淺析機車防弛緩報警裝置

摘要：鐵路運輸是我國交通運輸的重要力量，鐵路機車是鐵路運輸最重要的裝備之一，因此，機車安全便成了鐵路運輸安全的重點，但由機車乘務員操作不當或者機車制動部件發生故障導致的機車帶閘運行現象卻時有發生。機車帶閘運行將會使輪轂溫度過高，嚴重時會導致輪轂馳緩，進而造成機車脫線的重大事故。為防止動輪弛緩，我們需要研制一種機車輪轂溫度實時監測裝置。該裝置通過在機車每個車輪旁安裝非接觸式溫度測量設備實時采集溫度數據，并將溫度及狀態數據實時上傳至司機室，以便機車乘務員對異常情況及時采取處置措施，從而有效地防止動輪弛緩事故的發生。

關鍵詞：電子；機車；弛緩；安全

1 引言

1.1 背景

隨著國民經濟的高速發展，鐵路產業不斷發展壯大，為了提高運輸效能，機車的速度越來越高，牽引重量越來越大，這樣就對機車的安全行駛就提出了更高的要求。機車防弛緩報警裝置，主要是對機車輪箍的溫度進行實時非接觸式監測，及時發現機車制動異常造成的抱死閘故障。

1.2 意義

機車弛緩是指輪轂和輪箍之間發生的相對位移。機車車輪是由輪轂和輪箍組成，輪箍是由特制材料制成，它具有高耐磨、高強度等特性。將輪箍通過加熱過盈配合裝配到輪轂上，輪轂與輪箍便形成一個整體。但在出現抱死閘現象時，大強度的摩擦力作用在輪箍與閘瓦間，導致產生大量的熱能，當熱能聚集到一定程度時，原來的輪轂與輪箍的整體性便受到影響，致使輪轂與輪箍發生相對位移，即弛緩發生。此時如果機車繼續運行就可能發生輪箍與輪軸相互脫離，從而造成機車安全事故。因此采用現代先進的電子技術、計算機技術，研制機車制動設備的監測裝置，為機車安全、高速運行提供保障是非常必要的。

2 前期準備

2.1 制動原理分析

為了保證機車運行安全，在車輪踏面處設置有閘瓦基礎制動裝置。韶山3型電力機車為獨立單元制動器，每臺轉向架每根軸每個輪均為單側制動。機車閘瓦制動系統主要由制動缸、彈簧、杠桿機構、閘瓦托、閘瓦片等部件構成。

當制動缸內充氣時，活塞向外伸展，通過鞲鞴桿推動杠桿，杠桿帶動滑套，滑套傳力給傳動螺母，傳動螺母帶動傳動螺桿，螺桿推動閘瓦托，使閘瓦作用于車輪踏面實現制動。

當制動缸排氣時，活塞在緩解彈簧的推動下，使上述各傳動部件作相反方向運動，閘瓦離開車輪踏面執行緩解。

制動故障一般有以下原因：第一，棘輪不能撥動，導致閘瓦不能脫離輪對或無法抱緊輪對；第二，各部件卡滯，鞲鞴不能貼緊缸底；第三，閘瓦磨損嚴重，使閘瓦不能抱緊輪對；第四，閘瓦有裂紋或斷裂，閘瓦不能抱緊輪對；第五，閘瓦間歇調節裝置失靈，導致閘瓦不能抱緊輪對。

通過查閱相關資料得出：機車制動時閘瓦和車輪的溫度與材料有關，與車速、載重、制動壓力、摩擦系數等因數成正比關系，當這些參數變化時，溫度也相應變化。對同一臺機車而言，每個車輪的車速、載重可以認為是一致的；每個閘瓦的摩擦系數由于磨損情況不同，可能有差異；每個閘瓦的制動壓力，在正常時可以認為基本一致，在有機械故障時可能不一致。

2.2 選擇監測方式

對機車閘瓦工作狀況的監測，根據不同的思路，有位移監測、壓力監測、溫度監測等多種方式。

用位移傳感器監測閘瓦與輪箍之間的間隙，判斷閘瓦是否工作正常。這種方式的缺點是機車在運行中，閘瓦與輪箍之間本來就有振動，對傳感器的要求較高，測量精度不能保證。

用壓力傳感器監測氣缸等處的壓力情況，判斷閘瓦是否工作正常。這種方式的不足之處是壓力不一定能完全反映閘瓦的工作情況，有可能氣缸壓力正常，但由于其他機械結構故障，也可能造成閘瓦工作異常，故障點很難確定。

用非接觸式紅外線溫度傳感器監測輪箍的溫度變化，判斷機車制動是否正常。不管是氣壓故障還是機械故障造成的抱死閘，都必然使輪箍的溫度升高，這種方式對輪箍的溫度監測便能有效地發現抱死閘故障，因此，設備應選用這種監測方式。

2.3 市場調研

機車防弛緩報警裝置用于鐵路機務部門，機務部門是鐵路系統最重要的部門之一。目前國內鐵路運營的機車數量大，全路約有機車15000余臺，為了確保機車的安全運行，各級領導對機車安全電子監測設備都非常重視，同時要求設備在保證功能、性能的前提下，盡量降低成本。

從調研信息來看，國內機車還沒有成批量配備機車防弛緩報警裝置，具備性能優良、價格合理的機車防弛緩報警裝置肯定會有良好的市場前景。

2.4 設備要求

功能要求：監測機車輪箍的實時溫度，及時、準確發現機車制動異常造成的抱死閘故障，以聲光報警的方式提醒機車乘務員注意。該裝置將保存報警時間、溫度、位置等參數，可以通過IC卡將數據轉存，地面電腦讀取IC卡數據，并通過軟件分析并保存數據。

性能要求：對輪箍溫度測量誤差<2%，適應機車的運行環境，抗機械振動、抗灰塵、抗潮濕、抗電磁干擾、抗高低溫；智能化工作，基本免維護運行。

結構要求：結構簡潔、緊湊；安裝、使用方便；不改變機車外觀；不影響機車運行。

3 研制方案

3.1 基本原理

通過非接觸式紅外線溫度傳感器實時采集輪箍的溫度數據，經高速MCU對原始數據進行處理，對輪箍溫度超過閥值的狀況在司機室報警器上進行聲光報警，并將異常情況發生的時間、溫度、位置進行記錄，提供數據轉存接口。

3.2 總體設計

機車防弛緩報警裝置由溫度探測器、匯接器、主控制器和司機室報警器等設備構成。

溫度探測器安裝于機車底部，每個探測器監測一個輪箍的溫度。

溫度探測器基于紅外線測溫原理，以非接觸得方式對輪箍溫度進行探測。對于12個輪的SS3型電力機車，需要配置12個溫度探測器。

主控制器安裝于機車設備間，完成對探測器原始信息的存儲、分析、判別并向司機室報警器發送各輪箍溫度信息。

兩個司機室報警器分別安裝于機車的1端司機室和2端司機室內，當輪箍溫度超過設定閥值時，報警器提供聲光報警并在顯示屏上顯示輪箍溫度、位置等。

參考文獻

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作者簡介：劉道強（1977-），男，漢族，重慶市人，廣漢科峰電子有限責任公司，工程師，大學本科，研究方向：產品開發、管理。