内燃机车制动机模拟试验台的研制与应用

姜宪宪

（兖矿物流科技有限公司，山东 邹城 273500）

1 前言

东风4DD 型内燃机车，自2002 年开始投入运用，承担兖州矿区7 矿及国际焦化公司铁路专用线的煤焦运输任务。该型内燃机车是中车大连机车车辆有限公司推出的国内功率最大、外走廊式重型调车机车，是地方工矿企业铁路运输及编组调车的首选机型。

机车空气制动系统是内燃机车的重要组成部分之一，包括风源、附加装置、空气制动和自动控制等子系统，对于提高矿区物流运输的能力，保障矿区物流运输安全，起着十分重要的作用。机车空气制动系统的工作状态是否良好直接影响列车的运行安全，一旦发生故障，将直接影响整个列车的正常运行，而且易引发重大的行车安全事故，造成铁路运输中断，给矿区物流运输企业带来巨大的经济损失，造成不良的社会影响。该型机车的结构特点是单司机室、双操纵台，制动系统为JZ-7 型制动机。因机车空气制动系统部件及管路多，且空间布局相对狭小紧凑，随着机车使用年限的增加，出现故障的点越来越多，原因越来越复杂，现场应急处理难度较大，对机车司机和检修人员的技能操作及故障处理水平有较高的要求。

传统的机车空气制动系统的培训已经难以满足实际故障处理的需求，且机务专业人员老化不断加快，现在的年轻职工需要经过一定时间的培养，导致机车司机和检修人员无法直观、准确、有效地掌握制动系统的各阀件的相互作用过程，在对制动系统的操作及故障演推分析、判断处理达不到预期的效果，无法做到及时消除故障，增加了机车临修时间。为保证机车的动力充足，解决机车空气制动系统故障排除判断难题，结合机车司机和检修人员教学培训要求，利用既有的机车制动系统修复后的配件，研制一种适用于东风4DD 型内燃机车制动机系统的模拟试验台是十分必要的，制动机模拟试验台可以实现模拟机车空气制动系统的实际作用原理，检修人员能够检验机车空气系统各部位泄漏及制动机的综合性能，测试制动机管路通道、各类阀件的性能情况，并能直观地显示各阀件相互作用过程，可以方便地找出故障排查的规律，排除制动系统故障，缩短故障判断时间，降低临故修时间，提高机车的运用效率；机车乘务员能够对机车运行中出现的故障进行简单处理，维持机车运行回库，减少机车救援时间及资源浪费，提高了运输效率。

2 总体方案

内燃机车制动机模拟试验台的总体方案是在已完成的内燃机车电器模拟试验台的基础上，以JZ-7 制动系统工作原理及机车实际工作情况为基础，依据拓宽技能大师创新工作室的需求和现有的环境条件，为提高机车司机和检修人员技能业务能力，结合机车司机和检修人员教学培训特点，研制出制动机模拟试验台，作为对机车司机和检修人员进行机车制动系统教学的设施器材，以满足机车司机和检修人员业务提升的培训需求。该模拟试验台主要结合东风4DD 型内燃机车制动系统，具体研究了内燃机车制动系统的硬件设计和教学软件设计，采用与机车制动系统要求的压力空气，能够实现机车“五步闸”及“七步闸”的操作试验技术要求，并且利用动漫显示，可以直观、明了地显示各阀件及空气管路状态，达到培训教学、故障查找的目的。总体布置如图1 所示。

图1 总体布置示意图

3 模拟试验台的组成

模拟试验台模拟东风4DD 型内燃机车JZ-7 型制动机实际工作状态，作为专用的制动系统教学设施器材，以满足教学培训的需要。该试验台主要由空压机及辅助设备、噪声处理、集成阀座、模拟操纵台、动漫显示系统及相关空气管路、电气线路等组成。为满足在内燃机车制动系统设置假设故障的需求，解决职工在制动机操作技能比武活动中只能在机车上完成的故障假设的难题，在机车制动系统相关空气管路中通过加装截止阀、排气阀等部件，实现对制动系统有针对性的故障假设，以此实现职工制动系统故障判断、处理能力的提升，保证机车动力充足，提高运输效率。具体的系统原理如图2。

图2 模拟试验台系统原理图

3.1 集成阀座

目前，国内在用的主要内燃机车的制动机基本上都是采用JZ-7 型空气制动机。JZ-7 型空气制动机现在的性能与早期的制动机的性能相比较，JZ-7 空气制动机的结构相应复杂，其性能更加完善，但是两者的基本工作原理是相同的。也就是制动管减压即为制动，制动管增压即为缓解，当列车发生分离、软管破损、断开或紧急制动时，可以实现列车的自动停车。在列车制动时，各车辆的制动力靠本车辆副风缸提供的压力空气来制动的；缓解时，各车辆的制动缸的压力从本车辆的三通阀的排风口排出。因此，如果制动和缓解比较一致，那么列车的瞬间冲击也减小。试验台与机车实物相一致的阀件，具备机车运用条件相同的各项技术指标，切合机车工作实际，按照东风4DD 型内燃机车JZ-7 机车制动系统原理，制作一台集成阀座，实现真实模拟内燃机车制动机的各项动作、试验指标及制动系统各类故障。阀座主要由分配阀、作用阀、低压风缸、降压风缸、均衡风缸、工作风缸、过充风缸及空气管路等基本配件组成。风包由储气罐、压力表、安全阀等空气管路配件组成。基础制动装置主要由制动缸、闸瓦、闸瓦托、模拟轮对、基座等空气管路配件组成。

3.2 模拟操纵台

模拟操纵台是试验台的核心设备之一，是作为操作人员操作试验设备、观察试验设备状态以及各种实时参数的主要设备，也是作为整个试验台中对外展示的首要设备，因此，模拟试验台设计制作要满足美观大方、操作方便、功能全面、简单实用的原则。以机车司机室操纵台为原型，采取1:1 的比例进行操纵台的设计、制作，并增加制动机相关组件、管件。操纵台的台面采用气割做洞、电钻打孔、焊接螺杆等方式方法处理，用于安装司机控制器、扳键按钮、停车按钮、风笛按钮、仪表及标志灯等基本配件，操纵台的内安装有各类接线柱，用于各配件的布线连接。如图3 所示。

图3 模拟操纵台示意图

3.3 空压机及辅助设备

空压机及辅助设备主要用于产生和储备具有一定压力和清洁的压缩空气。它包括空压机组、止回阀、油水分离器、总风缸、安全阀、空气压缩机调压器及无负荷起动电磁阀等。

空压机作为整个模拟试验台的风源，结合内燃机车制动系统的实际工况和制动机模拟试验台的技术要求，所选用的空压机应满足管路的压力及周围环境的要求，并且其压力≥0.7MPa。

空压机辅助设备作为风源压力、净化等，所提供的压力为各类风缸、阀件等供给足量和具有一定压力的压缩空气。

空压机的噪声来源主要由进气口、排气口、机械口、电磁口这四个部位。如果空压机的噪音声级高，且低频突出，则传播的距离就较远，污染范围就较大。特别是空压机所发出的某些噪音的频率与人的内脏器官的固有频率相接近，在作业现场易引发共振，使现场作业人员产生头晕、心率过速、恶心、高血压等不良症状。为此，提出对这个四个部位进行噪音治理，降低整个系统的噪音，主要包括空压机的进气口噪音治理、空压机的排气口噪音治理、空压机本体噪音处理、空压机机体的振动噪音治理、空压机管道振动治理。为解决空压机的噪音，选用低噪音设备，因此选择了带静音的无油往复式活塞压缩机，按照职业安全健康的要求，采用噪声处理技术，对整个系统进行降噪处理，在现场采用吸音、隔音、音屏障、隔振等措施，对空压机电机、出风口进行降噪处理，使室内环境噪声低于50 分贝，降低对周围环境噪声影响。

3.4 动漫软件

计算机的内燃机车空气制动机综合作用动漫软件界面主要利用Macromedia 公司Flash 软件制作的动漫，研制了人机交互式动漫教学系统，教学软件具备语音、分布教学展示同步功能，人机交互式教学软件，显示“五大阀”工作原理、结构、通路等，具有实用性、观赏性，使一些抽象、复杂的问题具体化、简单化，图文并茂，语音讲解同步，能激发学员学习的积极性，起到了事半功倍的效果。主界面如图4 所示。

图4 主界面

计算机的内燃机车空气制动机综合作用动漫软件界面实现直观地显示制动系统各阀件的相互作用过程，有效地进行培训教学及故障判断处理，达到行业铁路或相关培训机构的领先水平，填补了该类主流车型国内空白。实现对机车乘务员和检修人员进行系统性培训及模拟试验操作，迅速查找故障原因，提高机车乘务员实践操作水平和检修、技术人员制动系统故障处理水平。实现快速、准确地判断机车制动系统故障处所及原因，及时进行处理，并降低机车在正常运用中的故障率，以保障机车制动系统作用良好，对企业的安全生产及经济效益具有重大意义，在煤炭行业自营铁路上具有一定的推广价值。讲解界面如图5 所示。

图5 讲解界面

4 结语

东风4DD 型内燃机车制动机模拟试验台，为机车司机和检修人员提供了模拟实际操作训练平台，提升了现场作业人员的制动机操作技能，可以在技能比武和现场培训中对机车制动系统有针对性地设计故障，提升职工判断制动系统故障的能力，降低处理制动系统故障的时间，提高机车运用效率，保证机车运行安全；实现机车司机在机车运用中制动系统故障的简单处理，减少机车救援时间及资源浪费；人机交互式教学软件具备语音、分布教学展示同步功能，实现直观地显示制动系统中各阀件的相互作用过程，职工可以对制动系统中各阀件原理和结构进行全面的掌握，实现对机车制动系统阀件试验、检测的功能，提高机车检修人员的专业技术水平，进一步提升了职工检修配件的能力。内燃机车制动机模拟试验台作为一种专用的教学设施器材方面，其形式填补了国内外一项技术空白，对地方铁路企业具有很好的使用及推广价值。