地鐵軌道平臺(tái)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)的研制

張龍　翟鳳宇

摘 要：本文介紹了一種基于103E閥地鐵軌道平臺(tái)車空氣制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)閘瓦壓力進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：空氣制動(dòng) 103E閥 軌道平臺(tái)車

Development of Air Braking System for Metro Rail Platform Car

Zhang Long，Zhai Fengyu

Abstract：This article introduces the design of an air brake system based on 103E valve subway rail platform car， and verifies the brake shoe pressure. The results meet the relevant standards.

Key words：air brake， 103E valve， rail platform car

公司簽訂了地鐵工程車采購(gòu)合同，包括三種車型軌道平板車、平板吊車、軌道平臺(tái)車。三種車型的空氣制動(dòng)系統(tǒng)略有不同，均采用103E控制閥，本文主要介紹軌道平臺(tái)車的制動(dòng)系統(tǒng)。

1 車輛結(jié)構(gòu)

1.1 車輛基本結(jié)構(gòu)

軌道平臺(tái)車由底架組成、鉤緩組成、風(fēng)制動(dòng)裝置、手制動(dòng)裝置等組成，底架長(zhǎng)寬為13000mm×2560mm，車輛定距9200mm，最高時(shí)速80km/h，自重23噸，載重30噸。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

設(shè)計(jì)時(shí)，閘瓦摩擦力不得大于輪軌間的粘著力，以避免制動(dòng)后閘瓦抱死車輪在鋼軌上滑行;其次考慮緊急制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離不超過(guò)規(guī)定的制動(dòng)距離[1]。軌道平臺(tái)車設(shè)計(jì)要求為：列車以80km/h的速度施行緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)距離不超過(guò)400m且不發(fā)生滑行。

1.3 驗(yàn)證依據(jù)

目前，貨車定型之前都未開(kāi)展列車緊急制動(dòng)距離試驗(yàn)，但需要依據(jù)鐵路貨車靜態(tài)閘瓦壓力試驗(yàn)技術(shù)條件進(jìn)行靜態(tài)閘瓦壓力試驗(yàn)[2]。在已開(kāi)行定型的各種新編組列車前，均需進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，歷次驗(yàn)證試驗(yàn)中，緊急制動(dòng)距離試驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)定[3]。因此，通過(guò)檢查制動(dòng)率（單位車重的閘瓦壓力）可以驗(yàn)證列車能否在規(guī)定的緊急制動(dòng)距離內(nèi)停車，無(wú)需再進(jìn)行制動(dòng)距離試驗(yàn)。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

2.1 已知設(shè)計(jì)參數(shù)

轉(zhuǎn)向架為斜立中拉桿式的結(jié)構(gòu)，杠桿在車體的一位側(cè)傾斜，轉(zhuǎn)向架采用帶利諾爾減震器的焊接構(gòu)架式轉(zhuǎn)向架，自重3.6噸，單側(cè)閘瓦制動(dòng)，采用低摩合成閘，制動(dòng)倍率為6.7，如圖1所示。

平臺(tái)車采用用戶要求的103E型貨車空氣分配閥，60L副風(fēng)缸、11L工作風(fēng)缸、10寸制動(dòng)缸，空車制動(dòng)缸壓力為190kpa，重車制動(dòng)缸壓為360kpa。

2.2 制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)輸入

制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù)匯總?cè)绫?：

2.3 制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

假設(shè)車輛為勻減速制動(dòng)，根據(jù)牽規(guī)[1]中的要求：

（1）

式中：

k——車輛每塊閘瓦的實(shí)算閘瓦壓力（kN）

nk——全車閘瓦數(shù)量（8）

pk——制動(dòng)缸空氣壓力（Kpa）

dk——制動(dòng)缸直徑（d=254mm）

η——基礎(chǔ)制動(dòng)裝置計(jì)算傳動(dòng)效率

Υ——車輛制動(dòng)倍率

車輛制動(dòng)率θ=≤ （2）

式中：

Σk——全車閘瓦總壓力（kN）

Q——車輛重量（自重+載重）（kN）

μb——輪軌粘著系數(shù)

——閘瓦磨擦系數(shù)

新型低摩合成閘瓦瞬時(shí)摩擦系數(shù)

=0.25×·+0.0006（100—V0）

濕軌粘著系數(shù)μb

μb=0.0405+13.55/（V+120） （4）

貨車運(yùn)行基本阻力ω0″：

重車工況：

ω0″=0.92+0.0048V+0.0001251V2 （5）

空車工況：

ω0″=2.23+0.0053V+0.000675V2 （6）

式中：

V——車輛制動(dòng)過(guò)程中不斷變化著的速度（km/h）

緊急制動(dòng)距離計(jì)算公式：

Sb=Sk+Se（7）

Sk=（8）

Se=Σ（9）

式中：

Se——有效制動(dòng)距離（m）

Sb——實(shí)際制動(dòng)距離（m）

Sk——空走距離（m）

V0——制動(dòng)初速（km/h）

tk——空走時(shí)間（s）

ω0d——列車單位基本阻力（kg/T），對(duì)單個(gè)車輛取ω0d=ω0″

ij——制動(dòng)地點(diǎn)的加算坡度值，平直道ij=0

tk=（1.6+0.065n）（1-0.028ij）（10）

式中：

n——列車編組輛數(shù)，取n=2

單輛：tk=1.73（s）

空車工況：

總的制動(dòng)有效距離Se=ΣΔS=287.43m

tk=（1.6+0.065n）（1-0.028ij）=1.6+0.065x60=5.5

制動(dòng)距離Sz=Sk+Se=90x5.5/3.6+387.43 =324.93<400m。

重車工況：

總的制動(dòng)有效距離Se=ΣΔS=281.02m

tk=（1.6+0.065n）（1-0.028ij）=1.6+0.065x20=2.9

制動(dòng)距離Sz=Sk+Se=90x5.5/3.6+481.02

=345.46<400m。

空車工況：θ=0.237<μb/=0.411

由計(jì)算結(jié)果可知，空車、重車均該制動(dòng)系統(tǒng)均滿足緊急制動(dòng)距離的要求。

3 閘瓦壓力試驗(yàn)驗(yàn)證

車輛落成后，為檢查靜態(tài)閘瓦壓力驗(yàn)證車輛制動(dòng)率是否滿足在規(guī)定緊急制動(dòng)距離內(nèi)停車的要求進(jìn)行了閘瓦壓力試驗(yàn)。試驗(yàn)按照鐵路貨車壓力試驗(yàn)技術(shù)條件進(jìn)行，重車位時(shí)實(shí)測(cè)制動(dòng)缸壓力為369kp，空車時(shí)實(shí)測(cè)制動(dòng)缸壓力為189kpa，表2為閘瓦試驗(yàn)結(jié)果。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，空車時(shí)單塊閘瓦壓力與全車閘瓦壓力的平均值偏差在0.1%-11.2%之間，重車時(shí)單塊閘瓦壓力與全車閘瓦壓力的平均值偏差在0.1%-14.5%之間，只有2位閘誤差偏大，符合靜態(tài)閘瓦壓力試驗(yàn)技術(shù)條件中關(guān)于閘瓦壓力偏差“通用貨車應(yīng)不大于±%12.5，允許有一塊閘瓦壓力值超過(guò)該值”的規(guī)定[2]。

該空氣制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)測(cè)閘瓦壓均值空車誤差為1.2%，重車為2.5%，考慮是重車位傳動(dòng)效率（0.9）的選取過(guò)大所致，傳動(dòng)效率應(yīng)考慮車輛運(yùn)行狀態(tài)較靜止?fàn)顟B(tài)有所提高選取合理的數(shù)值[5]，計(jì)算時(shí)重車工況取0.85，誤差為1.2%，較為合理。通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果證明該空氣制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是可行的，該車已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)，運(yùn)用狀態(tài)良好。

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