铁路客车制动系统运用故障诊断和处置技术探讨Word格式文档下载.docx

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1.1制动系统概述

该系统的工作原理为：

通过人为操作将外力施加在处于运动状态的物体上，使其能够减速或停止，或者施加于在处于非运动状态的物体上，使其能够保持非运动状态。

基于该原理的作用力被命名为制动力。

要使运动中车辆减速或停车，需要对其施加一与其运动的方向相反的作用力，以达到使列车减速或停车的目的，即施行制动作用。

所施加的外力即为制动力。

解除制动作用的过程称为缓解。

列车制动停车后，起动加速前或运行途中限速制动后，加速前均要解除制动作用，即施行缓解作用。

制动装置是使用外力，即制动力，对运行状态下的机车车辆实施减速或停车的执行机构，是铁路机车车辆的重要组成部分，是确保列车行车安全和运行正常的前提条件和重要保证。

性能先进的制动装置是提高铁路运输能力的前提条件。

从客观的角度来说，列车如果能够采用先进的制动技术，能够很大程度上使其时速，载重能力等得到明显的提高，因此制动技术对于列车而言是重要技术之一。

如果没有先进的制动技术，就无法实现铁路运输现代化。

1.2制动装置的组成与原理

通常情况下，装配在车辆上具有制动及缓冲作用的相关零件所构成的装置就是制动装置，以压缩空气作为动力源。

列车制动装置供风系统、自动控制阀、制动机、基础制动装置和制动管几大部分组成。

在上述部分中，供风系统和自动控制阀通常运用于机车上，而制动机及基础制动一般运用于机车及车辆上，制动管是列车能够正常运作的关键装置之一，制动系统的所有部件均是通过它来衔接。

供风系统一般由总风缸及空气压缩机构成，其能够产生空气并进行储存和压缩，它是制动系统动力的来源之一。

自动控制阀是由司机操作和控制的制动系统的装置，通过操纵手柄，控制制动管的排风和充风。

然后由制动管，为整个制动系统提供所需的压缩空气，传递动力源，使每个制动机及相关装置进行相应的动作。

制动机由多个部件构成，其中具有典型意义的包含空气分配阀及制动缸等，而基础制动装置的结构部件为制动梁，若干传动杠杆机构及闸瓦。

当制动管进行减压操作时，空气分配阀将会启动，使储存的压缩空气将进入制动缸中，导致活塞进行运动，此基础制动装置发挥其作用，使装置中的闸瓦将车轮踏面紧紧压住，或者使装置中的闸片将轴上的制动盘紧紧压住，从而有效抑制车轮运动，最后实现使车辆减速或停止的作用。

而在制动管进行充风升压操作的时候，空气阀将会使风缸的管路被阻断，然后将压缩空气排放到大气中，同时活塞由于弹簧的拉力而复位，基础制动装置分离，从而实现缓解的效果[11]。

图1-1制动系统结构原理图

第2章基础制动装置

在上文详细介绍了该装置的构成部分，通常情况下，将这种装置装配于转向架上。

作用是把由制动机产生的压缩空气充入制动缸，再将制动缸的活塞上产生的推动力通过杠杆机构的工作原理扩大适当的倍数，然后均匀地传给各个闸瓦，使闸瓦压紧运动的车轮，将动能通过摩擦转化为热能，而产生制动作用。

其形式可分为闸瓦制动和盘形制动。

该装置类型中的闸瓦式，通常又分为多种类型，其中具有代表性的包括单侧闸瓦式、多闸瓦式等，多闸瓦式较为少见。

老型客车或运行速度低的客车一般采用双闸瓦式基础制动装置，其基础制动系统类同货车基础制动系统，制动缸推杆推出后，靠杠杆、拉杆系统将制动缸力传到闸瓦上。

因客车制动率要求高，车轮直径也比较大，故一般用两块闸瓦对施压给一个车轮。

这种制动装置，传动效率低是其固有的缺点，而且这一大套基础制动装置在车体底架上横七竖八的布置。

增加重量，既不利行车安全，也加大维修工作量。

2.1闸瓦制动装置

由于闸瓦制动是靠闸瓦和车轮踏面进行摩擦，也称之为踏面制动。

根据各车轮上的闸瓦块数量通常分为三种，分别是单侧、双侧及多闸瓦式。

其中单侧具体代指车轮仅有一侧设置了闸瓦的制动方式，我国目前绝大部分货车都采用这种形式。

一般的铁路客车和特种货车大多采用双闸瓦式制动，即车轮两侧都安装有闸瓦，因其车轮直径比较大，制动率也要求比较高，故一般用两块闸瓦对施压给一个车轮。

而多闸瓦式应用较少。

图2-1闸瓦制动原理示意图

通常情况下，双侧较单侧而言，前者摩擦面积比后者大了一倍，而闸瓦单位面积所承受的压力相对较小，并且散热面积同样增加了一倍，这样不但减少闸瓦的磨耗量，还可降低闸瓦与车轮踏面摩擦时产生的高温，延长车轮的使用寿命，更便于获得较大的制动力。

此外由于每轴的车轮两侧的闸瓦制动时同时压集车轮，可以克服单侧闸瓦式制动引起的各种弊端，比如车轴的不平衡受力。

故目前一般客车和特种货车（如机械保温车、长大货物车等）大多采用这种双侧闸瓦式的基础制动装置。

但由于双侧闸瓦式的结构比较复杂，一般侧架式货车转向架仍然安装单侧闸瓦式基础制动装置。

随着闸瓦工作时间的增加，闸瓦会因不断地与车轮踏面的摩擦而变薄，从而导致制动力降低，进而降低制动效率。

因此，闸瓦制动装置都配有闸瓦间隙自动调整器。

安装好新的闸瓦时，调整好闸瓦与踏面之间的间隙，当每次制动后，根据闸瓦的磨耗，可以自动调整制动缸活塞的行程，使闸瓦与踏面仍保持原有的间隙，从而保证应有的制动力。

图2-2闸瓦制动装置结构图

一个闸瓦制动单元需要知道它的制动缸缸径、杠杆放大比例、活塞推出的平均阻力和整个传动系的机械效率等数据，才能精确得到所需要的制动力。

在列车进行制动的过程中，闸瓦紧紧包裹着车轮踏面，利用两者之间产生的摩擦力使车轮转速降低，在这个过程中将产生大量的热能，而热能是否能够快速消散，很大程度上影响着制动效果的好坏。

由于闸瓦的摩擦面积小于车轮踏面的摩擦面积，所以在闸瓦进行制动作用时，车轮将会主要承担摩擦产生的热量。

所需的制动力越大，制动时车轮的热负荷也越大，温度一般将达到400~450℃范围内。

如果车轮踏面的温度超过一定范围时，很有可能导致踏面出现严重受损情况，不光会减少使用寿命还将给行车过程带来安全隐患[12]。

从客观的角度来说，常规的踏面闸瓦制动虽然存在明显的缺陷，但其对保持车轮踏面的光洁度能够起到一定程度的作用，有利于轮轨的黏着。

2.2盘形制动装置

随着旅客列车速度的提高和制动效率要求的提高，闸瓦制动的弊端凸显得愈加明显，盘形制动逐渐成为目前主要的基础制动装置。

现代客车基础制动装置都采用盘形制动和闸瓦制动混合使用的方法，以盘形制动为主，闸瓦制动为辅[11]。

盘形制动装置构造如图2-3所示，和上文介绍的装置相似，结构部件通常为闸片，制动盘，制动缸及夹钳。

其中夹钳装置结构较为复杂，其中具有典型意义的包含闸片托、支点拉板等。

而其杠杆具有提高制动率和安装闸瓦托及闸片的作用。

制动时，制动缸中的活塞推出并带动杠杆，通过夹钳使装在闸片托上的闸片同时夹紧制动盘的两个摩擦面，产生制动作用。

图2-3盘形制动原理示意图

而该装置和闸瓦装置最为明显的差异为，盘形制动装置增加了固定在车轴上的制动盘，夹钳闸瓦托上的闸片与制动盘的摩擦，取代了闸瓦与车轮踏面的摩擦，制动力不直接作用在踏面上。

制动盘采用更耐磨耐高温的材料，可以获得更大的摩擦系数。

两个摩擦面中间是中空的结构，便于空气流通，并且摩擦面积大，具有更好的散热性能，制动效果明显优于闸瓦式制动，同时又大大减小了踏面的热负荷和机械磨耗。

并且制动较为平稳，噪声很小，可以根据需要选择多种安装形式。

这正是盘形制动被普遍采用的原因所在。

稍有不足的地方是，缺少踏面与闸瓦的摩擦，轮轨黏着系数有所降低。

多了制动盘这一结构，增加了轮对重量。

盘形制动单元的安装方式为制动缸浮动点式悬挂安装，支点拉板为一悬挂点，两个闸片托的吊杆为另外两个悬挂点。

根据客车重量和速度进行基础制动能力设计时，有多种安装方式：

有一轴二轴盘式的，有一轴三轴盘式的，甚至一轴四轴盘式的（以上或都配踏面制动单元）。

同样具有间隙自动调整器，不同于闸瓦制动的间隙是闸瓦与踏面的间隙，盘形制动需要调整的是闸片与制动盘之间的间隙。

图2-4轴盘式盘形制动

第3章基础制动运用中常出现的故障

3.1踏伤的危害

踏面损伤通常分为踏面擦伤、磨损及剥离。

其带来的危害如下：

（1）给轮轨之间的接触状态带来负面影响，同时很大程度上加大了两者之间的冲击振动，造成轨道受损及使用寿命减短。

（2）使列车运行中的振动明显增大，并使其相关配件出现松动或折断等情况，带来很大的安全隐患。

（3）使轴承承受的更大冲击力，导致其寿命明显减短。

（4）如果是客车，将使其振动增大并发出很大的噪声，从而影响乘坐人员的舒适感。

（5）如果是货车，将使其振动增大从而造成车载货物损坏。

（6）使踏面磨损更严重，破坏了列车运行的稳定性，同时使轮轨的接触面积增大从而加大运行阻力。

（7）使踏面磨损更严重，导致轮缘外的侧距减小，加大车轮的横向振动，从而带来很大的安全隐患。

3.2踏面擦伤的原因

3.2.1踏面磨耗

（1）转向架技术状态存在问题；

（2）牵引装载定数超出一定范围；

（3）由于对线路进行的养护不到位；

（4）因为轮轨的形状及材质不符合相关标准；

（5）车辆在轨道上常年行驶。

3.2.2踏面擦伤

使其形成的因素较多，其中具有代表性的包括列车行驶速度、轨面湿度情况等，下文将对这些因素进行阐述:

（1）当列车进入行驶状态或进行加速时，闸瓦未发挥缓解作用，导致车轮在轨道上滑行。

（2）列车进行制动的过程中，制动力不符合列车要求，而闸瓦将车轮抱死，使其在轨面上滑行，造成多块块擦伤。

例如，机车制动机和给气阀未能发挥良好作用，使制动管压力超过标准从而导致制动力过大；

（3）由于轨面环境关系，导致列车的粘着力低于制动力。

（4）各种车型的车辆进行挂接的过程中，由于它们之间制动率存在差异，制动率超过标准将导致踏面擦伤；

在行驶过程中进行紧急制动的过程中，闸瓦将车轮抱死。

（5）同一轮对车轮直径存在较大差别[10]。

（6）制动机出现故障导致列车进行紧急制动的过程中，制动装置异常；

制动缸活塞行程为及时进行调整，导致制动力不一致；

3.2.3踏面剥离

当列车的制动力超过标准或闸瓦将车轮抱死时，导致车轮滑行于钢轨上而造成踏面擦伤，同时，踏面与闸瓦之间产生摩擦而形成高温，在温度降低后，擦伤处表层金属刚度降低，在随后的减速制动中，有较大可能性使踏面上金属小块发生脱落的情况，从而形成踏面剥离。

如今，列车行驶速度及重载很大程度上使踏面损伤越加严重。

3.3踏面擦伤在线自动检测方法

3.3.1位移检测法

这种方法是基于踏面和轮缘间出现的高度差变化，通过踏板法对踏面的擦伤情况进行检测的一种方法。

当车轮的踏面受损后，将使其相关半径减小，从而导致t相对于钢轨的位置低于h。

通常情况下，车轮上的t点不受到影响，所以从t点发生位置的变化可以看出踏面受损的情。

因此测取h，在经过修正过后能够计算出目前踏面受损的数值。

此法结合位移测量技术来使用非常方便。

这种方法具有诸多优点，其中具有代表性的包括列车时速低时测量精准，测量装置易安装等。

但其也存在不足之处，主要表现在测量的精度将受到诸多方面的影响，无法在列车时速高测量等。

除此之外