一起鐵路貨車典型抱閘故障的原因分析*

張成國(guó)，楊衛(wèi)國(guó)，劉 巖

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

一起鐵路貨車典型抱閘故障的原因分析*

張成國(guó)，楊衛(wèi)國(guó)，劉 巖

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 機(jī)車車輛研究所，北京100081）

針對(duì)北方地區(qū)鐵路線2013年3、4月間發(fā)生的多起貨車制動(dòng)閥作用不良現(xiàn)象，取一典型抱閘故障分析，發(fā)現(xiàn)來(lái)自于副風(fēng)缸內(nèi)的殘留物在春季融化，制動(dòng)時(shí)隨壓力空氣侵入制動(dòng)閥閥體內(nèi)，從而造成制動(dòng)閥作用不良；列車的制動(dòng)主管不通暢，這些問(wèn)題都可能會(huì)導(dǎo)致列車出現(xiàn)抱閘故障。該分析便于制定針對(duì)性的糾防措施，有利于降低北方地區(qū)春季時(shí)的制動(dòng)系統(tǒng)故障、保障鐵路行車安全。

鐵路貨車；制動(dòng)抱閘；120-1閥；副風(fēng)缸；殘留物

鐵路貨車制動(dòng)系統(tǒng)故障是影響鐵路運(yùn)行安全的關(guān)鍵因素之一，也是重點(diǎn)關(guān)注和需著力解決的問(wèn)題。依據(jù)鐵路總公司（原鐵道部）發(fā)布的《鐵路貨車安全通報(bào)》和《貨車責(zé)任行車設(shè)備故障明細(xì)》，2011年1月—2013年6月發(fā)生的D類以上事故和行車設(shè)備故障中，制動(dòng)系統(tǒng)故障約占故障總數(shù)的30%，其中制動(dòng)抱閘多于管系漏泄故障，是貨車制動(dòng)系統(tǒng)故障中的首要因素［1］。分析造成抱閘故障的原因、制定明確有針對(duì)性的糾防措施，對(duì)于降低制動(dòng)抱閘故障、保障鐵路行車安全有重要意義。

1 現(xiàn)象描述

2013年3、4月間，運(yùn)行于朔黃鐵路、青藏鐵路等北方鐵路沿線的貨車出現(xiàn)多起空氣制動(dòng)閥作用不良的情況，這些故障車運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，多于2012年末或2013年初新造出廠。下面以其一例抱閘故障進(jìn)行分析。2013年3月底，檢查員技檢時(shí)發(fā)現(xiàn)某大列機(jī)次53位（編組58輛）C80車有抱閘現(xiàn)象，閘瓦托磨損，5～8位輪輻變色發(fā)紅。該抱閘的C80車裝用120-1型制動(dòng)閥，配2個(gè)203×254制動(dòng)缸，出廠時(shí)間為2013年2月。

該車所裝用的120-1制動(dòng)閥在制動(dòng)閥出廠時(shí)性能檢驗(yàn)合格，貨車廠裝車時(shí)試驗(yàn)臺(tái)性能檢驗(yàn)合格，裝車后單車試驗(yàn)合格，列車試驗(yàn)合格；然而裝車運(yùn)用僅1個(gè)多月即發(fā)生列車抱閘現(xiàn)象。因此，分析造成該車出現(xiàn)制動(dòng)抱閘的原因具有一定代表性和典型意義。

2 性能試驗(yàn)及分解

造成貨車制動(dòng)抱閘的因素可能有多種，如列車管通風(fēng)不暢、制動(dòng)閥作用不良、閘調(diào)器作用不良、空重閥作用不良等，這些因素可通過(guò)單車試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行鑒別和判斷。

2.1 單車試驗(yàn)

對(duì)出現(xiàn)制動(dòng)抱閘的貨車解編后通過(guò)單車試驗(yàn)器進(jìn)行單車試驗(yàn)，單車試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在過(guò)球、感度兩項(xiàng)故障，閘調(diào)器、空重閥項(xiàng)目試驗(yàn)均合格（表1）。而將故障車于環(huán)境條件下（當(dāng)?shù)靥鞖馇纭囟龋?℃～17℃）放置6天后更換120－1制動(dòng)閥再次進(jìn)行單車試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目全部合格，即小球順利通過(guò)列車管，感度正常（表1）。

表1 故障車更換制動(dòng)閥前后單車試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2.2 120-1閥的試驗(yàn)臺(tái)性能試驗(yàn)

故障車的制動(dòng)閥于環(huán)境條件下在車上放置6天后再拆卸，將該120-1閥主閥裝進(jìn)干燥、潔凈的箱后運(yùn)抵制動(dòng)室。拆箱前即發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)泡沫中有散落的黃色液體，將該120-1閥主閥取出后發(fā)現(xiàn)主閥閥體內(nèi)有液體流出，主閥安裝面和閥體內(nèi)部有多個(gè)液珠粘附（圖1）。

查該120-1制動(dòng)閥在出廠和在主機(jī)廠裝車時(shí)的檢驗(yàn)記錄，各項(xiàng)性能指標(biāo)均合格（表2）：主閥排氣口、局減排氣口漏泄數(shù)值＜10 cm3/min，遠(yuǎn)小于要求的80 cm3/min；緩解阻力、一局減通量近似為中值；20 s內(nèi)流量計(jì)最大值均有較大裕度，這說(shuō)明該120-1制動(dòng)閥在出廠和裝車時(shí)性能均處于較佳狀態(tài)。

圖1 120-1主閥開(kāi)箱后流出的液體及法蘭面粘附的液珠

表2 120-1閥出廠、裝車、故障后的性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

而對(duì)有液體流出和內(nèi)部粘附液珠的該120-1制動(dòng)閥進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)性能試驗(yàn)檢查，發(fā)現(xiàn)該閥有4項(xiàng)性能指標(biāo)不合格，緩解位主閥排氣口和局減排氣口出現(xiàn)大漏，緩解阻力約升高至原來(lái)阻力的4倍，另有常用加速制動(dòng)3項(xiàng)性能試驗(yàn)已不能正常進(jìn)行（表2，其中正常項(xiàng)未列出）。

2.3 閥體分解

對(duì)該120-1制動(dòng)閥進(jìn)行解體檢查，分解后發(fā)現(xiàn)閥體內(nèi)作用部腔間有液體等異物（圖2），作用部下活塞上有較多白晶狀物質(zhì)（圖3），主閥下蓋減速?gòu)椈勺g除白晶狀物外，還有大團(tuán)的黃色泥狀物（圖3）。主閥體內(nèi)的列車管通路、制動(dòng)缸通路、加速緩解風(fēng)缸通路較潔凈，未發(fā)現(xiàn)液體或其他異物（圖4）。

圖2 主閥體作用部腔內(nèi)的液體

圖3 下活塞的白晶物（左）和下蓋減速?gòu)椈勺g的黃色物

圖4 閥體的列車管、制動(dòng)缸、加速緩解風(fēng)缸通路未發(fā)現(xiàn)異物

3 原因分析

對(duì)抱閘后車輛的首次單車試驗(yàn)結(jié)果顯示車輛發(fā)生過(guò)球故障（單車試驗(yàn)時(shí)截?cái)嗳T關(guān)閉，空氣不流經(jīng)制動(dòng)閥），而該C80車在環(huán)境條件下（當(dāng)?shù)靥鞖馇纭囟龋?℃～17℃）放置6天后更換新的120-1制動(dòng)閥再次進(jìn)行單車試驗(yàn)，過(guò)球試驗(yàn)合格，該車抱閘后的首次過(guò)球故障原因不明。若列車的制動(dòng)主管不通暢，會(huì)影響空氣流量和信號(hào)的傳遞，可能會(huì)造成車輛運(yùn)用時(shí)緩解不良而造成抱閘現(xiàn)象，也可能造成列車不制動(dòng)或制動(dòng)力不足等嚴(yán)重后果，此問(wèn)題需引起足夠的重視。

該抱閘車輛裝用的120-1制動(dòng)閥，出廠時(shí)性能合格，性能指標(biāo)處于較優(yōu)狀態(tài)（表2）。制動(dòng)閥從閥制造出廠到閥裝車的時(shí)間僅為1個(gè)多月，裝車時(shí)的性能指標(biāo)跟出廠時(shí)的差別不大，這說(shuō)明該制動(dòng)閥的制造質(zhì)量較為穩(wěn)定（表2）。然而裝車后運(yùn)用僅1個(gè)多月，其多項(xiàng)性能指標(biāo)惡化，緩解位主閥排氣口和局減排氣口出現(xiàn)大漏，緩解阻力大幅升高，常用加速制動(dòng)性能完全喪失。

該制動(dòng)閥分解時(shí)列車管通路、制動(dòng)缸通路、加速緩解風(fēng)缸通路均較潔凈（圖4），不明異物均存在于副風(fēng)缸通路。副風(fēng)缸經(jīng)制動(dòng)支管與中間體連接，中間體與主閥通過(guò)法蘭面溝通。根據(jù)閥體分解的結(jié)果，這些液體、結(jié)晶狀物質(zhì)及黃色物的來(lái)源途徑可能為副風(fēng)缸、副風(fēng)缸連接管路、中間體的副風(fēng)缸氣路和主閥的副風(fēng)缸通路。

若這些異物為制動(dòng)閥制造時(shí)主閥體內(nèi)殘留，則試驗(yàn)臺(tái)性能檢驗(yàn)時(shí)難以合格。我們對(duì)中間體的副風(fēng)缸氣路容積進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示中間體的此段副風(fēng)缸氣路容積較小（不足30 cm3），所以中間體的副風(fēng)缸通路容積難以容納制動(dòng)閥解體時(shí)發(fā)現(xiàn)的如此多異物而又能保持故障前的多次試驗(yàn)性能合格。

根據(jù)氣路走向分析，我們認(rèn)為這些異物來(lái)自于副風(fēng)缸或其連接支管。副風(fēng)缸作為氣密性容器在制造加工后需進(jìn)行水壓檢驗(yàn)（壓力為900 k Pa），試驗(yàn)完畢后對(duì)氣缸內(nèi)的液體進(jìn)行了排、吹干；但如在北方，冬季溫度較低，水壓試驗(yàn)后個(gè)別副風(fēng)缸未及時(shí)吹掃、清理干凈，則其內(nèi)部液體可能會(huì)結(jié)冰殘留于副風(fēng)缸或支管內(nèi)，裝車后至來(lái)年春季溫度升高后融化。在制動(dòng)時(shí)，融化的液體等異物隨副風(fēng)缸的高壓空氣吹出，進(jìn)入制動(dòng)支管，并隨空氣經(jīng)支管侵入中間體，最后進(jìn)入主閥體，留存于作用部主活塞的下部，或透過(guò)局減彈簧和局減閥座侵入主閥下蓋，從而造成制動(dòng)閥性能故障（圖5）。此現(xiàn)象并非孤例，2013年3、4月份運(yùn)行于北方鐵路沿線的貨車發(fā)生的多起制動(dòng)閥作用不良故障，在更換新閥時(shí)均普遍發(fā)現(xiàn)存在閥體內(nèi)侵入液體現(xiàn)象。因此，我們建議副風(fēng)缸等風(fēng)缸在水壓試驗(yàn)時(shí)參照原鐵道部運(yùn)裝貨車［2010］130號(hào)文《鐵路貨車制動(dòng)管系組裝技術(shù)條件》5.6.1項(xiàng)等相關(guān)文件［3］要求嚴(yán)格執(zhí)行，注意對(duì)管路及風(fēng)缸及時(shí)清潔，冬季時(shí)北方地區(qū)尤要注意，嚴(yán)防風(fēng)缸或支管內(nèi)的殘液結(jié)冰。

圖5 空氣制動(dòng)閥制動(dòng)位氣路圖［2］（黑色箭頭示意了副風(fēng)缸內(nèi)液體侵入主閥的路徑）

結(jié)合該120-1閥解體時(shí)的發(fā)現(xiàn)，制動(dòng)閥出現(xiàn)緩解阻力升高顯著等現(xiàn)象，與主閥體作用部下活塞內(nèi)壁和下蓋減速部間出現(xiàn)了液體、白色物和黃色物導(dǎo)致作用部運(yùn)動(dòng)阻力變大的特征相吻合；這些物質(zhì)若侵入滑閥副摩擦面，也會(huì)導(dǎo)致主排氣口和局減排氣口漏泄超標(biāo)。綜合上述分析，可基本判定該120-1閥解體時(shí)主閥體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的這些異物是導(dǎo)致該120-1制動(dòng)閥性能出現(xiàn)故障的原因。綜合車輛抱閘后的單車試驗(yàn)結(jié)果和該120-1制動(dòng)閥的試驗(yàn)臺(tái)記錄分析，該120-1閥在運(yùn)用中雖因異物造成了主排氣口和局減排氣口漏泄嚴(yán)重超標(biāo)的性能故障，但在單車試驗(yàn)中漏泄性能仍然能夠合格，本例中這兩個(gè)問(wèn)題可能未影響列車的緩解。而制動(dòng)閥緩解阻力偏高以及偏高程度對(duì)于貨車抱閘的影響尚需進(jìn)一步試驗(yàn)。

4 結(jié)論及建議措施

（1）若列車的制動(dòng)主管不通暢，車輛在運(yùn)行中將存在不可預(yù)知的制動(dòng)安全隱患，可能會(huì)影響車輛的緩解或造成抱閘現(xiàn)象，此問(wèn)題需引起足夠重視。

（2）該120-1制動(dòng)閥解體時(shí)主閥下活塞處發(fā)現(xiàn)的白色物、下蓋減速部分的黃色物來(lái)自于副風(fēng)缸氣路而不是制動(dòng)主管。這些物質(zhì)隨空氣流動(dòng)侵入120-1制動(dòng)閥內(nèi)后導(dǎo)致該閥主排氣口和局減排氣口漏泄嚴(yán)重超標(biāo)，并阻礙作用部分運(yùn)動(dòng)使緩解阻力偏大。

（3）建議副風(fēng)缸等在水壓試驗(yàn)時(shí)按照原鐵道部運(yùn)裝貨車［2010］130號(hào)文《鐵路貨車制動(dòng)管系組裝技術(shù)條件》5.6.1項(xiàng)等相關(guān)文件要求嚴(yán)格執(zhí)行，對(duì)風(fēng)缸及管路及時(shí)清潔；同時(shí)建議改進(jìn)清潔風(fēng)缸的現(xiàn)行工藝，防止在北方地區(qū)冬季時(shí)風(fēng)缸或管路內(nèi)的殘液結(jié)冰。

（4）120和120-1制動(dòng)閥制造時(shí)在各環(huán)節(jié)也要注意清潔度的問(wèn)題，清洗尤其是清洗后需及時(shí)吹（烘）干，保證制動(dòng)閥的清潔度和產(chǎn)品質(zhì)量，保障鐵路行車安全。

［1］ 鐵道部.鐵路貨車安全情況通報(bào)［S］.2011—2013.

［2］ 夏寅蓀，吳培元.120型空氣制動(dòng)機(jī)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1995.

［3］ 鐵道部運(yùn)裝貨車130號(hào)文.鐵路貨車制動(dòng)管系組裝技術(shù)條件［S］.2010.

Reason Analysis of a Typical Case of Unexpected Brake Shoe Seized on Wheel in Freight Train

ZHANG Chengguo，YANG Weiguo，LIU Yan
（Locomotive＆Car Research Institute，China Academy of Railway Science，Beijing 100081，China）

For the northern railway line，braking valves in freight train have gone bad dozens of times in March and April of 2013.Take a typical brake failure case to conduct analysis，and it is found that the residual freezing matter in auxiliary reservoir melt in spring，when the freight train was braking the melted matter intruded into valve body with charging airflow，causing adverse effects of the valve.Besides，the brake pipe of the freight train seemed to be not smooth.These factors were both likely to result in unexpected brake shoe seized on wheel.This analysis is to facilitate to formulate the corrective and preventive measures targeted，help to reduce the brake failure events happened in northern region in spring and to protect the safety of the railway.

freight train；unexpected brake shoe seized on wheel；120-1 type valve；auxiliary reservoir；residual matter

U270.35

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.25

1008－7842（2014）01－0112－04

*科技部“軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)制造技術(shù)研究”（2012EG123029）。

0—）男，助理研究員（

2013－08－17）