电力机车停放制动系统分析与设计探究

赵福贵

【摘 要】现阶段，我国电力机车数量明显增长，尤其是以电力驱动、列车牵引控制系统等为代表，已经达到国际先进水平。其中停放制动系统作为电力机车的重要组成部分，发挥着重要作用，在本次研究中，以电力机车停放制动系统为研究对象，从停放制动系统原理的基础上，对系统的设计路径进行了研究，希望能对相关人员工作有所帮助。

【关键词】电力机车；停放制动系统；风缸

中图分类号： U264 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）32-0025-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.32.011

【Abstract】At this stage，the number of electric locomotives in China has increased significantly，especially represented by electric drive and train traction control systems，which have reached the international advanced level.Among them， parking brake system plays an important role as an important part of electric locomotive.In this study，the electric locomotive parking brake system is taken as the research object，and the design path of the system is based on the principle of parking brake system. Research has been carried out，hoping to help the work of the relevant personnel.

【Key words】Electric locomotive；Parking brake system；Air cylinder

0 前言

停放制动系统是电力机车的重要组成部分，但是越来越多的实践证明，很多电力机车因为需要长时间在坡道上停放，增加了机车意外溜放的概率，存在安全隐患，因此在未来工作中，相关人员必须要进一步了解电力机车停放制动系统的使用要求，并从技术的手段入手，了解系统实现的方法与路径，最终为增强电力机车运行能力奠定基础。

1 电力机车停放系统的总体构成与性能研究

1.1 系统构成

电力机车停放系统是机车的核心系统，并且机车的制动控制是由机车制动系统完成的，因此制动系统的性能将会直接影响机车运行。本文所介绍的电力机车停放制动系统，其系统构成主要包括以下：

（1）停放制动系统控制装置。该装置主要由电控按钮、电控线路与制动控制单位等几方面构成。停放制动的控制装置是电气装置，其中按压由司机驾驶室的“停放施加”紅色按钮来实现，在机车运行过程中，当驾驶员发出停放制动的指令之后，该指令将会通过线缆直接控制制动柜上停放制动模块实现对列车运行过程的控制，并通过接线盒线路直接传送到双稳态电磁阀上，通过电磁、失电等来控制电磁阀动作，实现对气路走向的控制，并且在这个过程中，电信号可以直接向气信号的转换，这样司机就可以完成停放制动。

（2）停放制动系统执行机构。在电力机车中，其停放制动系统的主要执行机构为带有停放制动缸的制动器，在这个过程中，气路的另一端连接着控制器，停放缸中设有储能弹簧，当司机发出停放制动动作之后，制动的原动力就是由这些弹簧提供的。在机车停放时，制动器蓄能部分应处在制动状态上，当制动器的储能缸内的压缩空气被排出之后，蓄能活塞在橄榄簧的弹簧力作用下向下移动，同时通过双头丝杆拉动楔块使之处于制动位置，起到蓄能制动的作用。

1.2 停放制动系统的性能研究

从停放制动系统的运行情况来看，其设计的主要目的，就是要让执行机构产生的停放制动力即使在最大坡度上，也能保证列车的安全停放。此时需要注意的是，停放制动下的机车处于静止状态，因此在这种情况下，停放制动力会让机车在线路的任何坡度上都能保持着理想的停驻状态[1]。所以在停放制动系统设计阶段，应该考虑坡道下滑力以及一些其他的附加力。针对这种情况，本次在停放制动系统的设计过程中，当机车运行到最大坡道位置时，踏面制动器阐瓦与踏面间的法向正压力由停放制动单元提供，此时则有计算关系式为：

在上述关系式中，B代表停放制动力的摩擦力；K代表机车提供的正压力。R代表车轮的滚动半径；？准k代表闸瓦与踏面间的摩擦系数情况，N代表摩擦力。

在这种情况下，电力机车的轮轨间的切向力就是一种静摩擦力，轮轨间的法向力与静摩擦系数的面积，其最大值与接触点法向力之间存在着密切关系。但是就实际情况而言，机车在停放过程中，踏面与车轮之间的制动力必然会小于这个最大的静摩擦力，在这种情况下，假设停驻测量所要求的踏面间摩擦力大于轮轨间所能提供的经摩擦力，就会使车轮与钢轨之间出现滑动，导致电力机车移动。

2 系统实现

2.1 停放制动系统的气路方案

在电力机车停放制动系统中，其气路系统的实现需要充分考虑信号输入输出、压力源供给等多种因素限制，并且在完成气路系统功能要求，还需要从电力机车停放制动的实际运行需求来确定其气路方案[2]。

从目前相关技术的发展情况来看，我国引进的HXD2型和谐电力机车的停放制动系统风源都是直接由副风缸提供的，在这种情况下，停放制动系统的气路方案中应该根据系统的控制指令直接将相关信息传递给气路系统，所以在气路方案中，需要将停放制动的信息反馈装置纳入到系统中，确保驾驶员的各种指令都会得到制动设备的反馈。气路方案的实现主要包括压力传感器、压力测试口等，其中压力测试的主要作用，就是方便司机或者相关技术人员对气路方案进行诊断与排查，并且对这些测试口都可以在出厂实验中进行测量[3]。而压力开关等装置就是要监测系统中的压力状态，通过将这些气压信号直接转变为电信号，电信号在传送到BCU等控制中枢中之后，机车控制系统将会直接将停放制动系统状态以及其他系统的运行情况进行比较，并根据控制系统执行操作。

气路方案的实现依靠停放制动单元来实现，气路的终端作为一种制动管理单位，具体的停放制动系统原理图如图1所示。

通过调节阀的作用，停车制动系统可以通过设施节流孔的方法，避免较大的流量涌向下游，停放的风缸气压变动较大，不会影响节流孔，并且停放制动系统气路能够通过制动系统气路的稳定性来避免出现气压波动情况。

2.2 停放制动系统执行机构的实现

本文所介绍的停放制动缸将停放储能弹簧作用力通过推杆、常用制动缸、间隙调整器等直接传递到车轮上产生摩擦力，这样就能施加停放制动，并且停放制动缸的工作原理就是为充风缓解排风，并保证其执行机构具有手动缓解的能力。

在执行机构的实现阶段，为了确保停放制动缸具有手动缓解的功能，决定采用储能弹簧、推杆、螺纹副等机构之间的配合来实现这种功能。为了能够实现这一系统，需要安装在中间座一侧的手动缓解装置，用螺栓固定安装在中间座上方，依靠棘轮销通过中间座由棘轮销导向深入内部，并通过装配在中间座上的棘轮相互作用，构建手动缓解的核心部位。在确定制定机构的核心部位之后，需要通过缓解拉杆的方法连接棘轮销与弹性挡圈，在这个连接机制中，通过缓解阀与拉杆中的复位弹簧，当司机发出制动指令之后，复位弹簧可以在手动缓解之后，直接让棘轮销自动复位并锁住，这种方法就能有效避免不合理操作对缓解装置造成的破坏。

2.3 停放制动缸工作状态

在停放制动缸缓解工作中，其初始状态下的停放缸内充满着压缩气体，通过气体的运动来促使储能弹簧运动，此時的停放制动处于缓解状态下。在这种情况下，压缩气体就可以通过防叠加结构来控制制动系统，对于停放制动缸而言，当发出停放制动指令时，通过双稳态电磁阀将会持续的将下游气体排向大气，此时的停放缸内没有压缩气体，而储能弹簧组将会持续的向下伸长，并且在停放推杆与常用制动活塞接触之后，通过旋转套筒、轴承等装置，直接将储备弹簧所具有的力传送到制动活塞上，并依靠常用制动缸实现制动。而当制定车辆停放制动缓解的时候，停放制动缸中将会重新充满压缩气体，活塞将会在压缩气体的作用下直接带动停放推杆的运动，直到其运行状态能够回归到原始状态下。

为了能够进一步增强功能，停放制动缸所设置的棘轮装置上，可以通过停放制动手动缓解与复位功能来实现停放制动运动。尤其是在一些特定的状况下，停放控制系统的故障都可以通过隔离停放制动的方式完成手动缓解，方便司机及时有效的完成停放制动工作。在停放制动缸工作状态下，手动拉动拉环的主要功能就是要保证推杆可以正确复位，并且拉环劳动时间的一般时间可以在三秒钟内完成，可以通过反复拉动的方法来增强手动缓解的效果。

而在停放制动缸内重新充满气体之后，棘轮处于紧缩的状态，压缩气体将会推动下方的活塞压向上方储能弹簧运动，这样就可以让活塞带动套筒一起运动。此时优于推杆丝杠副与套筒之间存在着相互作用的关系，这样在运动过程中，将会促使套筒带动棘轮套筒翻转，在这种状态下，下层活塞将会向上运动，并让套筒随着活塞呈现出反转旋转上升的状态，确保推杆静止。

3 结论

本文所介绍的电力机车停放制动系统具有可行性，能够满足电力机车的运行情况，因此对相关人员而言，在电力机车停放制度系统设计分析过程中，应该严格按照系统的功能来实现系统，确保停放制动系统可以满足电力机车的运行要求。

【参考文献】

[1]周劲.基于EP闽对制动系统预控压力精确控制研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2016.

[2]魏伟，张善荣，刘庆忠.长大列车制动系统减压特性的计算机研究[J].大连铁道学院学报.2018，13（4）：43-49.

[3]韩晓辉，田继森，陈宏宽.带有停放制动的制动单元力的作用原理及运用分析[J].铁道机车车辆.2018，10（5）：23-28.