某型机车后备制动运用可靠性研究

王文涛　蔡华

摘要：介绍了某型机车制动系统后备制动模式的功能及结构，通过调研其实际运用情况，对当前存在的问题进行分析。从控制管路、控制电路及后备制动阀等方面提出优化方案及改进思路，为机车制动系统后备制动的运用可靠性研究提供参考。

关键词：机车制动系统;后备制动;补风;运用可靠性

0 引言

随着我国轨道交通装备制造水平的提升，我们对机车制动系统的安全性、稳定性及运用可靠性提出了更高的要求。本文以代表着国产制动产业标杆的某型机车制动系统为例，其后备制动作为电空制动故障后的一种应急补救措施，有必要进行适当、合理的改进，以进一步提升其运用可靠性。

1 制动系统后备制动介绍

1.1    后备制动功能

后备制动是纯空气制动，后备制动模式（空气位）作为机车电空制动的备用冗余模式，是电空制动发生故障时的一种应急补救措施，能有效避免机车在区间途停，影响铁路干线正常运行。在空气位操纵时，不具备电空位齐全的功能。后备制动具有制动位、中立位和缓解位3个操作位置，能保证全列车制动、保压和缓解的基本功能。

1.2    后备制动结构

后备制动模式相对电空制动模式，其特有的组成结构包括：后备制动阀、单缓按钮、后备制动模块及其对应的风管。其中，后备制动模块由减压阀、压力测试接头、电联锁塞门组成。

2 制动系统后备制动实际运用情况

2.1    后备制动模式的使用注意事项

列车管具有补风作用，后备制动阀减压后放中立位保压时，应注意监视列车速度变化，防止长时间保压时车辆制动机自然缓解。后备制动模式不能长期使用，仅可作为制动机电空位出现故障时维持列车运行的补救措施。

后备制动阀可对全列车进行制动、保压和缓解操作，单缓机车通过按压单缓按钮实现;应将自动制动控制器和单独制动控制器手把放于运转位;需紧急制动时，可按压紧急按钮或者拉车长阀，并同时将后备制动阀手把移放制动位。

2.2    后备制动模式的实际运用情况

对于该型机车制动系统，在操作后备制动时，列车管具有补风自然缓解的风险。因此，在机车正常牵引作业过程中，即使电空制动模式出现故障，也几乎不会转至空气位进行备用，造成机车占道、列车晚点的情况时有发生，严重时造成各类机破、请求救援等情况。通过对众多运用单位进行调研，得出的结论是：后备制动在机车长时间运行中的可靠性没有得到保障，导致其未能在全铁路范围内得到普及。

3 制动系统后备制动运用可靠性研究

3.1    运用可靠性研究的目的

在保证该型制动系统总体结构不变、操作方法不变的前提下，解决列车管补风问题，消除空气位操纵机车制动保压时，机车车辆自然缓解的风险，保证后备制动长期使用的可靠性，实现后备制动的普及化。

3.2    运用可靠性提升方法

该型制动系统后备制动模式投入时，制动控制单元断电，制动控制器除紧急位外，其他位置失效，转入纯空气制动模式。通过后备减压阀调整合适定压后，由后备制动阀直接控制均衡风缸的压力，从而间接控制列车管的充风和排风，以实现整列列车的制动、保压及缓解功能。

为了消除列车管补风问题，当后备制动阀置于中立位和制动位时，必须设置可以遮断总风的机构;而置于缓解位时，该遮断机构能自动打开以确保总风向列车管的充风通道畅通。

3.3    控制管路优化

针对制动系统控制管路，其总体布局和结构不变。控制管路优化（局部图）如图1所示，在列车管控制模块上增加一个切换阀（位置代码暂且命名为199），切换阀199与总风遮断阀181并联。入口端接总风，出口端接中继阀充风口，在出口端设置一个普通塞门（位置代码暂且命名为166）。该切换阀开启与关闭的控制管路与后备制动阀相连，切换阀控制管路无风压时，入口与出口为断开状态，其动作直接由后备制动阀控制。

3.4    控制电路优化

针对制动系统控制电路，不增加任何复杂电气元件。控制电路优化（局部图）如图2所示，当后备转换电联锁塞门打开时，使其高电平信号分一路出来，通过硬线连接至253YV中立电磁阀。

3.5    后备制动阀改进

针对后备制动阀，其原理和操作方法保持不变，对其内部结构进行改进。后备制动阀改进示意图如图3所示，后备制动阀在现有结构基础上，通过增加阀芯与阀套长度或者采用双阀芯等结构，从而增加两个通道。增加通道④经管路与切换阀199相连;通道⑤排大气。

后备制动阀操纵手柄在不同位置所对应的气路为：缓解位时，通道①分别与通道②及通道④沟通;中立位时，通道④与通道⑤沟通;制动位时，通道②与通道③沟通，通道④与通道⑤沟通。

3.6    运用可靠性实现过程

通过对上述各关联部件的优化和改进，可实现该型制动系统后备制动的绝对可靠性。其运用可靠性实现过程如下：

当制动机转换为后备制动模式时，后备制动电联锁塞门127打开，其高电平信号送至253YV中立电磁阀。中立电磁阀得电后，总风进入181遮断阀，从而将181遮断阀的补风功能彻底消除。

当后备制动阀操纵手柄置于缓解位时，总风经后备制动阀，分别进入均衡管路为均衡风缸充风，同时经新增加的管路进入切换阀199。此时，切换阀199取代181遮断阀的作用，导通中继阀的充风通道，可以为列车管正常充风。

当后备制动阀操纵手柄置于中立位时，总风管与均衡管的充风通道关闭，均衡风缸压力维持保压状态;切换阀控制管路与大气导通，切换阀199复位，遮断中继阀的补风通道，从而确保列车管也维持保压状态。即使机车车辆在后备制动模式下长时间运用，列车管压力的稳定性也能得到可靠保障。

当后备制动阀操纵手柄置于制动位时，均衡风缸压力经后备制动阀排向大气，切换阀控制管路与大气导通，仍然处于补风遮断状态。随着均衡压力下降，列车管经中继阀排风，从而控制机车车辆闸缸上闸，产生制动作用。按压单缓按钮时，可以单缓机车。

当制动系统处于电空位时，后备制动阀手柄置于中立位，后备制动塞门处于关闭位，各管路和电路均处于断开状态，对电空制动的性能及操作无任何影响。

当后备制动阀或者切换阀199出现卡滞、窜风故障时，为避免对电空位总风遮断性能产生影响，可以通过关闭塞门166进行隔断，从而提高了新增管路的可维护性。

4 結语

通过实施上述方案对该型制动系统进行优化改进后，可以彻底解决该型制动系统后备制动模式的列车管补风问题，能够消除后备制动工况下，机车车辆自然缓解的风险，满足用户对后备制动的使用需求，可大幅减少制动系统机破率，显著提升机车制动系统后备制动的运用可靠性。

[参考文献]

[1] 刘豫湘，陆缙华，潘传熙.DK-1型电空制动机与电力机车空气管路系统[M].北京：中国铁道出版社，2009.

收稿日期：2020-03-06

作者简介：王文涛（1987—），男，云南昆明人，工程师，研究方向：电力机车与城轨车辆。