出口泰国SDA4型机车空气制动系统设计

姜　葛， 何明洋， 张　斌

(中车资阳机车有限公司　研发部， 四川资阳 641301)



出口泰国SDA4型机车空气制动系统设计

姜葛， 何明洋， 张斌

(中车资阳机车有限公司研发部， 四川资阳 641301)

介绍了出口泰国SDA4型内燃机车空气制动系统的原理、结构，并对符合UIC标准的26LA型制动机电控化改造进行了介绍。

SDA4型机车； 26LA制动机； 电控化； 改造； UIC标准

SDA4型内燃机车是中车资阳机车有限公司为出口泰国TPIPL公司而设计制造。机车为双司机室单操纵台，轨距1 000 mm，最大运用速度100 km/h，用于干线客货运牵引。根据合同要求，机车制动性能参数需符合UIC 540标准。为此，SDA4型机车选用了26LA型制动机，该制动机在26LA基础上进行了UIC标准适应性改进，是一款纯机械的，Wabtec公司近几年的产品。

机车制动系统设计过程中，吸取了公司在2014年出口巴基斯坦SDD23型机车26LA制动机成功改造经验，在参考Wabtec所提供原理图基础上，引入了微机控制，对SDA4型机车26LA原理进行了重新设计，保留了制动机主要阀类，对部分辅助阀类进行了电控化改造。下面主要介绍机车的空气制动系统及其电控化改造设计。

1　空气制动系统

机车采用26LA型制动机，主要由30R-CDW制动阀、30-CW中继阀、26D控制阀、A-1阀、J1作用阀、MU-2A重联阀、8#紧急放风阀等组成。

26LA制动系统主要功能如下：

(1)自动制动。通过操纵自动制动阀，可以实现机车与车辆的阶段制动和阶段缓解功能。制动管压力定压500 kPa，全制动时制动缸压力为380 kPa；

(2)单独制动。能够实现机车的单独制动与单缓；

(3)紧急制动。通过操纵自动制动阀、紧急制动阀或者断钩时，均可产生紧急制动，并自动切断机车动力。紧急制动时制动缸压力为380 kPa；

(4)自动保压功能。可以自动补偿机车制动缸压力的泄漏；

(5)过充功能。制动管过充压力至550 kPa，用于机车车辆的快速缓解；

(6)断钩保护功能。断钩时自动遮断机车总风管对制动管的补风；

(7)惩罚制动。机车超速时，惩罚制动执行紧急制动，其余惩罚制动执行常用制动；

(8)电空联锁功能。电阻制动撤销后，制动缸压力能自动追加；

(9)停放制动功能。停放制动设计为总风管、制动管双供风，可实现无火回送时停放功能的手动施加和缓解。停放制动与制动管压力设有联锁控制，当制动管压力小于200 kPa时，停放制动允许实施，当制动管压力大于300 kPa时，停放制动允许缓解。

2　制动系统改造设计

在充分掌握26LA制动机工作原理后，SDA4机车制动系统的设计通过引入微机控制，对26LA制动机进行了部分改造。改造遵循的原则为：原有功能保持不变，制动机主要阀类不做变动，对部分制动系统辅助功能进行改造。

制动系统的改造设计主要有如下3个部分：将1个A-1阀从阀类组装中移出，增加为2个对称布置于司机室；用先导型电空阀替换机械旁通阀，对客货转换、过充功能进行电控化改造；对电空联锁进行简化。

2.1A-1阀布局变动

受机车布局和阀类组装空间限制，将A-1阀从阀类组装移至司机室地板下，同时考虑两端司机室布局统一，将A-1数量增加为2个，每端司机室各布置1个。改动对比方案见图1与图2。

图2改造方案中，2个A-1阀结构、功能保持独立。同时根据前期资阳公司26L制动机装车经验，简化了A-1阀撒沙及动力切除控制原理，将用于控制客货转换的A2BCARR压力开关功能改为B1～B2撒沙压力开关；取消A7缩孔止回阀，同时A8撒沙风缸容积由原1.48 m3加大至2.13 m3，延长撒沙时间。

图1Wabtec单A-1阀方案

图2双A-1阀方案

改变微机控制，使B3～B4PCS压力开关同时具备动力切除和客货转换的A2BCARR压力开关功能。

机车警惕作用产生后，由微机控制机车动力切除及P-2-A1制动阀惩罚制动的产生，因此，原方案中P-2-A1制动阀25#管进压力开关A1为多余，取消接管。

双A-1阀已经具备动力切除冗余功能，因此取消原方案中A5双向阀与30R-CDW控制阀12#管的连接。

2.2客货转换及电空联锁改造

用成熟可靠的先导式电空阀替换直通式电空阀+先导柱塞阀，原有通路保持不变。将电空联锁类型由可选择的2种简化为1种。改动对比方案见图3与图4。

2.2.1客货转换改造

为符合UIC 540标准中对客货运不同的时间参数要求，26LA系统在16#作用管设计了3条路径，参见图3。

客运时，A4电空阀得电，先导风源进入A1先导式柱塞阀的A口，使其IN与OUT2通路截断。同时A5电空阀失电，A2柱塞阀IN与OUT2通路开启。

货运时，A4、A5电空阀同时得电，A2柱塞阀IN与OUT1通路开启。

紧急位时，A4、A5电空阀同时失电，A1柱塞阀IN与OUT2通路开启，A2柱塞阀IN与OUT2通路开启。

改造方案中主要采用了型号为H23WT-L9-B-00(DC74V)的先导式电空阀，该电空阀为二位三通外先导型，用一个外接先导压力气源的先导电磁阀控制一个二位三通的主阀，通过控制电源的通断间接控制主阀气路方向。电空阀的主阀工作气源与外先导控制气源各自独立，互不干扰。电空阀失电时AO连通，得电时AP连通。

在图4改造方案中，紧急支路，用B1先导式电空阀替换A1先导式柱塞阀及A4直通式电空阀；客货支路，用B2替换A2+ A5。

图3Wabtec客货转换及电空联锁方案

图4客货转换及电空联锁改造方案

B1、B2电空阀的得电状态进行了调整，在系统失电时，保证客运支路有效。具体如下：客运时，B1、B2均失电，B2的AO支路连通；货运时，B1失电，B2得电，B2的AP支路连通；紧急时，B1得电，B1的AP支路连通，B2失电，B2的AO支路连通。

2.2.2电空联锁改造

图3原方案中，A7塞门为电空联锁类型选择开关。A7断开时，电空联锁为I型，电阻制动撤销后空气制动能自动追加；A7开启时，电空联锁为II型，电阻制动撤销后空气制动不能追加。

图4改造方案中，用B3替换A3+ A6，B3电空阀正常下失电常通，得电时AP连通并通大气，通路截断。由于技术规范要求电空联锁类型为I型，改动方案中取消了A7联锁选择塞门及A8变向阀。

另在图3原方案中，30R-CDW制动阀13#管压力空气通过A9双向阀进入A3先导式柱塞阀，用于单缓时加快作用风缸的排风。改造方案中，在13#管上接入B4单缓压力开关(120～200 kPa)，当检测到机车单缓时，压力开关闭合，微机控制B3得电动作对作用风缸进行排风，加快单缓速度。

2.3过充改造

过充功能是26LA制动系统为适应UIC标准而新增的，可完全独立的一项功能。过充功能控制从原理上分为4个部分，见图5。

(1)过充触发，手动机械阀，按下时开启风源通路，松开截断通路。

(2)过充遮断，当制动机自动制动阀手柄处于缓解位时，允许使用过充功能。当制动阀手柄置缓解位时，机车产生警惕、断钩紧急制动时，或者当自动制动阀手柄置制动位时，按下过充按钮无效，过充被遮断。

(3)均衡过充，过充时将制动管压力从500 kPa过充至550 kPa。

(4)总风过充，过充时开启旁通支路，加大总风管对制动管的充风通径。

对过充的电控化改造主要针对过充触发、过充遮断、总风过充3个部分，均衡过充保持不变。改动对比方案见图5～图6。

图5Wabtec过充方案

2.3.1过充触发改造

图6改造方案中，由B1、B2电控按钮开关，B5先导式电空阀替代A1、A2机械式2-BA-1阀。当按下B1、B2按钮时，B5电空阀得电开启通路，松开按钮则电空阀失电，通路截断。用B4国产减压阀(型号QTY-ZY-L10)替换体积较大的A4N-1减压阀。B4减压阀压力调整至550 kPa。

2.3.2过充遮断改造

图5原方案中，当30R-CDW控制阀置缓解位时，3#管经24-A双向阀进入A5HB-5继动阀10#口，使HB-5继动阀11#与12#连通，过充通路开启。当30R-CDW置制动区3#管无压力时，或者惩罚制动产生，P-2-A1阀25#管有压力输出时，HB-5继动阀11#与9#连通，过充通路被遮断。

图6改造方案中，由B3压力开关(300～400 kPa)，B6先导式电空阀替代A5HB-5继动阀，当3#管有压力输出时，B3压力开关闭合，微机控制B6电空阀处失电状态，AO连通，允许过充。当3#管无压力输出时，B3断开，B6得电截断通路，过充被遮断。当机车产生警惕、断钩紧急制动时，微机直接控制B6得电截断通路。P-2-A1制动阀25#管压力信号可进行封堵。

2.3.3总风过充改造

原方案中，按下过充按钮A1、A2时，A7HB-5继动阀11#与12#连通，12#口排大气。 A6先导式柱塞阀EX1与OUT1连通，开启旁通支路，增大总风管与30-CW中继阀的通径，加快过充速度。

改造方案中，由B7内先导式电空阀，型号H22ZD-25-G(DC74V)，替代A6+A7，B7动作由B1、B2按钮开关直接控制。

另图5 中，A8～A10用于总风过充延时，当松开A1、A2后，A6能继续保持旁通支路开启约120 s。改造方案中将机械延时的A8～A10取消，直接由微机控制B7延时。

3　试验验证

(1)双A-1阀方案试验动作正常。紧急制动时，两个A-1阀同时动作，为制动管遮断、机车动力切除提供了冗余。紧急撒沙时间的改动，经试验测试撒沙时间为30～35 s，大于机车紧急制动理论时间25.4 s，满足机车紧急制动撒沙要求。

(2)客货转换电控化改造后，测试单机制动性能参数，制动机客运位、货运位、紧急位制动时间参数，均满足UIC 540-2006标准。

图6过充改造方案

(3)进一步分析认为，在Wabtec公司提供的图3原理中，紧急支路A1先导式柱塞阀通路由于被后面缩孔φ0.8限制，该支路对紧急制动上闸时间参数应该不会有太大影响。通过现车对比试验，在紧急制动时，开启和封堵该支路，制动缸上闸时间几乎不受影响，时间保持在4～5 s。A1先导式柱塞阀及缩孔φ0.8应该可以取消，这有待后续和Wabtec公司商榷优化。

(4)电空联锁功能正常，撤销电阻制动后，空气制动能迅速追加。机车单缓时，客运、货运单缓时间均在3 s内。

(5)对过充功能的验证，初次过充时间偏长，过充风缸需要较长时间才能充至定压。在单机紧急制动缓解后立即使用过充，制动管从500 kPa过充至550 kPa时间在25～30 s，之后再次使用过充，时间稳定在5～8 s。过充自然消除时间在200～300 s。从测试结果看，过充风缸容积16.4 m3有进一步缩减的可能，以缩短初始过充时间，这有待后续和Wabtec公司商榷优化。

SDA4型机车于2015年初在资阳公司完成试验调试并通过泰国TPIPL公司初步验收，目前已在泰国投入正式的运用考核中。该机车成功的将符合UIC540标准的26LA制动系统集成运用并装车。在充分理解掌握其工作原理后，对部分制动辅助系统进行了电控化改造，经试验验证其改造是可行的，为今后制动系统设计与集成提供了宝贵的经验。

[1]夏寅荪.ND5型内燃机车[M]. 北京：中国铁道出版社，1988.

The Air Brake System of SDA4Locomotive Exported to Thailand

JIANGGe,HEMingyang,ZHANGBin

(Research and Development Department, CRRC Ziyang Co.,Ltd., Ziyang 641301 Sichuan, China)

In this paper the author introduced the air brake system's structure and principle of SDA4locomotive which was exported to Thailand, and the electrical modifying of the 26LA braking system in accordance with UIC Code 540.

SDA4locomotive； 26LA braking system； electric modification； UIC Code

1008-7842 (2016) 02-0032-05

男，工程师(

2015-10-12)

U260.35+4

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.07