货物列车制动机试验方法优化研究

2020-05-20刁晓明

铁道机车车辆 2020年2期

刁晓明

(中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京 100081)

近年来随着既有车辆提速改造及新型货车大量投入运用，铁路货车制动部件大量采用新技术、新材料、新工艺，货车自动制动机由GK、103型全部统型为120、120-1型，采用密封式制动缸、法兰密封式制动管系、空重车自动调整装置、闸瓦间隙自动调整器和高摩合成闸瓦，货车制动性能得到了较大幅度的提升。TG/CL113—2010《铁路货车运用维修规程》(以下简称“运规”)仍沿用较早时期的试验方法，存在重复技检，试验方案繁琐，部分试验项点重复，现场列检试风作业时间较长、劳动强度大、作业效率偏低等情况，且列检作业场人工保证距离由500 km延长至1000 km，大多数列车均会途经长大下坡道，始发、中转作业列车原规定的“全部试验”已不适应现场运用要求。为配合运规的修订，在确保安全的前提下，有必要对原规定进行优化研究。优化方案应与原规定中试验方法功能一致、不降低指标要求、不遗漏检查项点、精简重复检查项目，并能提高列检作业效率。

1 TG/CL113—2010《铁路货车运用维修规程》的相关规定及功能分析

TG/CL113—2010《铁路货车运用维修规程》第94条至第97条对货物列车制动机试验的试验场所、种类以及试验方法进行了规定(以下简称“原规定”)。其中始发货物列车进行全部试验，包括①漏泄试验、②感度试验、③安定保压试验等3项试验项目。若列检作业场发出列车运行前方途经长大下坡道区间的，在始发或中转作业时还需施行④持续一定时间保压试验。试验方法如下：

(1)漏泄试验：关闭第1辆车前端折角塞门，列车管系保压1 min，无线风压监测仪显示的列车主管压力下降不大于20 kPa，试验完毕后开启折角塞门。

(2)感度试验：置常用制动位，减压50 kPa(编组60辆以上时减压70 kPa),全列车须发生制动作用，并在1 min内不得发生自然缓解。然后置运转位充风缓解，全列车须在1 min内缓解完毕。

(3)安定保压试验：置常用制动位，减压140 kPa(列车主管压力为600 kPa时减压170 kPa)，不得发生紧急制动，并确认制动缸活塞行程须符合规定；同时保压，1 min内无线风压监测仪显示的制动主管压力下降不大于20 kPa。

(4)持续一定时间的保压试验：置常用制动位，减压100 kPa后保压，在3 min内不得发生自然缓解。

各试验项点的功能作用分析如下：

漏泄试验：关闭机后第一辆车前端折角塞门后，切断了机车对列车制动主管的充风，此时车辆制动管压力通过缓解通路与副风缸和加速缓解风缸连通。当车辆制动管和副风缸系统漏泄，均可通过尾部制动管压力变化检查。

感度试验：检查列车管是否贯通，最小减压量情况下车辆有无制动作用；保压1 min检查制动管、副风缸和制动缸等管系漏泄；充风缓解时车辆是否正常缓解。

安定保压试验：检查是最大减压量情况下车辆有无意外紧急制动；在手动二级空重车装置及无闸调器条件下检查制动缸活塞行程，以保证列车有足够的制动力。

持续一定时间的保压试验：检查制动保压过程中列车是否有自然缓解，列车是否有制动力衰减。

综上所述，列车制动机试验的功能有：确认列车主管是否贯通，进行漏泄量测试，检查各车辆有无制动/缓解作用、列车是否有自然缓解、列车是否有意外紧急制动、列车是否有制动力衰减。

2 优化方案研究

2.1 优化方案

基于前述制动机试验方案优化的原则，从列车制动机试验的功能需求出发，提出了将原规定中漏泄试验和安定保压试验中的漏泄测试合并至感度试验中进行，原持续一定时间的保压试验合并至感度试验中形成感度保压试验，同时将始发全部试验和持续一定时间全部试验合并为持续一定时间全部试验的优化方案。

即将原规定始发货物列车进行全部试验(漏泄试验、感度试验、安定保压试验3项试验)和若列检作业场发出列车运行前方途经长大下坡道区间在始发或中转作业时还需施行持续一定时间保压试验，优化为始发和中转作业列车发车前施行一次持续一定时间的全部试验，即：

(1)感度保压试验：置常用制动位，减压 50 kPa(编组60辆及以上时减压70 kPa),全列车须发生制动作用；同时保压，第1 min内无线风压监测仪显示的列车主管压力下降不大于20 kPa，3 min内不得发生自然缓解，并确认制动缸活塞行程无异常。然后置运转位充风缓解，全列车须在1 min内缓解完毕。

(2)安定试验：置常用制动位，减压140 kPa(列车主管压力为600 kPa时减压170 kPa)，不得发生紧急制动,并确认感度保压试验发现异常的制动缸活塞行程是否符合规定。

2.2 优化方案与原规定的功能分析

从制动机试验功能进行分析：

(1)列车管贯通及列车制动/缓解作用检查

保留了感度试验和安定试验，通过列检人员人工和无线风压监测仪检查列车管的贯通和列车的制动/缓解作用。

(2)漏泄量测试

漏泄试验由原规定中缓解位和安定位漏泄测试调整为在感度保压试验中测试。原检查方法缓解位漏泄测试主要测试制动主管、车辆副风缸和加速缓解风缸的漏泄。优化为在感度保压位测试后，根据120/120-1型制动机的技术特点，除可进行上述漏泄测试外，若制动缸存在漏泄时，列车管可通过制动机局减阀对其充气，从而亦可对制动缸漏泄进行间接测试。

(3)列车自然缓解/制动力衰减检查：若副风缸和制动缸存在较大漏泄，列车管压力高于副风缸压力，列车将发生自然缓解。在感度保压试验中，保压3 min进行检查；

(4)列车意外制动检查：若制动管存在较大漏泄，副风缸压力高于制动管压力，列车将发生意外制动。在感度保压试验中，保压1 min，可通过检查列车管压力变化检查；

(5)列车意外紧急制动检查：在安定试验时检查。

从上述制动机试验功能分析来看，优化后，原规定所有的试验项点都已覆盖。优化前后的功能对比见表1。

表1 优化方案与原规定方法的功能对比表

3 优化前后的试验台验证

为验证优化方案的有效性，是否会造成始发和中转作业列车制动性能的重大漏判和误判，及两种方法在性能指标方面与原方法的一致性，分别在1:1列车制动试验台和4个铁路局运用现场组织对比试验。由于优化方案与原规定的主要变化是漏泄试验与持续一定时间的保压试验，因此试验台对比试验时主要针对这两个试验项点验证两种方案的一致性。

3.1 漏泄试验

在试验台上选择60辆货车编组，分别模拟列车管、副风缸、制动缸漏泄，分别在列车管定压500 kPa和600 kPa下，采用优化方案和原规定方案进行对比漏泄试验，测试第60位列车管压力下降值。

(1)列车管漏泄

采用制造多点漏泄方法，在多个车辆的制动支管上模拟漏泄，使漏泄量分别为小于20 kPa/min，20 kPa/min(临界标准)和大于20 kPa/min，分别采用优化前后的两种方案进行漏泄试验。试验结果如表2。

从试验结果可见，采用两种方案在列车管不同漏泄量工况下进行试验，两种方案的试验结果都反映出了列车管漏泄量的变化，使用优化方案测得的值较使用原方案的值略高，较原方案略严格。

(2)副风缸漏泄

分别在正常状态(未模拟副风缸漏泄)和在第3、15、23、30、33、45、57位货车模拟副风缸轻微漏泄且不发生自缓状态下使用两种方案进行，测试第60位车辆的列车管压力。试验结果如表3。

表2 优化前后漏泄对比试验结果

表3 副风缸漏泄对比试验结果

从试验结果可见，副风缸发生漏泄都会增加列车管的漏泄量，使用优化方案测得的值较使用原方案的值略高，较原方案略严格。

(3)制动缸漏泄

分别在正常状态(未模拟制动缸漏泄)和在第3、30、57位货车模拟制动缸漏泄状态下使用两种方案进行，测试第60位车辆列车管压力。试验结果如表4。

表4 制动缸漏泄时的对比试验结果

从试验结果可见，制动缸发生漏泄也会相应增加列车管的漏泄量，使用优化方案测得的值仍然较使用原方案的值略高，较原规定略严格。

综上所述，从试验台试验数据可以得出以下结论：

(1)制动管系不同部位发生漏泄会引起的列车管压力下降，采用原规定和优化方案均可以在相应的漏泄测试时反映，两种方案的功能基本一致；

(2)原规定的漏泄测试分为缓解位漏泄和安定位试验，安定位试验测得的漏泄值较缓解位时测得的漏泄值大，而采用优化方案时进行感度试验，车辆各部位发生漏泄时测得的漏泄值均较原规定方案稍大；

(3)所有漏泄测试的漏泄量判定标准均不得超过20 kPa/min，优化方案由于在感度位进行试验测得的值略高，因此，优化方案对车辆漏泄的标准要求更高，更偏于安全。

3.2 持续一定时间的保压试验

根据120型空气制动机原理，制动保压位时，副风缸漏泄会使副风缸压力降低，当其压力低于列车管压力一定值时，会导致车辆制动机自缓。

在试验台上采用编组60辆车辆，分别在第3、15、23、30、33、45、57位车辆副风缸模拟漏泄，使用减压100 kPa和感度位保压3 min两种试验方法进行持续一定时间的保压，检查发生漏泄的各车自缓情况，并通过小心调整副风缸的漏泄量，使第3位、第30位和第57位车辆分别在2 min，1 min，3 min左右发生自缓，重点测试该3位车辆发生自缓的时间。

试验时，使用两种方案进行持续一定时间的保压试验时，第3、15、23、30、33、45、57位货车均发生自缓；重点关注的第3位、第30位和第57位货车的自缓时间。试验结果见图1。

图1 原规定和优化方案试验时自缓时间比较

从图1可见，采用两种方案试验时此3辆货车均基本在3 min内依次发生自缓，自缓顺序均为第30位，第3位，第57位。优化方案与原规定都能起到检查车辆自缓的作用，在减压50 kPa状态下进行持续一定时间的保压试验与原减压100 kPa进行持续一定时间的保压试验相比，车辆发生自缓的时间相当或略短，对列车自缓的检查标准略高，更偏于安全。

3.3 优化方案现场试验验证

为进一步验证优化方案的有效性和与原规定的一致性，分别选取东北、西北、西南和中东部地区各一个路局列检作业场分别按原规定方案和优化方案进行列车制动机试验。被试列车编组辆数均在50辆以上，采用机车或列车试验器，制动主管定压分别为500 kPa和600 kPa，共计进行了42列货物列车对比试验。试验结果显示，两种试验方法试验结果差异不大，漏泄测试结果基本一致。

4 优化效果分析

(1)通过对原规定各项试验的功能分析，在保证原有试验功能不变的前提下，将制动机试验项目进行整合，由4项试验优化为两项，减少了作业环节，提高了作业效率。上述4个路局在进行制动机试验现场验证时，还进行了作业时间的对比。该4个路局始发和中转列检作业场按优化方案进行持续一定时间的全部试验，根据42列车作业时间的统计，制动机试验时间平均缩短45.5%，提高了运输效率。

(2)原规定中，完成全部试验和持续一定时间的保压试验，列检作业班组须至少进行3次全列巡查，俗称“跑三闸”，即：在感度试验时，确认全列车是否发生制动作业，1 min内是否有车辆发生自然缓解，充风缓解后全列车是否在1 min内缓解；安定保压试验时，确认制动缸活塞行程是否符合规定；确认是否有车辆发生自然缓解。按优化方案，作业班组只须在感度保压试验中进行一次全列巡查，同时确认车辆是否发生制动作用，3 min 内是否发生自然缓解，确认制动缸活塞行程是否有异常，充风缓解后全列车是否在1 min内缓解；如在感度保压试验时发现个别车辆制动缸活塞行程异常，在安定试验时只需针对问题车辆进行处理，大大降低了列检作业人员的劳动强度。