脱轨自动制动装置试验中的改进

姚元文 冯灿阳 刘亿陵 刘建华

（中车株洲车辆有限公司,湖南 株洲 412003）

列车脱轨是铁道车辆运行中的重大行车事故。车辆脱轨后由于列车工作人员没能及时发现，车辆仍在机车牵引下继续行驶，引发更多车辆相继脱轨或倾覆，从而使脱轨事故扩大，造成车辆、货物、轨枕、路基及道旁设备严重损坏，而产生严重的经济损失。为了有效地降低车辆脱轨后造成的损失，本公司在充分消化吸收国内外先进脱轨检测技术的基础上，研制开发了适合我国铁路实际情况的铁道货车脱轨自动制动装置。该装置采用机械作用方式，在车辆脱轨时能及时使主风管连通大气，致使列车产生紧急制动，从而避免脱轨事故的扩大。

一、结构简介

铁道货车脱轨自动制动装置(以下简称脱轨制动装置)是在车辆原有的空气制动系统主风管上增加两个支路。增加的脱轨带动装置文管路不影响原车的制动性能和单车制动试验的操作方法。脱轨制动装置由铁道货车脱轨自动制动阀(以下简称脱轨制动阀)、球阀和管路等组成。脱轨制动阀是脱轨制动装置的核心部件，每根车轴处安装一套，车辆脱轨时，制动阀杆被打断，制动主管与大气连通，致使列车发生紧急制动。在主风管与脱轨制动阀的连接管路中安装了一个球阀，用于在车辆脱轨或脱轨制动阀发生故障时截断脱轨制动装置支路。脱轨制动阀由拉环、项梁、调节杆、作用杆、锁紧螺母、弹片、制动阀杆和阀体等组成。拉环与顶梁通过圆销连接，顶梁和调节杆采用焊接，调节杆和作用杆采用销接，制动阀杆端头穿入作用秆孔中，作用杆由上、下对称放置的两个弹片丈承在阀体上并通过锁紧螺母预紧。

二、作用原理

脱轨制动装置利用脱轨时车体与轮对的相对位移，空车脱轨时，通过拉环拉断制动阀杆;重车脱轨时，通过顶梁顶断制动阀杆，沟通主风管与大气的通路，使列车发生紧急制动作用。

三、试验情况

为了检验脱轨制动装置是否能可靠地起作用，在试验场地进行了装转K4 转向架的C64H 型敞车的模拟脱轨试验。

（一）试验工装

制作并在试验厂房内铺设紧固好试验工装。

（二）试验过程

1.先将两转向架分别吊放在前后两试验轨道上，然后车体落放在转向架上，注意防止轮对在试验轨道上滚动。2.调节一位拉环与车轴下边缘的距离△Y1，调节二位吊铁下边缘与车轴上边缘的距离△Y2。3.以人力缓慢推动试验车辆，使其掉道。观察车辆是否发生紧急制动作用。4.通过吊车将脱轨车辆起复，并将转向架吊放到试验轨道上。5.若脱轨车辆吊铁或拉环未发生作用，则缩短相应距离2mm，并记录。重复3.2.3～3.2.4的过程，直至脱轨自动制动装置吊环与吊铁均能发生作用。

（三）试验结果

当以人力缓慢推动试验车辆使其掉道后发现自动制动装置并没有发生作用，制动阀杆也没有被拉断，只是稍有变形。说明脱轨制动装置并没有达到预想目的。

（四）原因分析

1.从设计分析，拉环与车轴下边缘的距离△Y1 为64mm，是较为合理的，不存在行程过大;2.经过试验，制动阀杆的破断力为(700kg-900kg)，取值符合设计的要求，破断力并没超标;3.通过现场检查，发现拉环已严重变形，较原形相比拉长了32mm。因此我们判断，自动制动装置没有发生作用的主要原因是拉环的强度、刚度不够。当轮对脱轨后将拉环拉长了，使拉环与车轴下边缘的实际距离变长，在发生变形的同时实际上对制动阀杆起了一次缓冲作用，制动阀杆自然不可能破断。

四、改进方案

针对拉环的强度、刚度不够，对拉环的材料进行分析。根据材料力学原理，材料的抗弯强度与其抗弯截面模量有关系，抗弯截面模量越大，材料的抗弯性能越好，刚度越大。原拉环为6x 25 扁钢，材质为Q235A，抗弯截面模量W150mm3，其刚度明显偏小，有必要进行改进。因此将拉环的截面加大，就能有效提高拉环的刚度。但脱轨自动制动装置中拉环位置及布置是有限制的，不可能过多加大其截面及高度等外形尺寸。经与设计人员讨论，建议采用φ22×3 的钢管，材质为20 钢来制作拉环。

φ22×3的钢管抗弯截面模量:

W=3.14xll3/32(l-83/ll3)=2591.2mm3…… (1)

6x25 扁钢的抗弯截面模量:

W=25×6×6/6=150mm3…… (2)

对比式 (1)、(2)，可以看出小φ22x3的钢管的抗弯强度比6 x 25 扁钢的抗弯强度大17 倍，而其外形、质量并没有增加，强度却大幅提高了。

五、改进后的试验

将拉环改进后，试验基地按3.2.1～3.2.5 试验步骤重新进行了车辆模拟脱轨试验。第一次试验就在瞬间把阀杆拉断，制动主管与大气连通，致使列车发生紧急制动。在以后的多次重复试验中，均证明了该改进方案确实有效可行，使脱轨自动制动装置产生作用，达到了预期效果。

在转K4 转向架模拟脱轨试验后，又对转K2、转K5 转向架进行了模拟脱轨试验，脱轨自动带动装置都起到了作用，而且拉环都没有变形，充分说明了改善后拉环强度是足够的，达到了完善后的设计要求。(见表1)

表1:不同转向架使用脱轨自动制动装置情况

结论：1.实验验证了脱轨自动制动装置作用机理的正确性;2.各部件结构可行，强度足够;3.车辆脱轨均能采集到脱轨信号，具有较高的可靠性。通过脱轨自动制动装置的模拟试验，发现了设计中的缺陷，提出了解决方法，并经试验检验了其可行性对该装置的推广使用提供了验证依据。