快速货车制动系统探讨

快速货车制动系统探讨
随着铁路客车运行速度的提高，为了提高铁路的运输能力和运输效率，货运提速势在必行。

根据《铁路主要技术政策》，货车提高运行速度有两个级别：一是提速货车，最高运行速度90km/h，牵引重量5000吨；二是快速货车，最高运行速度120km/h，牵引重量1500吨。

2001年8月，铁道部科教司和运输局在眉山车辆厂共同组织了提速货车和快速货车制动系统配置及方案论证会，这标志着我国铁路货车提速正有计划分步骤地向前推进。

货车提速的关键在于转向架和制动系统的性能，我国目前已有最高运行速度达120km/h的ZK2和ZK3转向架。

制动系统主要解决两个方面的问题：一是尽量减小列车制动或缓解时的纵向冲动，保证行车安全；二是重车时有足够的制动力，能在规定的距离内停车，空车时不滑行，减小车轮擦伤。

快速货车的制动作用有其自身的特点，在性能要求上也比普通列车要高得多，现将具体问题讨论如下。

1.快速货车制动作用的特点和要求
1.1列车的纵向冲动加剧
制动作用是压力空气推动制动缸活塞，再经过一系列杠杆和拉杆的放大和传递，最终使闸瓦抱紧车轮而产生的。

压力空气的传播不仅受到空气波速（330m/s）的限制，而且列车空气管系中存在支管、塞门、接头等阻力、漏泄及制动阀的逆流现象，从而使列车前后部车辆制动或缓解作用的时间差增大，造成列车纵向冲动。

既有货车上已发现多起因剧烈的纵向冲动而引起的零部件故障，如钩缓装置各部分的裂纹、折断；心盘铆钉或心盘螺栓折断；制动梁端轴和梁体的裂纹和折断等等。

因此，快速货车制动系统必须采取切实有效的措
施，提高空气制动或缓解波速，降低列车的纵向冲动。

1.2 列车的紧急制动距离增加
保证列车紧急制动距离是列车运行安全性的重要指标。

快速货车要求1500吨的编组列车在120km/h紧急制动时，能在1100m内停车。

由于快速列车制动初速比普通列车高，并且列车管系的阻力和漏泄引起列车管压力下降，导致列车后部的副风缸和制动缸压力也有所减小，从而增大了制动距离。

因此，快速货车要有更高的制动力，才能满足制动距离的要求。

另外，快速货车要进一步优化制动机的充排气特性，提高空气制动或缓解波速，缩短制动缸空气升压时间，从而缩短空走距离。

2.快速货车制动系统主要技术问题探讨
2.1 关于闸瓦
快速货车所用闸瓦要求摩擦系数高，耐磨性好，摩擦系数随速度而变化的特性与轮轨粘着特性一致。

目前国内货车上主要使用的闸瓦有高磷铸铁闸瓦和高摩合成闸瓦，这两种闸瓦对快速货车都有其局限性。

高磷铸铁闸瓦摩擦系数低，摩擦系数随速度而变化的特性与轮轨粘着特性不符，即低速段摩擦系数高，易造成车轮擦伤，高速段摩擦系数低，不能充分利用轮轨粘着，结果是既不能有效防止车轮擦伤，又不能有效缩短制动距离。

另外，铸铁闸瓦的制动功率极限低，试验表明每轴不大于244KW，而快速货车的每轴平均制动功率很高，易造成闸瓦熔化而危及行车安全。

高摩合成闸瓦摩擦系数比高磷闸瓦高，耐磨性也比高磷闸瓦好，摩擦系数随速度而变化的特性与轮轨粘着特性一致。

而在快速货车采用10〃制动缸的情况下，要满足制动距离的要求，需大大提高全车制动倍率，这对防止车轮滑行是不利的。

要保持原车制动倍率不变或变动不大，则必须提高闸瓦摩擦系数。

而将高摩闸瓦摩擦系数提高25%，使之接近AAR水平，不仅符合我国铁路的长远发展，还可简化制动系统的构成，改善制动系统的性能。

2.2 关于控制阀
120阀是我国主型货车控制阀，它在103阀的基础上简化了结构，提高了制动和缓解波速，提高了制动机的灵敏性、稳定性和安定性，并能适应压力保持操纵。

从1995年到2000年底，已有14万辆新造货车全部装用120阀，运用情况良好。

但120阀与快速货车的适应性还存在一些问题。

一是120阀原是为万吨重载货车设计的，它采用制动缸压力先跃升后缓升的办法来减轻列车的纵向冲动，所以制动缸升压时间较长（9~11s）。

这一方面延长了空走距离，增大了轴制动功率，同时无法解决当快速货车与旅客列车连挂时因制动机不一致而造成冲动等问题。

二是120阀只适配10〃及14〃两种制动缸，缺乏灵活性，更难以适应货车进一步提高速度和增大轴重而采用盘形制动、单元制动等多缸制动系统的需要。

从长远看，快速货车所用控制阀应在120阀的基础上进一步改善其性能，缩短制动缸升压时间，能适配6~16英寸各种大小或数量的制动缸，与客车连挂时有良好的混编性能等等。

2.3 关于空重车调整装置
我国货车空重车调整装置经历了二级、多级到无级自动调整的过程。

GK阀所用手动二级空重车调整装置性能不完善，易产生漏调、误调等现象，且大量浪费压力空气。

103阀所用手动二级空重车调整装置性能基本完善，但手动调整同样带来了不可避免的问题。

KZW-4型自动空重车调整装置虽然克服了手动调整的一些缺点，但它与直接作用方式的控制阀配套时，制动机有关减压量与制动缸压力之间的常规对应关系发生了变化，并且KZW-4严格意义上讲是多级调
整，并不能真正实现无级调整，在级与级的转换点处使制动力突变，造成列车纵向冲动。

以上三种空重车调整装置均不能满足快速货车的需要。

快速货车要求车辆在不同载重下有基本一致或相差不大的制动率，只有无级自动空重车调整装置才能做到这一点。

无级自动空重车调整装置的基本作用有两点：一是重车时有足够的制动力，能在规定的距离内停车，空车时有较小的制动力，保证车轮不被擦伤，从空车到重车，载重与制动力基本呈线性；二是当空车、重车及不同载重的车辆混编时，减小列车的纵向冲动。

此外，无级自动空重车调整装置还应具有以下性能：
(1)装用该装置后，不影响原制动机的基本性能。

(2)应尽量节约压力空气。

(3)该装置称重准确、性能良好、可靠性高并方便维修。

3.快速货车制动系统配置方案探讨
快速货车制动系统拟采用摩擦系数比TB/T2403高摩合成闸瓦提高25%的高摩闸瓦，采用在120阀基础上改进的120K型快速货车制动阀，采用性能优良的无级自动空重车调整装置，再配以荷重式传感阀、10〃制动缸、11升工作风缸、100升副风缸、ST2-250型闸调器、组合式集尘器、制动软管和法兰接头等。

24辆编组（关门车一辆）、最高运行速度120km/h的C64、XN17A、P65、G70四种车型，是否满足制动距离的要求呢？表一列出了该四种车型在潮湿、平直轨面运行不滑行条件下的制动计算结果。

由表一可见：
(1)500KPa及600KPa下，不能同时满足运行速度120km/h、制动距离1100m、
牵引重量1500吨的要求。

(2)若将制动距离放宽到1400m，则两种定压下都能满足要求。

(3)若货物列车也采用600KPa定压，则能满足1100m的制动距离要求。

表一
4.建议
快速货车制动系统目前已做了大量的工作，提高摩擦系数的高摩闸瓦已试制出来，铁科院、眉山厂和株洲厂已合作研制出120K型快速货车制动阀及无级自动空重车调整装置，并已做了相关试验。

但是，快速货车制动系统还有很多工作要做，既有技术方面的工作，也有规程方面的工作。

建议如下：
(1)高摩闸瓦、制动阀及空重车调整装置还要进一步优化设计，并通过试验
来验证其性能是否满足快速货车的要求。

(2)“技规”规定，货物列车的主管定压为500KPa，旅客列车的主管定压为
600KPa。

快速货车有编挂旅客列车的可能，应考虑将快速货车主管定压调至600KPa的可能性,这样既可使所编挂的货车具有与客车相当的制动能力，也能满足制动距离的要求。