干熄焦焦罐台车制动装置设计选型

干熄焦焦罐台车制动装置设计选型

王学宝

（河北省冶金专用设备技术创新中心，秦皇岛秦冶重工有限公司，秦皇岛066318）

【摘要】介绍了焦罐台车制动装置的基本组成、工作原理及典型设计计算，比较分析了实际使用中的几种制动装置的优缺点。

【关键词】焦罐台车  制动装置理论计算  闸瓦  盘式  电磁  电液

1.焦罐台车

干熄焦焦罐台车是焦炉配套的机械设备之一，由电机车牵引沿熄焦轨道运行，来往于炭化室与干熄炉提升井架之间，将从炭化室中推出的红焦送往熄焦炉进行熄焦处理。其主要由车架、转向架、制动装置和焦罐导向架等组成。根据生产运输节奏的需要，台车走行速度设置为：180~200m/min（高速）；60m/min（中速）；25m/min（低速）和10m/min（微速）四档。

一般来讲，焦罐台车运行速度快，工作环境恶劣，载重质量大， 启、制动频繁，并还需保证焦罐台车在提升井架下的精确定位。 因此， 在走行速度控制方面需要考虑设置制动装置以保证走行速度调整及精确停车要求，制动装置设计上必须保证台车安全、稳定运行，尤其是在紧急状况下，在规定的制动时间及制动距离内能安全平稳的停车，避免发生重大安全事故。即要求制动装置提供一定的制动力，使焦罐台车在短时间内，短距离内停车，满足车辆紧急制动时的使用要求。从安全角度考虑，不论采用何种制动结构形式，制动力要求在在一定的合理范围内，不能过大，不能超过轮轨的最大粘着力，及要求车轮不打滑。

2.常规的闸瓦踏面气力制动单元理论计算：

设计条件：焦罐运载车满载车轮轮压P=150t，最高运行速度V=200m/min,车轮直径D=840mm，要求在高速工况下制动时间t=3s，制动减速度a=V/t=1.1m/s2，制动距离S=V*T-0.5*a*t2=5m。

焦罐台车走行过程中受到以下运行阻力：

①摩擦阻力F摩=P*(μd+2f)/D=1500N , 滚动摩擦系数f取0.0012，轴承滑动摩擦系数μ取0.02，

②风力F风= C*Kh*q*A=1.2*1*150*45=8100 N

③坡度阻力F坡=ω*P=0.001*150000=150 N

在焦罐台车在顺风、下坡工作状态下受到的总静运行阻力F静=F风+F坡-F摩=8100+150-1500=6750N

作用在焦罐车轴上的总静阻力矩M静= F静*D/2=2835 Nm

制动过程中由于惯性作用受到以下力矩：

1旋转部分的惯性力矩Md1=δJ n1/9.55t=1.2*100*200/π/D/9.55/3=317 Nm

2直线运行部分的惯性力矩Md2= PD2n1/38.2/t/9.8=1500000*0.84*0.84*200/π/0.84*38.2/3/9.8=7142 Nm

制动阶段所需总制动力矩M= Md1+ Md2+M静=2835+317+7142=10295 Nm

所需要的制动力F=2*M/D=2*10295/0.84=24511 N,

高磷铸铁闸瓦摩擦系数φ取0.24

则需要的制动压力Fn=F/φ=24511/0.24=102130 N

制动单元数量m=4

单个制动单元需提供制动压力Fn1=F/m=102130/4=25532.5N

选取的制动单元能够提供的正压力Fn=20~41 KN

制动单元安全系数n= Fn/ Fn1=41/25.5=1.6  满足使用要求。

3.焦罐台车常用的制动装置结构做简要的介绍：

①气力闸瓦连杆式制动装置

此为焦罐台车传统的制动装置，其制动原理：它以压缩空气为动力源，在气缸压力作用下通过复杂的连杆机构，推动闸瓦，产生闸瓦压正力，使闸瓦与车轮踏面产生摩擦阻力，驱使机车减速或停车。

此传统的闸瓦制动装置存在连杆机构复杂、 稳定性不强、 效率低、磨耗大、作用于两轮产生的制动力不均匀、制造成本高及维修量大等缺点，此种制动方式属于淘汰型结构。

②单元气动闸瓦制动装置

其制动原理：它以压缩空气为动力源，以制动箱体为基础将制动缸、制动机械放大结构、闸瓦间隙自动调整机构全部集成于箱体内，闸瓦单元则安装于制动箱体外侧。通过改变动力杠杆的角度，调整闸瓦输出制动力以适应不同规格的焦罐台车制动力矩要求，闸瓦单元可选装不同弧度曲面的闸瓦来适应不同的车轮直径要求，闸瓦间隙自动调整机构能够对正常磨耗间隙进行补偿，保证间隙均匀、动作可靠。

该系列制动器体积小，重量轻、安装拆卸方便、制动力大、制动力输出稳定，动作准确可靠，该型单元闸瓦制动装置为焦罐台车配套制动的主流型号。

其主要技术参数：制动倍率：额定4.4（在1.9~5.4调整），制动缸直径：φ178mm，制动额定风压450kPa，额定制动力≥37kN,闸瓦间隙补偿量≥5mm。

③电磁盘式制动器

电磁盘式制动器用制动盘安装于车轴上，其工作特点是：采用蝶形弹簧制动，电磁释放；带有衬垫磨损自动补偿装置；

适用于没有气体动力的源焦罐台车及在我国北部的寒冷地区, 冬季的气温低, 极限温度会达到零下35℃以下，不适宜用气力制动场合，但是电磁制动性能不稳定，影响制动效果，价格高，使用受限。

④电液闸瓦制动装置

电力液压制动装置为常闭型，工作电源：AC380V 50Hz ，采取弹簧制动，液压释放，闸片间隙可自动调整，可提供制动正压力20kN~41kN，同样适用在没有气体动力源及在我国北部的寒冷地区, 冬季的气温低, 极限温度会达到零下35℃以下，不适宜用气力制动特殊场合使用，并且较电磁制动输出制动力稳定、可靠，可完全替代电磁制动，其缺点是制造成本较高。

⑤电磁踏面制动装置

    与单元气力制动装置相同均是由闸瓦单元和制动箱体组成，依靠电力驱动制动，为常开式结构设计，工作原理是制动箱体接通交流380V、50Hz电源后制动电磁铁得电，推动闸瓦单元快速压向转动的车轮产生摩擦力，达到车辆快速停车和准确定位功能，闸片间隙同样可自动调整，可提供制动正压力20kN~41kN，保证制动闸瓦动作的同步性需要配套一拖二电控箱，其工作产生较大的强励磁电流达到29A、保持电流达到2.7A，焦罐台车频繁起、制动的使用工况下，对电磁铁的使用寿命及制动力输出的稳定、可靠性有待时间验证，并且制造成本较高，使用维护要求较高。

4.制动装置用闸瓦材质一般采用高磷铸铁闸瓦，制动闸片为合成材料闸片，摩擦材料不包括石棉或其它任何对人体有害的材料，符合环保要求，其平均摩擦系数最大可达到0.35。为便于闸瓦的组装，将闸瓦分为对称的2个半块，在其后嵌有钢背以保证闸瓦强度，闸片厚度一般为28mm，当任何一闸瓦磨耗到限（厚度为5mm）时，闸瓦需进行更换。

焦罐台车制动装置均为不带驻车功能，驻车功能一般由电机车制动装置提供。

结束语

经我们结合多年的设计经验及现场使用调试情况，简要介绍了焦罐台车各种制动装置理论计算、结构原理、制动形式及制动的优缺点，供从事相关设备设计使用人员参考、选用。

参考书籍：过玉卿主编  《起重运输机械》  华中理工大学出版社

        王行政主编   《铁道运输设备》  中国铁道出版社