SS4型机车手制动装置制动缓解状态指示器

张振贵

摘 要：为防止机车长时间停放发生机车溜逸事件，需要对机车进行一个机械制动，确保机车长时间停放时产生一定的制动力，SS4电力机车加装了手制动机系统进行产生制动功能。SS4机车手制动机系统由安装在司机室后墙上的手制动机手轮、小链轮、链条、大链轮、丝杠、横杠杆、拉杆组成；通过手轮旋转带动机构连续运动，使车轮制动，直至旋转到制动极限点。反之即手轮反转直至松开极限点。而SS4型机车手制动装置施加制动力后没有制动、缓解状态显示设备，如果乘务员或整备作业人员稍有马虎，在动车前未确认手制动装置制动未撤销，就会造成机车带闸运行，进而造成车轮过热等严重后果，长时间运用，会产生车轮踏面过热，造成分体轮轮箍弛缓、外穿，机车轮对轮距改变，形成车轮脱轨事故；或整体轮车轮过热，机车制动时制动力下降，形成行车安全隐患。为避免此隐患发生，我们决定为手制动装置研发一套性能可靠、功能齐全、显示直观的制动缓解状态指示器。目的就是把制动手轮转到制动区域和间隙区域时，能将该区域的位置直观的反应到操作轮箱体上的显示器中。但极限位置必须经过操作者通过手轮旋转达到极限点位置（手感觉和视觉检查）。

关键词：机车；制动；隐患；手制动

一方面乘务员在机车运用中能直接监视手制动机是否上闸，二方面机车出入库，地勤检查人员上车也能有效判断机车手制动机是否在制动状态，从而有效避免盲目动车造车机车手制动在制动状态造成机车上闸动车发生轮对弛缓的故障，三是各级检查人员上车，能够很明显判断出机车手制动机是否在上闸状态，有效保证常备机车留逸的发生。

1 设计方案

方案1：运用电气原理，布置传感器探测闸瓦与车轮踏面的间隙及压力，再通过电磁阀控制指示牌红绿转换以显示制动缓解状态。考虑传感器会受到机车其它电气部件的电磁干扰，传递的信号会导致电磁阀的误动作，而且布线、装配件涉及车上及车下，复杂且对机车扰动大，费时费工，配件成本高昂，后期维护不便，故放弃该方案。

方案2：运用机械原理，对手制动装置手轮与指示器显示牌之间的运动规律进行运动分析，确定运动方案，设计机械传动结构，使手轮产生的圆周运动转化为指示牌上下翻动的直线运动，反映出制动缓解状态。该方案只在手制动装置手轮处加装机械机构，无电气元件，结构简单，传动简单且可靠，对机车扰动小，加装省时省力，配件成本低，后期维护方便，经过对比，使手制动机功能可靠、安装简单、操作方便，我们选择了机械原理。

2 基本原理

在制动手轮的主轴上固定一套链传动，手轮带动主动链轮，链条带动从动链轮，从动链轮处安装一台微型减速机，减速圈数20圈以内用1比40减速机，20至30圈用1比60减速机。工作时通过链传动装置将主动手轮的旋转运动转变为输出机构的滑块直线运动，通过显示器窗口反映出制动区域或间隙区域，使操作者及时了解手自动处于的工作位置。但此窗口只反映自动区域和间隙区域，不精确反映制动与松开的极限点位置，其极限点位置必须通过手感和视觉观察才能确定。

3 关键技术

3.1 行星减速器

由于完全施加手制动要转动手轮20转左右，产生圆弧度ω=360°/转×20转=7200°，行程巨大，直接将圆周运动转化为直线运动将产生巨大直线位移，所以必须在转化过程中进行调速，加入减速器，且减速器传动比须够大，如采用普通齿轮减速器结构复杂、体积大，占用司机室空间太大，经大量查阅资料后我们找到了解决方法，采用行星减速器，不仅体积小而且同等体积下传动比大，最终选用1：40的行星减速器，使输出的圆弧度ω1=7200°÷40=180°，即产生1/2周的圆弧度。

3.2 将圆周运动转化为直线运动

研究了曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、蜗轮机构、蜗杆机构、棘轮机构后，我们创新性的将曲柄滑块机构与凸轮机构相结合设计出凸轮滑块机构这样的多运动副复合机构，将圆周运动转化为直线运动。

3.3 确定凸轮副的臂长

由于安装指示牌处所的空间有限，臂长直接决定了指示牌的大小，确定合适的臂长显得尤为关键，经过反复试验，计算行程，最终确定臂长为18mm。

4 安装

4.1 安装步骤

①将选好的链轮安装于手制动装置手轮转轴上，通过链条将链轮与行星减速器相连接；

②将行星减速器输出轴与凸轮副相连接；

③调试凸轮副与指示器显示屏之间位置，固定显示屏；

④转动手制动装置手轮测试指示器显示状态是否准确。

4.2 指示器样式及安装位置

①指示器安装于机车A节司机室后墙手制动装置手轮柜处（如图1），由安装架、链轮装置、减速器和显示面板组成。

②安装指示器前必须确认手制动装置状态良好，如作用不良必须对手制动装置进行整治良好后方可安装。

③指示器显示面板小窗口可随手制动装置手轮转动至缓解、制动位而对应显示为绿色、红色，当显示面板小窗口完全显示为绿色时代表手制动装置完全缓解，当显示面板小窗口完全显示为红色时代表手制动装置完全制动。

④机车B节手制动装置不启用，不安装指示器，缓解后，司机室手制动装置手轮用铅封封死，任何人不得擅自转动。

5 操作过程

5.1 施加手制动操作过程

①顺时针按照标识 “制动”方向转动手制动装置手轮，直到手轮不能再转动为止，查看指示器显示面板全部显示红色。

②下车确认A节2轴转向架上方左右两侧手制动装置竖杠杆与横拉杆孔无间隙。

③缓解小闸，查看A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦抱紧。

注：如第②步骤无法判断手制动装置竖杠杆与横拉杆孔是否有间隙，则执行①、③步骤即可。

5.2 制动转向缓减时操作步骤

①逆时针按照标识 “缓解”方向转动手制动装置手轮，直到手轮不能再转动为止，查看指示器显示面板全部显示绿色；

②下车确认A节2轴转向架上方左右两侧手制动装置竖杠杆与横拉杆孔分离；

③缓解小闸，查看A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦分离。如第②步骤无法判断手制动装置竖杠杆与横拉杆孔是否分离，则执行①、③步骤即可。

5.3 指示器发生异常处理方法

5.3.1 施加手制动后发现指示器显示面板未全部显示为红色

①缓解小闸，查看A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦抱紧，此情况手制动装置制动良好，指示器故障，提票整修指示器；

②緩解小闸，查看A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦分开，此情况手制动装置故障，提票整修手制动装置。

5.3.2 撤销手制动后发现指示器显示面板未全部显示为绿色

①缓解小闸，查看A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦分离，此情况手制动装置缓解良好，指示器故障，提票整修指示器；

②缓解小闸，查看A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦压紧，此情况制动缸故障或手制动装置故障，提票整修制动缸或手制动装置。

5.3.3 其他规定

指示器安装完毕后任何人未经允许不得擅自扰动指示器；乘务员及整备作业人员动车前必须首先确认指示器全部显示绿色（缓解），然后确认A节2轴转向架上方左右两侧手制动装置竖杠杆与横拉杆孔有间隙，缓解小闸后A节2轴左右两侧车轮踏面与闸瓦分离后方可动车，如发现异常及时提票处理。

6 取得效果

SS4型机车手制动装置制动缓解状态指示器装车后，联合驻段验收室共同现场鉴定，经反复试验确认稳定可靠、设计理念先进、显示直观醒目、成本经济、机构简约、美观大方，能够有效的达到防止机车因未撤销手制动而造成车轮过热的隐患。我们决定扩大装车试验，推广使用。目前我段126台SS4机车全部安装这种手制动机显示器。通过一年的运行考验，没有发生一起车轮上闸动车和常备机车留逸事件。