GCD-1000軌道車儲能駐車制動系統技術改造研究

趙廣苗

(中國神華軌道機械化維護分公司,天津 300467)

1 概述

GCD-1000軌道車（以下簡稱“軌道車”）主要用于大型養路機械清篩出污土運輸、大修機組進出封閉施工區間往返及車列轉場等牽引，是國內目前功率最大的軌道車。該車為B0-B0軸列式電傳動，兩個動力轉向架，輪芯輪轂式車輪，設有JZ-7G空氣和儲能駐車兩套制動系統，單側閘瓦基礎制動，有單元制動器和儲能駐車單元制動器（以下簡稱“駐車單元制動器”）兩種型號，駐車停放時，駐車單元制動器作用在II軸車輪踏面實施駐車制動。運用中發生駐車制動不緩解、駐車緩解指示燈亮顯示不正確、有總風時無駐車制動、駐車制動電氣控制系統失靈、車輪輪箍弛緩等故障。分析儲能駐車制動系統的駐車單元制動器、氣動控制和電氣控制工作原理，研究制定了技術改造方案，以降低儲能駐車制動系統的故障率。

2 故障和問題分析

2.1 駐車單元制動器選型不合理

軌道車風壓源于空氣壓縮機，壓力為700～900kPa；運用中作補機時，該車列車管由擔當主機的軌道車通過JZ-7G空氣制動系統充風，壓力為500kPa，該車因故障總風壓降至儲能駐車制動緩解壓力550kPa以下便實施駐車制動，須停車處理影響軌道車正常運行，若處理不及時易發生車輪擦傷、輪箍弛緩故障。即使利用列車管風源，因列車管風壓不足駐車單元制動器緩解所需壓力，仍存在制動緩解不徹底現象。因此，駐車單元制動器選型不合理。

2.2 電氣控制系統失靈

正常情況下，儲能駐車制動系統手動控制旁路上塞門應關閉，電磁閥排風管路上塞門應開啟。由于這兩個塞門開啟和關閉狀態不正確，導致電氣控制失靈。駐車制動緩解時，因手動旁路控制回路上塞門開啟，氣動控制系統經手動控制旁路直接向單元制動器充風，駐車緩解指示燈亮，操控電氣控制系統駐車緩解按鈕，電磁閥接通電控氣動回路，兩回路同時向駐車單元制動器充風，觀察不到電氣控制系統的作用。駐車停放制動時，操控電氣控制系統駐車制動按鈕，駐車單元制動器經電磁閥排風，但排風回路上塞門關閉，駐車單元制動器無法排風，同時手動控制旁路一直向駐車單元制動器充風，不能實施駐車制動，顯然因氣動回路問題導致電氣控制系統失靈。

2.3 駐車制動不緩解

駐車制動緩解時電磁閥線圈常得電發熱易發生燒壞故障，氣動控制系統無法向駐車單元制動器內充入風，駐車制動不緩解。運行中發生此類故障，駐車單元制動器內的風經電磁閥排出而實施駐車制動，造成車輪輪箍弛緩或擦傷。

2.4 有總風時無駐車制動

儲能駐車制動系統手動控制旁路上塞門和電磁閥排風管路上塞門開啟和關閉狀態不正確，有總風壓時，壓力風經手動旁路控制回路向駐車單元制動器內充風，駐車制動處于緩解狀態，而電磁閥排風回路塞門關閉即使電磁閥接通排風回路，駐車單元制動器因無法排風，不能實施制動。此時，駐車單元制動器只能通過總風管排風實施制動。

2.5 氣動控制系統壓力不穩定

軌道車總風管路為儲能駐車制動、空氣制動、撒砂、生態衛生間等系統供風，由于空壓機故障、管路漏風等原因，造成總風壓低于儲能駐車制動系統風壓即不足550kPa時，低壓風缸中壓力風經減壓閥向總風管路充風。此時，儲能駐車制動系統風壓隨總風壓下降而降低，導致儲能駐車制動緩解不徹底，且制動力隨總風壓下降而增大，造成車輪弛緩或擦傷事故。

2.6 駐車緩解指示燈顯示不正確

儲能駐車制動氣動系統中壓力開關觸點閉合壓力范圍在350～420kPa，與系統設定壓力550kPa不匹配，壓力開關故障或壓力值標定不正確。當氣動系統壓力達到200kPa時，壓力開關觸點閉合，接通電氣控制系統駐車緩解顯示電路，指示綠燈點亮，讓司機誤判駐車制動緩解。

2.7 總風壓不足時無警示功能

總風壓低于550kPa時，儲能駐車制動系統向總風管充風，使駐車單元制動器實施駐車制動，無警示系統提醒司乘人員須采取應急措施。

3 工作原理

儲能駐車制動系統由駐車單元制動器、氣動控制和電氣控制等組成。

3.1 駐車單元制動器

圖1 駐車單元制動器

圖2 氣動控制原理圖

駐車單元制動器工作原理和結構如圖1所示，主要由兩個獨立相互隔離的制動缸和停放缸、基礎制動裝置、主彈簧、復位彈簧、手動快速緩解裝置等組成。軌道車運行前停放缸內充風駐車制動緩解，運行中停放缸內風壓恒定不參與軌道車制動。軌道車行車中制動與緩解通過控制制動缸充風和排風實施，制動時制動缸內充風制動鞲鞴連同楔形塊下移，基礎制動裝置推動閘瓦移向車輪踏面實施制動；緩解時制動缸內風排出，復位彈簧推動制動鞲鞴連同楔形塊上移，基礎制動裝置帶動閘瓦離開車輪踏面緩解制動。

駐車制動時停放缸內風排出，主彈簧推動緩解鞲鞴、活塞體、調整螺桿及調整螺母同時下移，調整螺桿推動制動鞲鞴實施制動。駐車制動緩解時，有風狀態下向停放缸內充風緩解鞲鞴上移壓縮主彈簧，活塞體、調整螺桿和調整螺母上移到停放缸體頂部，復位彈簧推動制動鞲鞴上移制動緩解。無風狀態下搬動手動快速緩解裝置，駐車制動緩解，但駐車單元制動器停放缸充一次風僅能實施儲能制動。

3.2 氣動控制系統

儲能駐車制動系統氣動控制工作原理如圖2所示，總風壓經減壓閥至550kPa充入低壓風缸，通過電氣和手動旁路兩種方式控制向駐車單元制動器內充風和排風，兩種方式不能同時操控。電氣控制駐車制動緩解時，550kPa風經氣動電磁閥向駐車單元制動器停放缸內充風；電氣控制駐車制動時，駐車單元制動器停放缸內風經電磁閥和塞門1排出。手動控制駐車制動緩解時，先關閉電磁閥排風回路塞門1再打開手動旁路控制回路塞門2，550kPa風經手動旁路向駐車單元制動器停放缸內充風；手動控制駐車制動時，先關閉手動旁路塞門2再打開電磁閥排風回路塞門1，駐車單元制動器停放缸內風經電磁閥和塞門排出。

3.3 電氣控制系統

儲能駐車制動系統電氣控制工作原理如圖3所示。駐車制動緩解時，操控司機室工作臺駐車緩解按鈕6SB1(或6SB2)，其常開觸點閉合，接通繼電器11KD和電磁閥Y電路，即電源-5SB1常閉觸點-5SB2常閉觸點-6SB1(或6SB2)閉合的常開觸點-繼電器11KD線圈和電磁閥YC；同時繼電器11KD得電形成自保電路，即電源-5SB1常閉觸點-5SB2常閉觸點-繼電器11KD閉合的常開觸點-繼電器11KD線圈，即使松開6SB1(或6SB2)按鈕后其常開觸點斷開，電磁閥YC仍處于得電狀態，即電源-5SB1常閉觸點-5SB2常閉觸點-繼電器11KD閉合的常開觸點-電磁閥YC。操控駐車制動按鈕5SB1（或5SB2）其常閉觸點斷開，繼電器11KD失電常開觸點斷開，電磁閥YC失電。

當駐車單元制動器停放缸內風壓達到550kPa時，壓力開關P觸點閉合，繼電器12KD得電常開觸點閉合，駐車制動緩解指示燈點亮；同時繼電器12KD常閉觸點斷開，駐車制動指示燈熄滅。當駐車單元制動器停放缸內風排出壓力不足550kPa時，壓力開關P觸點斷開，繼電器12KD失電常開觸點斷開，駐車緩解指示燈熄滅；同時繼電器12KD常閉觸點閉合，駐車制動指示燈點亮。

圖3 電氣控制原理圖

4 技術改造

4.1 駐車單元制動器選型

駐車單元制動器選用JDYZ-5F型，通過選擇合適的制動倍率達到車輪踏面制動力的要求，其與ZYZD-2型技術參數對比如下表1。

表1

4.2 氣動控制系統

儲能駐車制動系統氣動控制技術改造后工作原理如圖4所示，總風管和列車管任意一個氣動回路向低壓風缸內充風，經減壓閥調到駐車制動緩解所需風壓，即總風管-壓力開關-順序閥調至500kPa-低壓風缸內-減壓閥；或列車管-單向閥-低壓風缸內-減壓閥，順序閥單向性能阻止了駐車制動系統和列車管內風充入總風管，單向閥阻止了駐車制動系統和總風管內風充入列車管，確保儲能制動系統風壓不受列車管和總風壓變化影響。通過電氣和手動旁路兩種方式控制駐車單元制動器內充風和排風，電氣控制駐車制動緩解時壓力風-電磁閥-梭閥（風壓推動閥芯切斷手動控制回路）-駐車單元制動器停放缸內充風；電氣控制駐車制動時，駐車單元制動器停放缸內風-梭閥-電磁閥排出。手動控制駐車制動緩解時，壓力風-手動換向閥-梭閥（風壓推動閥芯切斷電氣控制回路）-駐車單元制動器停放缸內充風；手動控制駐車制動時，駐車單元制動器停放缸內風-梭閥-手動換向閥排出。

兩端司機室內分別安裝一塊壓力表,通過手動換向閥切換順序閥和減壓來觀察其調整壓力，用于調試、檢測和監視。

圖4 改造后氣動控制原理圖

4.3 電氣控制系統

儲能駐車制動系統電氣控制技術改造后工作原理如圖5所示，總風管風壓不低于500kPa時，壓力開關P2觸點斷開，繼電器101KD失電，常閉觸點閉合，操控駐車緩解旋鈕開關6SB1(或6SB2)到1位，繼電器11KD得電其常開觸點閉合，電磁閥1S2得電，即電源-6SB1(或6SB2)1位-101KD常閉觸點-11KD閉合的常開觸點-1S2。當駐車單元制動器停放缸內風壓達到壓力開關P1設定值（480kPa）時壓力開關P1觸點斷開，繼電器12KD得電，開關指示燈6SBH1和6SBH2點亮，即電源-12KD常閉觸點-6SBH1和6SBH2；11KD常閉觸點斷開，操控駐車制動旋鈕開關5SB1（或5SB2），電磁閥1S1不得電，起到互控作用。行車時，操控6SB1(或6SB2)到2位，電磁閥1S2失電，電磁閥閥芯自鎖功能維持駐車單元制動器停放缸內風壓，駐車制動電路11KD常閉觸點閉合。當駐車單元制動器停放缸風壓降到壓力開關P1閉合設定壓力（450kPa）時觸點閉合，繼電器12KD線圈得電，常開觸點閉合，繼電器11KD得電其常開觸點閉合，電磁閥1S2得電，即6SB1(或6SB2)2位-12KD常開觸點-11KD常開觸點-1S2,向駐車單元制動器停放缸內補風，維持駐車制動緩解所需風壓；駐車制動電路11KD常閉觸點斷開，形成互控電路。駐車停放時先關閉6SB1(或6SB2)旋鈕切斷駐車制動緩解供電，再操控駐車制動旋鈕開關5SB1（或5SB2），磁閥1S1得電，即5SB1（或5SB2）-11KD常閉觸點-1S1，駐車單元制動器停放缸內風排出，當駐車單元制動器停放缸內風壓降到壓力開關P3設定值（0kPa）時，觸點閉合，指示燈5SBH1和5SBH2點亮，表明實施駐車制動。停止操控駐車制動旋鈕開關5SB1（或5SB2）自動復位，切斷駐車制動電路，電磁閥1S1失電，電磁閥閥芯自鎖功能維持駐車單元制動器停放缸內處于無風狀態。

圖5 改造后電氣控制原理圖

發動機啟動、空氣壓縮機故障或總風管路泄漏時等引起總風壓低于500kPa時，壓力開關P2觸點閉合，繼電器100KD線圈得電，其常開觸點閉合，司機室內報警指示燈H1和H3點亮，蜂鳴器H2和H4開始報警；繼電器101KD得電，常閉觸點斷開切斷駐車制動緩解控制電路，形成總風壓與電氣控制駐車制動緩解互控電路。總風壓不低于550kPa時，壓力開關P1觸點斷開，繼電器100KD失電其常開觸點斷開，司機室內報警指示燈H1和H3熄滅，蜂鳴器H2和H4停止報警；繼電器101KD失電，常閉觸點閉合接通駐車制動緩解控制電路。

5 結語

儲能駐車制動控制系統技術改造方案較改造前具有以下優點。

5.1 增加駐車單元制動器停放缸內供風源

選用JDYZ-5F駐車單元制動器停放缸內可由空壓機和列車管兩路供風，消除軌道車運行中因總風壓不足時實施駐車制動的安全隱患。

5.2 增加供風量，防止向總風管充風

氣動控制回路設置順序閥，順序閥將進入低壓風缸內風壓調節高于氣動控制系統所需壓力，增加低壓風缸內風的供應量；順序閥單向性防止儲能駐車制動系統的風充入總風管。

5.3 電氣和手動旁路控制兩種方式操作獨立和互補

在氣動控制回路設置梭閥，操縱任意一種控制方式，同時切斷另一種控制回路，確保了每種控制方式的獨立性，同時兩種方式又具有互補性。

5.4 操縱便捷、顯示直觀并增加警示功能

兩端司機室內工作臺側面上駐車制動開關旋轉操作后自動復位，駐車制動緩解開關增加行車位2，防止誤操作，同時便于觀察指示燈的顯示情況。壓力表安裝在便于司乘人員觀察的工作臺上，運行中可隨時觀察壓力。增設了總風壓力低于500kPa時的報警電路，通過指示燈顯示和蜂鳴器語音提醒司乘人員應采取有效措施。

5.5 氣動、電氣控制系統具有互控功能

總風壓不足駐車制動緩解所需壓力，切斷駐車緩解制動控制電氣，實現氣動系統與電氣系統互控；氣動回路設置梭閥，實現駐車制動控制系統手動操作與電控操作間互控；接通駐車制動緩解控制電路，切斷駐車制動控制電路，實現駐車制動與緩解控制電路互控。

5.6 延長繼電器和電磁閥使用壽命

儲能駐車制動系統電氣控制改造后將原電路中常得電工作所有繼電器和電磁閥改為得電啟動系統工作，失電后系統仍處于正常工作狀態，防止線圈長時間通電發熱而易損燒的故障，延長其使用壽命。

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