JZ-7機車制動機斷鉤保護閥研制

劉 兵，梁宏舉

（沈陽北車西屋軌道制動技術有限公司，遼寧沈陽110144）

JZ-7機車制動機斷鉤保護閥研制

劉 兵，梁宏舉

（沈陽北車西屋軌道制動技術有限公司，遼寧沈陽110144）

對JZ-7型機車制動機進行了分析，提出了適用于JZ-7型機車制動機系統的機車斷鉤保護裝置方案、原理及結構，并進行了試制及試驗。

JZ-7型機車制動機；斷鉤保護裝置；結構及原理

目前使用的JZ-7型機車制動機沒有斷鉤保護裝置，而國內現使用的DK-1制動機、CCB-Ⅱ制動機等均具有該項功能。國外的機車制動機也都有該功能。

原鐵道部曾經明確要求機車應具有斷鉤保護功能，TB/T 2420-93《內燃機車空氣制動機技術條件》4.8條明確規定斷鉤保護應能立即自動切除制動管風源，立即產生緊急制動作用并保持緊急制動狀態。但因JZ-7制動機無該功能，所以不得不對裝JZ-7制動機的機車給予了特殊規定，可以沒有該項功能。國內各機車廠也迫切需要能在JZ-7制動機上增加該項功能，盡快滿足原鐵道部的要求。

在出口車市場中，國外用戶一般都要求機車具有斷鉤保護功能，而因JZ-7制動機還沒有該功能，這就限制了JZ-7制動機在出口車市場的使用。

為此，研制適用于JZ-7制動機的斷鉤保護裝置顯得十分必要。

1 實現斷鉤保護的可行性分析

我們所需要的斷鉤保護功能應該能夠在列車正常運轉位發生斷鉤時，自動切斷列車管的供風。正常運轉時不發生作用。發生斷鉤保護作用后，當手柄置制動位后，系統自動恢復正常控制功能。

在正常運轉位時，JZ-7型機車制動機實際上是處于充氣緩解位。即總風給列車管充氣，直到列車管達到定壓為止。若列車管有漏泄，系統也會自動給列車管補風。所有這些動作，都是自動實現的。只要是在運轉位，只要是列車管壓力沒有達到定壓，系統都會自動補風。因此在機車斷鉤的情況下，就會存在一邊排風，一邊補風的現象。這個補風作用，是由JZ-7制動機的中繼閥來完成的。中繼閥是一個靠壓力平衡作用原理來對列車管進行控制，也就是說，列車管的壓力應該與均衡風缸的壓力大小相一致。均衡風缸壓力升高，列車管壓力也升高，均衡風缸壓力降低，列車管壓力也降低，這個作用方式是不變的。那么，在實際制動控制過程中也有不需要補風的情況，這是通過對總風遮斷閥的控制來實現的。總風遮斷閥實際上是一個氣控單向閥，當不需要補風時，只需把這個總風遮斷閥關斷就可以了。同樣道理，在機車斷鉤時，同樣不需要補風作用，我們只要關斷總風遮斷閥就可以實現斷鉤保護作用，而且單獨關斷總風，也不會對系統其他元件造成任何影響。

既然關斷總風遮斷閥可以實現斷鉤保護作用，那么我們就需要在系統中增加一個裝置，只要這個裝置能夠在斷鉤時提供一個壓力信號，使總風遮斷閥關斷就可以了。如何判斷機車斷鉤呢？對機車而言，只有在充風緩解情況下的斷鉤才需要保護作用，其他情況則不需要這個保護功能。因此，在運轉位發生斷鉤時，列車管壓力都有一個較大的下降。這樣，只要是在運轉位，列車管壓力比前一刻有較大下降，我們都可以認為發生了斷鉤。對制動機來講，通過壓力變化來實現控制功能不是問題。

另一個關鍵問題是能否識別出制動機的狀態，即要知道JZ-7制動機的手柄在什么位置。只有在運轉位，出現列車管壓力下降時才能起作用，在其他位置時，不起作用。通過對JZ-7制動機的結構和作用原理進行分析，這個識別制動機手柄位置的功能同樣可以通過壓力信號來實現。JZ-7制動閥上有一路控制壓力，即8號管風，它在運轉位和過充位時沒有壓力，在其他位置時為總風壓力。我們把它作為識別信號，在無風的情況下，是運轉位，有風的情況下是其他位。這符合我們的需求。

通過以上分析可以看出，采用機械方式，僅在管路中增加一套裝置，實現斷鉤保護功能是可行的。

2 技術要求

制動機是機車上的關鍵部件，它關系到運行安全問題，因此在JZ-7制動機系統中增加斷鉤保護功能不能影響到原制動系統的正常功能。為此，斷鉤保護裝置應滿足以下要求。

（1）JZ-7制動機是純機械式的產品，沒有電氣，因此斷鉤保護裝置也應是機械式的裝置。

（2）斷鉤保護裝置應不影響JZ-7制動機的正常使用，且可以方便的切除該功能。

（3）斷鉤保護裝置在機車正常使用時應不起作用，只有在發生斷鉤時能夠自動切斷列車管的供風。

（4）發生保護作用后，當JZ-7制動機置制動位后，保護功能應能自動解除。

（5）應盡量采用JZ-7制動機的零件，方便維護和檢修。

3 斷鉤保護裝置的組成及原理

3.1 斷鉤保護裝置的組成

該裝置由斷鉤保護閥、總風遮斷閥、轉換閥、容積風缸等部分組成（見圖1斷鉤保護裝置組成）。

圖1 斷鉤保護裝置組成

（1）斷鉤保護閥組成

斷鉤保護閥（見圖2斷鉤保護閥）是該裝置的核心控制元件，它由保護閥部、轉換閥部、充氣止回閥及閥體等部分組成。保護閥部利用容積風缸和列車管間的壓差帶動柱塞和膜板移動，切斷或溝通向總風遮斷閥的控制風通路，實現對列車管管路的開和斷。轉換閥部通過8號管風和彈簧拉力的作用，使柱塞處于不同的位置，實現只在運轉位斷鉤時才切斷列車管風源，而其他情況下不起作用的功能。充氣止回閥給容積風缸充氣，且防止風缸壓力回流。

斷鉤保護閥中膜板、活塞、各種O形圈、彈簧及充氣止回閥等件，均采用JZ-7制動機現用零件，方便維修。

（2）總風遮斷閥就是現有的中繼閥上的總風遮斷閥，需要把它接到中繼閥總風進口處，它受斷鉤保護閥的控制，當斷鉤時，切斷總風源，實現斷鉤保護的作用。在其他情況下，它就相當一個通路，不起作用。

（3）轉換閥是為了方便切除斷鉤保護裝置功能而設置的。當位于開通位時，該裝置起作用，當位于切斷位時，該裝置不起作用。轉換閥實際上就是一個手動控制的兩位三通閥。

3.2 作用原理

（1）正常緩解位（見圖2）

列車正常運行時，制動閥手柄置運轉位，制動機處于充氣緩解狀態。斷鉤保護閥處于充氣緩解位。此時8號管通到轉換部活塞下側，此時8號管沒有風，轉換柱塞在彈簧力的作用下向下移動，處于下位，列車管風經轉換柱塞一路到保護閥活塞下側，推動活塞向上移動，使保護閥柱塞處于上位。另一路經充氣止回閥給容積風缸充風。總風通路經轉換閥柱塞溝通到保護閥柱塞處，因保護閥處于上位，這條通路被截斷，而保護閥到總風遮斷閥的那條通路則通過保護閥柱塞及體內氣路通大氣，總風遮斷閥處于開放位，機車可正常充風。

圖2 緩解位原理圖

（2）正常制動位（見圖3）

當制動閥手柄置制動位時，制動機處于制動狀態。斷鉤保護閥處于正常制動位。此時8號管壓力空氣被接通，轉換閥部活塞在8號管壓力空氣的作用下向上移動，處于上位。總風通路因轉換閥柱塞上移使溝通到保護閥柱塞處的通路被截斷。列車管通路和容積風缸通路經轉換柱塞溝通，使保護閥活塞兩側壓力可以得到溝通，不能形成壓力差，即使列車管減壓，容積風缸也隨同列車管一起減壓，保護閥活塞不動作，依舊保持原有溝通狀態不變。而保護閥到總風遮斷閥的那條通路則依舊通過保護閥柱塞及體內氣路通大氣，總風遮斷閥處于開放位，不會影響到機車的充排風。

圖3 制動位原理圖

（3）斷鉤保護位（見圖4）

當機車在運轉位時，斷鉤保護閥也處于正常充氣緩解狀態。此時若發生斷鉤事故，則列車管壓力應下降，隨著列車管壓力的下降，而保護閥部活塞上方的容積風缸壓力因充氣止回閥的作用不能回流，因此，保護閥活塞在容積風缸壓力的作用下向下移動，保護柱塞處于下位，總風到總風遮斷閥的通路被溝通，總風遮斷閥關閉，列車管不能補風，列車管壓力會迅速排凈，機車產生緊急制動并保持緊急制動狀態。

圖4 斷鉤保護位原理圖

（4）斷鉤保護作用的解除

當發生保護作用后，將制動閥手柄置制動位，保護作用自動解除。

在發生保護作用時，保護閥部在保護位，當手柄置制動位后（其他位也一樣），轉換部受制動閥控制，轉換到制動位，保護閥活塞兩側的壓力空氣既容積風缸和列車管的壓力空氣通過轉換閥柱塞溝通，活塞兩側壓力差消失，活塞在彈簧力的作用下恢復到充氣緩解位，總風遮斷閥控制管內的高壓風也通過保護閥柱塞排大氣，總風切斷功能解除，系統恢復到正常控制狀態。

4 性能特點

該裝置利用了JZ-7制動機的性能特點進行設計，利用8號管風壓力作為識別控制信號，通過控制總風遮斷閥對總風的遮斷實現斷鉤保護功能，不影響JZ-7制動機的正常功能。對于采用貨車位運用的機車，只要增加該裝置就可以實現斷鉤保護功能。若采用客車位進行運用則需采用改進后的自動制動閥，僅是增加一條管路把8號管風直接引出，不會影響到制動系統。在設計上，該裝置盡量采用JZ-7制動機在用零部件，方便維護檢修。該產品采用壓力控制的原理，具有結構簡單，性能可靠的特點。

5 試制過程

沈陽北車西屋軌道制動技術有限公司于2012年4月開始研制斷鉤保護裝置，于2012年5月28日通過了《斷鉤保護裝置》設計方案評審。2012年6月完成技術設計并開始進行樣機試制。為了確認方案設計是否合理，首先按功能對保護閥進行了分解，在驗證設計正確性后再進行整體樣機的試制。在分功能模塊驗證工程中，發現輸入壓力與輸出壓力之間偏差較大，未達到設計要求。經分析，發現是活塞柱塞端平衡壓力作用面積不足導致的。設計時為了結構更簡單，將柱塞尾部設計為通大氣，在實際動作過程中，活塞兩側壓力作用面積的不一致，導致最終平衡壓力的不一致。改進設計后，經再次驗證，達到了設計要求。在確認了結構和作用達到要求后于2012年10月至11月進行了斷鉤保護閥的整體設計及試制，試制完成樣機2套。

6 斷鉤保護裝置的性能試驗

6.1 試驗原理

為了驗證JZ-7型斷鉤保護裝置是否能夠達到設計要求，利用JZ-7型試驗臺模擬機車的列車管充、排風作用。當正常操作時，該裝置不起作用，當發生斷鉤時，列車管減壓，該裝置開始動作，切斷中繼閥風源，具體原理示意圖（見圖5）如下。

圖5 斷鉤保護裝置試驗原理圖

斷鉤保護裝置接到試驗臺風源接口處，中繼閥和JZ-7型制動閥分別安裝到試驗臺上，模擬機車操作。其中在JZ-7型制動閥的管座上把8號管和列車管2的控制壓力引出到斷鉤保護裝置上。

6.2 斷鉤保護裝置試驗結果

對兩套JZ-7型制動機斷鉤保護裝置在JZ-7型試驗臺上進行試驗的結果表明，生產的斷鉤保護裝置產品符合產品圖樣和技術條件，達到了設計要求，試驗結果見表1。

（1）模擬機車正常運行時，不論運轉位還是制動位，都不發生作用，JZ-7制動閥各項性能正常，斷鉤保護裝置對制動機無影響。

（2）模擬在列車正常運轉位發生斷鉤時，能夠自動切斷列車管的供風。當列車管的壓力下降在60 k Pa前，就可發生斷鉤保護作用，與列車管的減壓速度無關。當斷鉤保護裝置發生作用后，制動閥手柄置于制動位，系統能夠自動恢復正常控制狀態。

表1 斷鉤保護裝置在JZ-7型試驗臺上的試驗記錄

7 結束語

該裝置已經通過了地面試驗臺測試，其性能穩定，動作靈敏，控制可靠，能夠實現斷鉤保護作用。建議裝車運用考核。

［1］ TB/T 2420-93.內燃機車空氣制動機技術條件［S］.

［2］ 姜靖國，于勝利，等.JZ-7型空氣制動機［M］.北京：中國鐵道出版社，1989.

Research&Development of Protective Valve of the Disconnected Coupler for Type JZ-7 Locomotive Brake

LIU Bing，LIANG Hongju
（CNR Wabtec Railway Brake Technology Co.，Ltd.，Shenyang 110144 Liaoning，China）

This paper analyzes type JZ-7 locomotive brake，puts forward the scheme，principle and structure of the protective device of the locomotive disconnected coupler for type JZ-7 locomotive brake，and makes the trial-manufacture and test.

type JZ-7 locomotive brake；protective device of disconnected coupler；structure and principle

U260.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.04.09

1008－7842（2014）04－0044－04

?）男，高級工程師（

2014－01－22）