成列车主管压力过限。首先，铁路车辆的正常运行期间，假设有杂质在短管阀，但工作气缸不停止工作，但继续增压室的体积，和辅助气缸继续充气制动缸，和火车管二级气缸仍在膨胀，这将最终导致火车总管的压力泄漏超过限制，这将导致汽车制动的自然失效。其次，当制动缸已经泄漏时，活塞上部的气压是平衡的。它会减小，使平衡活塞两侧的压力不平衡向上移动，导致平衡阀打开，最终导致辅助气瓶充气制动缸，导致有轨车辆制动的自然制动失效。

（2）120型控制阀引起的列车主管压力漏泄量过限。①由于换向阀上设有呼吸孔，在保持压力的情况下，如果辅助气缸的排水管堵塞泄漏，列车管将不断向辅助气缸供气，导致列车管的压力下降。，导致车辆刹车自然失灵。②加速度安全阀的止回功能失败或反向安装，和加速度安全阀的泄漏油缸将导致列车管压力空气不断送风加速度安全阀气缸通过止回阀，导致列车管的压力下降。让刹车自然刹车。③如果截止阀不正常地，从辅助气缸通过制动缸不能切断，同时，刹车油缸泄漏的封面，所以辅助缸不断膨胀的制动缸，和火车管不断指导辅助气缸构成风，导致列车管的压力下降，这自然会使刹车制动。④直径为38mm的夹芯阀与加速度安全阀的阀座连接不紧或未安装时，会导致列车管压力下降，使制动器自然制动。⑤加速缓解阀套或者顶杆的0形密封圈不够合格，或加速度安全阀顶出杆扭转，导致列车管的压力通过安全阀活塞加速度，加速度，然后从主阀门排气口。放电，使铁路车辆管的压力下降，使其刹车产生自然制动。⑥应急两级阀套上的密封圈或应急两级阀杆的密封圈不够紧，如果在22毫米直径的密封圈上安装25毫米直径的密封圈，制动管的压力将受到压缩。它通过泄漏进入制动缸，导致列车管的压力下降，从而导致制动器自然制动。⑦当减压阀套或减压阀杆不够紧时，列车管路的压力空气将充气制动缸，使制动产生自然制动。此外，部分减压阀盖上的小孔在制动持压时没有停止排气，会损坏部分减压阀模板。由于部分减压阀与制动缸相通，此处的泄漏将导致制动缸无法保持压力。

2.2 操作不当引起的自然制动故障

由于铁路运输的特殊性，在铁路车辆的运行中，往往存在长距离和车辆运行时间较长的问题。当火车即将进站时，通常需要减速。此时，铁路车辆驾驶员一般采用系统控制。列车速度控制的动态减压方法。信号恢复正常后，为了确保火车尽快恢复正常，自动刹车阀的手柄会闪到一边，使快速通货膨胀时间太长，最终导致火车的制动管的压力过高，自然会和一些车辆刹车。根据调查和分析，铁路车辆在加速或减速后通常会发生自然制动故障[4]。

3 铁道车辆制动机自然制动故障的解决思路探究

3.1 铁道车辆制动机在进行试验时严格监控试风质量

在铁路车辆制动器试验中，必须严格控制试验风的质量，在以下三种情况下应避免试验风：①风压不稳定时；②风压过高或过低，无法达到额定风压小时；③当泄漏太大时。另外，相关人员在进行风试操作时，必须严格遵守操作规范。一旦发现故障，及时记录并采取有效措施加以解决，并注意检查列车其他相关装置是否合理。

3.2 检车人员需要对铁道车辆进行定期的检查

铁路部门制动部门的维修人员需要定期对列车进行全面检查，特别是对容易发生故障的部件，对经常出现上述故障的阀体和密封圈的磨损情况进行检查。如全面检查103阀、120阀、GK阀体等相关部位。当维修人员在维修过程中发现上述阀体或其他部件有故障时，应立即采取相应措施解决，更换或修理损坏的部件。例如，检修120阀时，维修人员应特别注意各孔道的疏浚工作，以保证各孔道的正常工作；定期检查滑阀和阀座的密封，确保二者之间紧密连接。经故障修复的阀门需要经过微机控制的试验台测试合格后进行验证，以便在加载前使用各项指标。驾驶员应仔细把握自动制动阀手柄的释放时间，严格按照操作规范要求，确保调速后避免自然制动，有效避免因制动管供过于求而导致车辆自然制动失效。

4 铁道车辆制动机制动装置未来发展状况

下面介绍2种铁路应用的制动装置及其研究情况。

4.1 电磁制动

电磁制动广泛应用于装卸和自动搬运设备中。是一种简单的通用机械制动装置。制动盘由弹簧压紧在制动盘上；内置的电磁铁用于激励弹簧，使制动盘离开制动盘。这是一种通过切断电源来确保制动安全的结构。

这种制动方式的动力源和作用部分集中在一个单元内。而制动装置，利用压缩空气作为制动器（如制动釭），它没有失败，如管道损伤和更高的安全。从结构上看，由于采用电磁力来抵消弹簧的压力，如制动轮和大扭矩的车轴，使得电磁铁执行机构难以应用。如果将其安装在牵引电机轴上，虽然转速高，但扭矩小，可以作为车辆制动装置。该制动方法还有另一个应用：将弹簧动作/液压释放方法的液压部分替换为电磁执行器，可作为当前道路电动汽车的紧急制动[5]。

4.2 永磁盘式制动器（旋转涡流制动装置）

该制动装置的工作原理与新干线电动车单元挂车使用的涡流制动装置（ECB）相同（不同之处在于ECB的电磁线圈被永磁体代替）。目前，该制动装置已广泛应用于大型汽车减速机中。新干线ECB使用电磁铁产生磁力线，而汽车上使用的减速器则使用永磁体。除了不接触（无摩擦、磨损）的优点外，它还具有不需要能量的优点。

为了使这种制动方法适用于铁路车辆，日本住友金属工业研究所有限公司试制了一种试验装置，并进行了试验台试验。当使用永磁体时，为了最大限度地利用有限的磁通量，有必要将铁侧与盘体侧之间的间隙控制在几毫米以内。试验装置采用轴承将主体安装在轮轴上，与齿轮装置形成相同的悬挂支撑。该装置的质量为非簧载质量，因此需要解决减重问题。此外，由于制动力矩与速度有关，因此低速区域的制动力矩可能不足。

5 结语

综上所述，得出铁路车辆在运行过程中发生的自然制动故障主要是由103、120、GK阀失效引起的结论。因此，铁路部门相关人员在对上述阀体进行检查时，应重点检查车辆的刹车，以有效避免自然制动故障。此外，列车司机还必须努力提高自身素质，熟悉操作规范，严格按照操作要求操作。为人民生活提供更多便利。