我国机车制动机的发展_刘豫湘

—４—２００２年第５期２００２年９月１０日机车电传动ＥＬＥＣＴＲＩＣＤＲＩＶＥＦＯＲＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥＳ№５　，２００２Ｓｅｐ．　１０，２００２男，１９８３年毕业于上海铁道学院铁道车辆专业，高级工程师（教授级），从事机车及列车制动机、电力机车空气管路系统的研究与开发设计工作。

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　ｂｒａｋｅＬＩＵ Ｙｕ－ｘｉａｎｇ， ＨＵ Ｙｕｅ－ｗｅｎ（Ｒ　＆　Ｄ　ｃｅｎｔｅｒ，　Ｚｈｕｚｈｏｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　Ｗｏｒｋｓ，　Ｚｈｕｚｈｏｕ，　Ｈｕｎａｎ　４１２００１，　Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔａｒｇｅｔｓ　ｏｆ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　ｂｒａｋｅ　ｉｎ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｇｅ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅｉｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｈｉｓｔｏｒｙ．　Ｏｐｉｎｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｔｙｐｅｓ，　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　＆　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ａｎｄ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙｂｌｅｎｄｅｄ　ｂｒａｋｉｎｇ　ｍｏｄｅｓ　ｏｆ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　ｂｒａｋｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ　ｂｒａｋｅ； ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ａｎｄ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｂｌｅｎｄｅｄ　ｂｒａｋｉｎｇ　；　ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｂｒａｋｉｎｇ；　ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ收稿日期：２００２－０８－２０摘要：结合我国机车制动机的发展史，提出了现阶段我国机车制动机的发展要求与目标，并对新型机车制动机的基本型式、基本功能、操作控制模式、空电联合制动模式的选择等提出了一些观点。

关键词：机车制动机；　空电联合制动； 电空制　动；　微机控制中图分类号：Ｕ２６０．３５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－１２８Ｘ（２００２）０５－０００４－０３１概述我国机车制动机的发展与牵引动力的变革息息相关。

在蒸汽牵引为主的年代里，仅适应于单端操纵的ＥＴ－６型机车空气制动机成为唯一的机车制动机。

２０世纪６０年代初期，由ＥＴ－６型演变成适应双端操纵的ＥＬ－１４Ａ型机车空气制动机首先在电力机车上装用，然后用于内燃机车，从而改变了长期单一使用ＥＴ－６型机车空气制动机的落后面貌。

为适应中国铁路运输的需求，机车制动技术相应地也取得了突破性发展。

在２０世纪７０年代后期，相继研制成功了ＪＺ－７型机车空气制动机和ＤＫ－１型机车电空制动机，并在２０世纪８０年代初期开始批量装车使用。

在２０世纪９０年代，制动机的重联、列车电空制动控制、与列车运行监控记录装置的配合、空电联合制动等新技术也逐步在ＪＺ－７型机车空气制动机和ＤＫ－１型机车电空制动机上得到了广泛的应用。

随着我国铁路牵引动力的发展以及交流传动为核心的先进技术在机车上的应用，牵引列车朝着重载、高速方向发展，这就对列车制动系统提出了更新更高的要求：即减少车辆间及列车的制动冲动；缩短制动距离；充分利用动力制动以减少基础制动装置的机械磨耗；提高制动系统的可靠性和安全性；实现制动系统的故障检测、故障诊断、故障显示与报警、故障记录等功能。

完成上述要求，仅靠对ＪＺ－７型机车空气制动机和ＤＫ－１型机车电空制动机进行改进与完善是做不到的。

只有在现代新技术的条件下，结合国内、外机车制动机的成功经验，研制一种新型机车制动机才能达到上述目标。

由于动力分散式动车组的制动系统与机车或动力集中式动力车的制动系统，从原理、型式、控制上差别较大，以下仅对机车（含动力集中的动力车）上使用的机车制动机基本型式的选定、操纵控制模式及基本功能和空电联合制动模式的选择作一些说明。

２机车制动机的基本型式的选定采用压缩空气推动的闸瓦制动技术已有一个世纪以上的历史，在这段时间内，制动技术虽然有了很大的改进和发展，但目前世界各国铁路绝大多数仍采用空气制动。

虽然电力、内燃机车等牵引技术全面发展，应用了动力制动，但列车的制停仍需要用空气制动来完成。

当然随着交流传动技术的应用以及２００ｋｍ／ｈ以上高DOI:10.13890/j.issn.1000-128x.2002.05.002　第５期 刘豫湘，胡跃文：我国机车制动机的发展速列车的出现，涡流制动、磁轨制动等新的制动技术将获得一定的发展，而压缩空气推动的闸瓦（或闸片）制动方式将会作为一种安全停车方式得到保留。

电空制动技术的发展在国外已有近６０年的历史。

２０世纪４０年代，电空制动技术尚处在萌芽状态，主要在蒸汽机车上采用，只是在自动制动阀上加装电联锁，车辆上配有带电磁阀的三通阀。

２０世纪５０年代末期至６０年代初期，国外在原机车空气制动机上进行了大幅度的改进，如法国的ＰＢＬ２型和德国的ＧＥ２型，它们通过电器来控制电磁阀的开闭，达到制动与缓解的目的。

我国的ＤＫ－１型机车电空制动机就属于这一类型。

随着电子技术及微机控制技术的广泛应用，从２０世纪８０年代起，国外机车制动机在原机车电空制动机基础上又进行了大幅度的改进，广泛采用微机控制技术，使之更适应于现代社会的发展。

目前国外高速列车及机车上均采用微机控制的数字式或模拟式电空制动机。

如日本一般为数字式直通电空制动机，而欧洲均采用符合ＵＩＣ标准的模拟式自动电空制动机（城轨车除外）。

它们无一例外地采用微机控制电空阀的开闭，并利用对ＥＰ阀的控制，使制动机的压力控制更加精确，并缩短了制动与缓解的反应时间，减少了制动冲动，空走时间的减少也相应地缩短了制动距离。

由于微机功能强大，它还能为机车制动机与机车其他系统的配合创造出一个很好的基础平台，特别是机车、列车的空气制动与机车动力制动的混合，采用微机就能很方便地实现。

采用微机并增设相应的检测元件，还能实现对机车制动机的监控及机车制动机的故障检测、诊断、显示、报警、记录、单机测试等功能。

目前，我国干线机车与列车制动机还是自动式制动机（除极少的固定编组的动车组外），新型机车制动机应无条件地与之重联或编组。

由于微机控制的数字式或模拟式电空制动机，既吸取了空气制动机的优点（仍采用压缩空气作为制动的原动力），又具有电控的特点（符合技术的进步与发展），故新型机车制动机应选定为采用微机控制的自动式数字或模拟电空制动机。

也就是说，机车制动机应是自动式电空制动机，制动动力应是压缩空气；机车制动机应采用电信号作为控制指令信号，通过导线传递控制指令信号，并采用微机制动控制器对电信号进行处理与监控。

３操作控制模式及基本功能的选择由于新型的机车制动机要满足与老型机车、车辆制动机的重联与混编，因而要求其单机技术性能与现有的铁道部标准相同或相近，符合现有规章制度的要求，并要满足今后列车制动系统的发展，如客车的阶段缓解、动力车的远端重联控制等。

据此，机车制动机应具备的基本功能有：列车自动制动与机车单独制动、后备空气制动操纵、能操纵现有客货列车制动机（一次或阶段缓解空气制动机及电空制动机）、空气制动与动力制动的混合（空电联合制动）、制动机重联及远端重联控制、断钩保护、无动力回送、列车电空制动、与列车速度监控的配合及停放制动控制等。

机车制动机还应能实现对机车制动机的监控及故障检测、诊断、报警、记录及单机自动测试等功能。

对于机车而言，首先考虑的应是机车制动机的安全可靠性。

据此，在系统上应采用失电制动模式，即一旦电气线路与微机故障而失电，应能自动转向制动。

失电制动是采用失电紧急制动还是失电常用制动？根据我国的国情，还是采用失电常用制动为好，紧急制动仍可维持得电方式。

自动制动控制器、单独制动控制器及后备空气制动阀可按国外现代机车模式，与牵引／制动控制手把相同，全部选择为推拉式，并按ＵＩＣ标准，选定手把向后方向转动为增加机车或列车制动力。

自动制动控制器、单独制动控制器按自动保压方式，即设置有级或无级常用制动区。

设置制动区可以使列车管或制动缸的压力控制更方便、更准确。

这种方式在国外机车上较多采用。

列车管减压量或制动缸压力控制指令还应能通过司机显示屏显示。

考虑到传统性，自动制动控制器与单独制动控制器均应设置手把取出位，用于换端或重联运行。

４空电联合制动模式的选择现代机车（特别是交流传动机车）几乎无一例外地采用了动力制动。

对于它们来说，动力制动已经比较完善，其可靠性已大大提高，并广泛应用于列车的调速（但不能控制列车的正常停车）。

机车动力制动（特别是交流传动机车的再生制动）由于其制动功率高和无磨耗，对高速列车特别合适，其动力制动力可以做到仅与轮轨间粘着因数有关。

而空气制动时的闸瓦或盘形制动作为摩擦制动方式，要受其制动极限功率的限制。

为了防止车轮踏面受到热损伤，防止温度上升后对制动片的磨耗剧烈增加，防止热应力大时制动盘出现裂纹，总之，为了不影响车轮或制动盘及制动片的使用寿命，必须降低空气制动力，延长制动距离。

机车制动机的空气制动与动力制动的混合制动——空电联合制动的采用，可以在执行空气制动时，充分利用动力制动力来减少基础制动装置的机械磨耗，提高制动系统的可靠性和安全性，以达到延长基础制动装置的使用寿命及缩短制动距离的目的。

图１为ＴＧＶ列车的列车管减压量与制动力对应特性曲线。

从此图可以看出，为了保证以动力制动为主，列车管减压后，动力制动力增加快于摩擦制动，动力制动增到极限（１００％）时，摩擦制动的程度还不到５０％。

为了减少空气制动中的基础制动装置的磨耗，机车必须具有高功能的动力制动（应最大限度地发挥其功—５— 机车电传动 ２００２年—６—能），并在施行空气制动时应首先使用。

在高速范围内一旦动力制动力随恒功限制而下降，可以由摩擦制动来补偿。

为补救低速范围因动力制动力下降的不足及保证列车在停止状态下的安全，必须加入摩擦制动。

ＴＧＶ列车（１０节）常用制动与紧急制动时的制动力分配见图２与图３。

广深铁路运用的Ｘ２０００列车的介绍资料中对该列车的空电联合制动是这样描述的：司机可以通过将调速手柄向后移动来实施制动，但只可以实施动力车上的动力制动，只要动力制动装置无故障，就不会实施任何机械制动；司机还可以使用制动控制器，通过制动阀实施自动列车空气制动，但动力制动总在动力车上直接被使用，如果动力制动不能产生所需的制动力的话，就会自动使用踏面和盘形制动。

紧急制动是踏面制动、动力制动、盘形制动三者一起实施的（磁轨制动也可以使用）。

事实上，欧洲各国机车制动机中的空电联合制动功能与模式与ＴＧＶ及Ｘ２０００列车的空电联合非常相近。

可以认为我国机车制动机的空电联合制动模式与功能也应向欧洲看齐。