一种紧急制动停车装置的研究

高金仓

关键词：车辆;制动;停车

引言

目前，在铁路各车辆段段内存车线和调车线线路终端，按照标准都有土挡设置，用于非正常情况下溜逸车辆的拦阻。有些单位在土挡之前又加装了一道液压阻尼或弹簧阻尼挡车器，通过这套装置能够对溜逸车辆进行拦截，但是在车辆连挂太多和溜逸速度过高的情况下，车辆在惯性力的作用下依然冲过挡车器进而冲击土挡，导致调车事故频发，给各单位和职工带来巨大的经济损失。

截止目前全国铁路单位还没有更加安全可靠的紧急停车装置以杜绝此类事故的发生。因此，本课题的提出更具有前瞻性，一旦成功必将带来明显的经济效益和社会效益。

1、研究内容

（1）项目实施前，对当前各车辆段、车站、编组场等各单位在用的土挡机构、液压阻尼和弹簧阻尼挡车器进行现场调研，总结优缺点，重点是结合编组站驼峰制动减速机构进行重点调研，了解此类事故的往期案例，听取现场使用单位的意见和建议。

（2）查阅其他相关技术资料和案例，紧密结合车辆段调车作业规范和程序，通过严谨的理论计算，得出空车连挂3辆5km/h和连挂1辆15km/h运行速度下的冲击动能，为本套停车装置提供必需的科学依据，各型货车车辆自重均按照22T计算。空车连挂3辆5km/h速度下的冲击动能：E=1/2mv2=1/2*66*（5000/3600）2=63.66KJ，空车连挂1辆15km/h速度下的冲击动能：E=1/2mv2=1/2*22*（15000/3600）2=191KJ。由上面的计算结果可知，车辆进入第一级制动装置时最大冲击动能可以达到191KJ。如果按照溜逸车辆在通过本装置8米有效制动行程的强行制动后停车，则每米要消耗或吸收冲击动能24KJ。本方案就是基于此理论支持而形成的切实可行的紧急制动装置。

二、研究方法

（1）本装置主要由以下三个部分组成。分别为两级制动装置和一套报警装置。第一级为制动轨制动。从理论上可实现空车连挂3辆5km/h运行速度下的制动。当溜逸速度过高突破第一级强行制动后，第二级液压阻尼缓冲挡车器在溜逸车辆的轮对和车钩部位同步继续拦截制动，直至在土挡之前将溜逸车辆制动停车。非正常作业造成溜逸车辆进入第一级制动装置时，自动触发声光报警装置，提醒作业人员第一时间检查处置。

预设制动轨相对于轮对内侧面在4米范围内的平均正压力为Fn=500kg=5000N，取施加压力后钢铁-钢铁之间动摩擦因数μ=1.0，则滑动摩擦力为F=Fn*μ=5000*1.0=5000N，单个车轮通过4米制动轨需要克服摩擦力做功W=F*S=5000*4=20KJ，一个转向架通过时克服摩擦力需要做功20KJ*4=80KJ。这样一来80KJ的做功能耗完全可以抵消空车3辆5km/h速度下的冲击动能63.66KJ，可强制在此区域内停车。

（3）第二级制动由两部分阻尼缓冲装置组成。本装置位于第一级制动装置之后，分别为作用于轮对部位和车钩部位的阻尼缓冲机构。两套机构全部通过螺栓和夹板与线路基本轨连接，轮对部位利用弹簧阻尼机构，车钩部位采用液压阻尼机构，当溜逸车辆冲击力超过两套阻尼机构的最大承受能力后，基本轨上的夹板克服摩擦阻力带动整套装置向后移动，进一步吸收和消除溜逸车辆的冲击力，直至在土挡之前将溜逸车辆制动停车。

轮对部位的弹簧阻尼机构选用内径65mm、丝径14mm、长度为2000mm的压缩弹簧2根，当溜逸车辆强行通过第一级制动减速后，转向架一位轮对碰撞仿形块，阻尼弹簧压缩。2根压缩弹簧的设计压缩量为600mm，弹簧受力压缩到一定程度后，车钩钩舌部位到液压阻尼器。本阻尼器选用缸径100mm，行程为300mm的SNB液压阻尼器，通过液压油和阀门控制内部液压缸活塞的移动，最大承受载荷为120KN，通过叠加的两套阻尼缓冲装置，最少可以吸收和消耗溜逸车辆所带来的的冲击载荷90KN*（0.6+0.3）=81KJ。

最后一级在基本轨两侧内部的夹板总长度为1.2米，通过均布的6条M30螺栓使夹板和基本轨紧紧贴合，当溜逸车辆冲击能量没有完全消耗掉时，这部分可沿着基本轨滑行。夹板的平均正压力依旧设定为Fn=500kg=5000N，取动摩擦因数μ=1.0，则滑动摩擦力为F=Fn*μ=5000*1.0=5000N，设最大滑行距离为3米，本部分在克服冲击能量时可做功5000N*3*2=30KJ。

综上所述，当溜逸车辆以空车1辆15km/h或空车3辆5km/h速度下进入本紧急制动停车装置时，所产生的最大冲击动能为191KJ。本套装置通过三级制动和缓冲所能产生的最大制动能耗为80KJ+81KJ+31KJ=191KJ，正好可以拦停非正常情况下的溜逸车辆，在土挡前1米停车，不至于引起撞击土挡的事故发生。

（4）在第一级制动区域加装一套感应式声光报警装置，利用太阳能电池板发电，DC12V供电，溜逸车辆一旦进入本区域，自动触发报警装置，可在第一时间提醒作业人员检查处置。

1、实现连挂3辆5km/h运行速度下第一级强行制动停车。当溜逸车辆以低于5km/h的速度进入时，可以完全通过第一级制动轨机构实现停车，然后调整松开制动轨和基本轨之间的间隙，将溜逸车辆重新连挂。

2、实现连挂1辆15km/h运行速度下第二级强行制动停车。当溜逸车辆以15km/h的速度强行通过第一级制动装置后，第二、三级的两套阻尼缓冲装置分别对车辆轮对部位和车钩部位再次进行缓冲并制动，迫使车辆停车。

3、实现车辆溜逸后的自动报警功能。当作业过程中有车辆进入本装置第一级时，轮对部位触发由太阳能供电的一套声光报警装置，提醒作业人员即使检查并处理。后续预留报警信号反馈至安全调度指挥中心的拓展功能。

4、从根本上解决非正常情况下溜逸车辆撞击土挡而造成的事故，从而避免对各单位造成经济损失。

参考文献：

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[4]罗伯特？诺顿（Robert L.Norton）. 机械设计 ISBN 9787111533245 机械工业出版社，2016（6）.

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