铁路货车空气制动系统防尘技术研究

铁路货车空气制动系统防尘技术研究

郭永峰

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002

摘要：近年来，经过一系列的攻关工作，制动系统的可靠性得到大幅度提升，但仍存在因防尘不良致使制动系统内部清洁度差而导致的故障，影响行车安全。为改善列车运行品质，保障列车行车安全及行车秩序，本文开展铁路货车制动系统防尘技术研究，以期尽可能地减少因防尘不良造成的行车安全故障。

关键词：铁路货车；制动系统；防尘技术

1 空气制动系统及存在问题

货车空气制动系统是根据列车管中空气压力的变化操纵车辆的制动和缓解。若制动系统存有污染物，污染物可能会随着压力空气流动进入制动系统任一部件，进而影响制动系统性能。在实际运用中，主要包括以下几种情况:

（1） 空气控制阀内部清洁度差是运用中最突出的问题之一。残留或进入阀内部的各种污染物会损伤滑阀副研磨面、橡胶膜板和橡胶密封圈，堵塞阀内气路小孔，对阀的作用可靠性危害极大。

阀内部的污染物主要是运用过程中因气源质量差或防护不佳而进入阀内的灰尘、油污、杂质。采用磷化处理的货车空气控制阀球墨铸铁件防锈性能较差，在运用过程中阀体内腔及表面易产生锈蚀，锈斑掉进阀体关键零部件中，影响货车空气控制阀整机性能。

（2） 中间体、集尘器及各管路间有污染物，污染物随着压力空气流动至空气制动系统内部关键零部件中，影响整机性能。

（3） 制动缸运用一段时间后，缸体内出现锈蚀，制动缸润滑脂变为黑色，呼吸孔毛毡变为黑色，这些锈迹、灰尘及油污随着压力空气进入控制阀内影响阀的性能，还可伤害制动缸密封橡胶件，导致漏泄故障发生。

通过调研，发现因防尘不良致使空气制动系统内部清洁度差主要来自两方面:一是外部污染物侵入;二是内部锈蚀产生污染物。

2 空气制动系统污染物来源识别

2.1 防尘不良

2.1.1 集尘器防尘不良

为保证空气制动系统的清洁度，既有系统通过集尘器和中间体滤尘结构对压缩空气进行过滤。集尘器安装在制动主管与控制阀之间的制动支管上，用以清除制动主管压力空气带来的灰尘、杂质等污染物，以保证控制阀的正常作用。既有集尘器采用离心力除尘和重力除尘原理，但实际运用表明该结构原理仅对较大颗粒杂质有效，而对除尘效果有限，较小颗粒杂质仍会透过集尘器进入空气控制阀，影响制动性能。

2.1.2 中间体防尘不良

中间体作为安装座，使列车管、加速缓解风缸、副风缸、制动缸分别与主阀、紧急阀内各对应气路相连通。除了列车管通路使用的是铜基粉末冶金滤尘杯结构外，既有中间体与主阀、紧急阀各气路仅采用滤尘网进行过滤。滤尘网滤尘效果有限，各风缸和紧急阀中的一些空气杂质及锈迹容易穿过滤尘网进入到控制阀工作面，拉伤滑阀面，产生漏泄，导致制动阀动作不良，引起制动故障。

2.2 污染物来源

2.2.1 空气制动系统外部污染物来源

（1） 软管连接器缺少防护措施，摘车后污染物从软管连接器处进入。

（2） 现有空气控制阀主阀排气部和主阀下盖采用螺纹连接方式，在实际运用过程中会出现排气后倒吸或排风部丢失问题，使得外部污染物通过缓解气路进入到主阀内部，拉伤滑阀面，产生漏泄，导致控制阀动作不良，引起制动故障。

（3） 当制动缸缓解时，外界沙尘经过活塞杆和前盖润滑套之间的间隙被吸入到制动缸内，与制动缸润滑脂混合，不仅导致制动缸润滑脂氧化变质，更会加速制动缸内壁和密封圈的磨损，最终造成制动缸漏泄。在调研过程中发现制动缸缸体由于雨水进入并长时间存积，导致缸体内壁、活塞、活塞杆及缓解簧产生锈蚀，锈斑随着活塞杆的往复运动磨损膜板和橡胶件，造成漏泄。

（4） 在运用过程中，既有测重机构的传感阀触杆上的排气孔偶有堵塞现象，防尘罩脱落或防尘能力不够，空气中的污染物易堵塞传感阀排气孔，从而引起缓解不良。

2.2.2 空气制动系统内部污染物来源

（1） 现有制动阀铸铁件内腔采用磷化防锈处理，运用过程中铸铁件内腔产生锈蚀。在检修时，铸铁件内部锈蚀产生的铁锈易进入到阀体内腔死角，不易清理，在压力空气的作用下极有可能进入滑阀副作用面或堵塞限孔、气路，影响控制阀的性能。

（2） 制动缸内部锈蚀的原因有2个:经长期存放或长期运用后，潮湿空气进入缸体，缸体内壁的油膜被破坏不能持续保护缸体内壁;制动缸缸体自身不能防水，雨水进入缸体，导致缸体内部锈蚀。

（3） 现有新造车的管系均采用不锈钢材质，但仍有大量普碳钢在使用。压缩空气中含有的大量尘埃、水蒸气，运行过程中产生挥发性油污等杂质附着在制动管系内壁，导致内壁锈蚀，产生氧化皮等杂质。

（4） 部分普碳钢材质风缸出厂时内部就残存有杂质，且压缩空气中的尘埃和水蒸气导致内壁锈蚀，产生氧化皮等杂质。

3 解决方案

3.1 集尘器防尘结构优化

既有集尘器采用离心力和重力除尘原理，但其滤尘精度不高，仍有很多灰尘、小颗粒杂质等透过滤尘器进入制动系统内部，影响制动系统性能。为进一步提高空气制动系统风源质量，对集尘器进行结构优化，进一步提高过滤精度。

3.1.1 采用高过滤精度的粉末冶金滤尘器

因直径大于60 μm的漂浮物颗粒在空气中约占70%以上，在保证滤尘器通量足够的前提下，滤尘器选用40～60目铜基粉末冶金制造，过滤精度可达50 μm以上，最大限度地保证了进入控制阀内压缩空气的质量。

3.1.2 采用大过滤通量的W形滤尘器结构

受安装条件和相关标准限制，集尘器内部容积有限，为在有限的容积空间内尽可能增大滤尘器的有效过滤面积，将滤尘器设计为W形结构，以保证足够的过滤通量。

3.1.3 采用大容尘量的集尘盒

车辆长时间运用后，集尘盒会积满杂质，既有集尘器受结构限制，集尘盒容积不够大。新型集尘器底部集尘盒体积增大为既有的2.4倍，能够收集更多杂质。

3.2 中间体防尘结构优化

3.2.1 优化方案1

因中间体处列车管通路安装的是铜基粉末冶金滤尘杯，且通过常年运用，可验证其过滤精度高，过滤效果好。将滤尘网改为铜基粉末冶金滤尘杯结构，可有效提高过滤精度。

3.2.2 优化方案2

采用不锈钢滤层与不锈钢纤维结合仿生人手摇滚筛分技术，可精确控制不锈钢纤维分布，有效控制孔径的均匀性，最大限度提高开孔率，增大透气量，提高过滤精度。

对上述2种方案样品的容尘量、透气量等项目进行检测对比，认为方案2更为可靠。

3.3 软管连接器防尘结构改进

为防止外部污染物进入软管连接器，研究了一种新型自密封防尘式软管连接器，在既有软管连接器的基础上新增自动防尘机构，优化改进密封垫圈和连接器体结构。

自密封防尘式软管连接器工作原理:初始状态下，自动防尘机构在压紧弹簧的作用下，压紧在连接器体口部，与密封垫圈密贴，起到较好的防尘作用;连挂时，定位弹簧和旋转封门绕圆销旋转，与凸轮配合使整个防尘机构沿圆销直线下移，旋转封门远离密封垫圈;当旋转筒旋转到一定角度时，旋转封门被锁止;摘车后，防尘机构在扭转弹簧的作用下恢复到初始状态，起到防尘作用。

4 结论

为避免污染物对制动系统性能造成影响，最大限度地保证行车安全，通过现场调研，从系统层面识别出2个防尘不良点和8个污染物来源，并有针对性地开展了铁路货车空气制动系统防尘技术研究，其中部分技术已推广应用且运用效果良好，部分已开展样机试制及试验验证。这些技术的提出，可有效提高制动系统的清洁度，减少因污染物的侵入导致制动故障的发生。

参考文献

[1] 杨建平，盛震风，肖维远，等.120型货车空气控制阀优化改进[J].铁道机车车辆，2019，39（1）:89-92.

[2] 申燕飞，张瑞国.铁路货车组合式集尘器改进研究[J].铁道车辆，2014，52（5）:39-41.