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王刚工学专栏:列车空气制动系统故障检测研究

作者:江苏天源    添加时间:2014/7/20 8:58:23    浏览量:

  摘要:以列车制动装置结构为主线,详细分析了制动装置中各部件可能出现的故障,并提出处理措施,介绍了目前列车上采用的几种监控空气制动系统故障的技术与装置。
  关键词:制动系统;列车管;监控;故障
  
   一、引言
  
  在一列铁道车辆中,其制动系统起着至关重要作用。列车运行中失去牵引力等情况并不可怕,可怕的是列车制动系统出现故障。列车是通过制动系统调节其运行速度和及时准确在指定地点停车,从而确保列车的正点和安全运行,一旦列车制动系统出现故障,则极有可能引发列车冒进、追尾等重大铁路交通事故。鉴于此,本文对列车制动系统可能出现的故障进行了分析,并介绍了相关解决方案。
  (一)列车空气制动系统工作原理介绍
  
  1 空气压缩机2 总风缸3 总风缸管4 制动阀5 制动主管6 制动缸7 制动缸鞲鞲8 制动缸缓解弹簧9 制动缸鞲鞲杆10 基础制动装置11 闸瓦12 车轮
  如图1所示,列车制动主要通过压缩空气借助制动装置机械作用来实现对列车车轮的控制。其具体实现情况如下:列车制动装置由装在机车上的供风系统和自动制动阀、分装在机车和车辆上的制动机和基础制动装置,以及贯通全列车的制动管(又称刹车管)组成。整个制动系统中充以压缩空气。供风系统包括空气压缩机和总风缸,其作用是供给整个系统所需的压缩空气。当制动管减压时,空气分配阀使副风缸中的压缩空气进入制动缸,推动鞲鞴,通过基础制动装置中杠杆的作用,使闸瓦(或闸片)紧压车轮踏面(或制动盘),阻滞车轮的转动,在轮轨间粘着力的作用下使列车减速或停止运行;制动管充风升压时,空气分配阀截断副风缸管路而使制动缸内的压缩空气排入大气,此时制动缸内的复原弹簧使鞲鞴恢复原位,闸瓦离开车轮,从而实现缓解(列车启动)。
  (二)列车空气制动装置部件中可能出现的故障及检测方法
  列车空气制动系统是由一系列部件组成,这些部件在长久的使用过程中不可避免地会出现损坏、老化、脱落等情况。下面就各部件可能出现的故障及故障检测、解决方法进行具体分析。
  1、如图1所示,整个制动系统是通过列车管中压缩空气的作用来实现制动、缓解的,
  所以首先要确保列车管的畅通。如何判定它是否正常畅通或存在泄漏方法如下:判定是否畅通可通过列车充、排试风来确定。我们可以把列车管简化的看成一导通的单根导管。理论上管前后的气压相同,所以可以通过列车管前后位置的气压差异来判定管的导通情况。列车管泄漏可这样检测:将机车总风缸打满风后停机,检查列车管软管排风口及用肥皂水涂刷列车管各接头,这时检查这些位置情况可判定有无泄漏。总的来说,列车管非正常工作主要存在以下两种严重危害交通安全的故障。
  2、列车折角塞门非正常关闭。列车中每两节车辆间列车管是通过折角塞门来连接的。正常
  情况下,只有列车的最后一节车辆的折角塞门关闭[1],中间的导通,这样列车管处于贯通状态,才能实现列车的制动作用。但由于人为或机械原因,人们故意关闭中间车辆折角塞门或折角塞门在使用长时间欠检修情况下机械损坏,这样列车在制动过程中折角塞门关闭位置后的车辆因气路无法贯通而无法实行制动,由此造成冒进、追尾等事故。
  3、列车管接头泄漏、松脱。虽然我们从简化角度出发可以把列车管看成一整体导管,但实
  际上列车管是由众多管连接而成,而且列车管还与一些制动装置部件相连,这样管与管之间连接的密封性是个不容忽视的问题,列车管泄漏大多也出现在这些接头处[2]。管接头漏泄、松脱原因主要有:螺母加在弹性环上径向力过大或平垫圈厚度偏小而致使平垫圈无法与橡胶环紧密接触,则接头体与导管之间的间隙不能充分填充,从而产生泄漏;管卡与管接头距离过大或固定管卡的螺栓过长,顶到管卡座的底部,不能起到防冲击及振动作用。
  4、制动缸鞲鞲工作出现故障,使闸瓦与车轮出现抱闸,引发事故。其具体表现在:均衡鞲鞲轴向中心孔径杆上的径向孔堵塞,使制动缸压力空气无法排出;制动缸鞲鞲由于制动缸缺油、生锈、鞲鞲杆弯曲、缓解弹簧力过弱或缓解弹簧折断以及推杆与杠杆卡死而造成无法缩回,引起缓解不良;安定弹簧的过弱或过强都会引起鞲鞲的非正常移动,从而影响制动效果[3]。
  5、图1中在制动系统中起着重要作用的还有制动风缸,一般而言,风缸出现故障可能性要小,但也不排除故障的存在。当列车空气制动系统出现故障,我们排除了列车管贯通、泄漏符合规定、制动基础装置异常可能性后,可以仔细检查制动风缸是否存在问题。目前制动风缸出现问题较多的地方都是作用风缸与紧急风缸内隔板裂漏引起[4]。这就要求风缸制造厂要保证风缸内隔板两侧的焊接质量,并进行水压试验后方可出厂安装。   三、列车空气制动系统故障检测技术与仪器使用现状
  
  在铁路交通运输中,因列车空气制动系统故障而引发的铁路交通事故给国家财产造成了严重损失,因而铁道部高度重视对这方面的研究工作。例如铁道部1988年将防止折角塞门关闭造成事故问题列入铁路安全的重点攻关项目。在铁道部门和有关研究专家的努力工作下,一些列车空气制动系统故障检测仪器已研发成功,并投入使用。从使用效果上看,虽然不能很理想地从根本上解决列车因制动系统故障引发的事故,但也在一定程度上达到了尽量避免因制动系统所引发的事故。综合目前铁道列车上所使用的检测制动系统故障仪器,我们可以将它们分为下面三类。
  (一)列车尾部安全装置。它由机车上的机车控制盒和列车尾部主机组成,机车乘务员操
  作机车控制盒的指令通过机车无线列车调度电台传递到列车尾部装置主机,由列车尾部装置主机完成各种动作后再向机车乘务员报告;同时列车尾部装置主机在列车运行中实时检测列车尾部的各种参数,并及时向机车乘务员报告[5]。它的工作原理是监测列车管尾部空气压力参数,从而判断空气制动系统是否正常工作。现今列车上采用的列尾装置型号有:ZIF2000/2002型号,CP-3型号。虽然列尾装置提高了铁路运输安全,但它在使用中还是存在一些问题,如在山区和隧道内的通信、两列以上的列车间相互干扰问题等,所以其功能与使用环境等方面还待进一步研究提高[6]。
  (二)列车折关检测报警记录装置(列车贯通状态检测仪[7])。这两种仪器都是通过传感器
  检测列车管上空气压力的变化来判断列车折角塞门状态。所利用的原理是在折角塞门都打开状态下把整个列车管气路看成一整体,那么列车充、排风时一旦车辆数固定,那么所对应的充、排风时间也是基本不变的,从而由检测来的数据可以分析充、排风时列车折角塞门是否发生折关以及折关的具体位置。这类装置中正在调试运行的有LZJC-1型等。由于列车管气路中泄漏等情况存在使得其建模准确度受到影响,致使装置检测精度也受影响。
  (三)列车制动主管漏泄检测仪。泄漏检测仪的作用原理是根据压缩空气在孔隙边缘的相
  互作用而形成的超声波的辐射。仪器记录了超声波反应的相对程度的变化,因为当压缩空气漏泄的时候,会产生调制的超声波信号。辐射脉冲的强度取决于主管中的空气压力和孔隙的物理特性及其不严密性[8]。由于漏泄检测
  仪功能单一,只能作为车载智能监控装置辅助仪器,所以其发展空间狭小。
  
  四、结束语
  
   列车空气制动系统工作正常与否直接关系到列车安全运行命脉,目前在列车制动系统领域所提出的理论与实际应用在一定程度上有效预防了一些交通事故的发生,但要想取得更理想的成果,还有待领域内新理论的提出、发展、运用、成熟,也有赖相关软、硬件的支持。
  
  参考文献:
  [1] 谢解春,刘伟.智能列车制动监控系统[J].内燃机车,1999,(6):1-5.
  [2] 张娟,温建军等.机车制动系统管接头松脱、泄漏现象的分析及改进[J].电力机车与城轨车辆,2006,(4):70-71.
  [3] 阮睿,王恒升.运用旅客列车空气制动系统故障分析[J].湖南工业职业技术学院学报,2003,(2):33-34.
  [4] 解统奎,郭永军等.JZ-7型空气制动机和列车管故障的判断与处理[J].内燃机车,2003,(2):44-45.
  [5] 郭刚,胡新华等.列车尾部装置的设计与研究[J].河南科学,2000,(3):292-295.
  [6] 张多龙.列车尾部安全装置的故障分析及改进意见[J].中国铁路,2004,(8):64-66.
  [7] 魏淑桃,徐久成.智能化列车管贯通状态检测仪的设计与实现[J].微电子学与计算机,2000,(5):48-51.
  [8] Ш.,АМ,孔祥集.制动主管漏泄检测仪[J].国外铁道车辆,1994,(1):54-55.