铁路漏斗车制动系统集成化探讨

铁路漏斗车制动系统集成化探讨

赵明  袁太红

（中车太原机车车辆有限公司，山西 太原 030026）

摘 要: 在铁路货车原有惯性故障得到有效控制、大幅降低的同时，制动系统故障在货车惯性故障中越来越突显。故障型式中管系漏泄是主要表现型式之一，经分析，制动管系和制动部件之间的接口繁多产生系统漏泄的主要原因之一。为此，以简化管系、减少接口为思路，对货车制动模块化、集成化进行了探讨。

关键词: 制动 故障 集成化

引言

近年来随着铁路货车通用技术的发展，铁路货车原有惯性故障得到有效控制，并大幅降低，同时制动系统故障在货车惯性故障中越来越突显。为了降低制动系统故障所占比例，各设计主导厂也在制动管路、制动配件进行了技术提升设计；同时依据机客车制动集成化、模块化应用情况，提出了货车制动模块化、集成化的思路。

1目标

简化既有70t级铁路漏斗车风制动系统中120阀模块的120型控制阀、限压阀、50L副风缸、28L降压风缸、11L加速缓解风缸、集尘器间连接管系、减少接口，从而节约空间，并减轻生产和检修的工作量，提出一种可集成安装上述制动部件的制动装置，满足我国既有主型漏斗车的组装要求。同时运用轻质材料，满足车辆整体轻量化要求。

2   既有货车制动布置情况及问题

既有铁路漏斗车空气制动装置的安装均设置在车辆二位端的地板面上，整个风制动系统呈分散式安装，各阀、风缸及制动缸之间通过钢质管路连接，管路采用制动管吊进行固定，由于制造过程中各相邻管吊的组装存在一定的误差，导致管吊定位尺寸不准确，组装不正位，在制动管系组装时存在管吊座安装面与制动管间隙大于管垫厚度5mm，或小于管垫厚度5mm的情况，制动管吊组装时进行了强力组装，对制动管系连接处的密封性能造成了影响。同时在运用中存在组装抗力，管在管系与法兰接头体焊接处出现折断现象，造成管系漏泄和制动系统功能失效，严重影响行车安全。

3   技术分析

3.1  结构分析

铁路货车风制动装置由主要由120中间体（内有0.6L局减室和0.5L紧急室）、120主阀（包括半自动缓解阀）、120紧急阀、X-A型限压阀、不锈钢组合式集尘器、50升风缸、11升加速缓解风缸、28升降压风缸及配件间连接管路构成。根据120阀主阀和120紧急阀装于中间体思路，可将主阀、限压阀、DN25弯头、S弯头DN20、三腔室等配件集中组装在板式中间体上，只预留与列车管、制动缸及测重机构的接口。同时，这种多配件集成在板式通路模块上的方案在国外近年新造铁路货车也有应用案例。

在既有车辆风制动设计中，为紧凑结构空间，设计有双室风缸（既50×11L双室风缸或11×28L双室风缸），而进一步将三个风缸合成一个50×11×28L三室风缸组装可以与板式中间体连接，实现更大集成化。

3.2  材料分析

既有货车装用的风缸多为T4003不锈钢材质制作，因此可选用成熟不锈钢材料作为三室风缸的材料，这样可以保持既有风缸制作工艺。

近年来，铁路运输轻量化成为货车产品追求的目标，而降低车辆自重、增加车辆载重也是提升货运量，是提高用户满意度最快捷的方式。制动系统钢质的风缸总重量也有一百公斤以上，集成三室风缸后重量也不轻，给安装运输带来困难。在国外制动系统风缸有采用铝合金的先例，为此本方案也进行了铝合金风缸设计。参考EN286-4《轨道车辆中空气制动设备和气动辅助装置用铝合金制压力容器》和GB/T38106《压力容器用铝及铝合金板材》，选用牌号为5083的材料作为铝合金三室风缸的材料。相应焊接材料应与被焊材料相容，且强度不应低于被焊材料，所以三室风缸焊材选用5183的铝合金。

依据上述集成化结构分析，板式中间体内含有通向各阀件和风缸等配件通路，且通路较为复杂，而铸造铝合金能够很好实现通路设计，同时具有很好的结构强度，也能够大大减轻整体重量，因此板式中间体采用铝合金，并在通路上留有监测传感器连接孔，用螺堵进行封堵，安装监测传感器时取消螺堵。

在进一步降低系统自重的思路下，可以将120阀主阀、紧急阀、限压阀阀体及三通等附件用铸造铝合金来制造。这样，铁路货车集成制动装置重量将小于80kg，也便于整体组装和调整。

3.3  强度分析

由于铁路货车为列车编组运行，所受应力较大，为此，对板式中间体、支架及三室风缸等部件按TB/T 3548-2019《机车车辆强度设计及试验鉴定规范-总则》标准中的相关规定进行结构强度分析计算，制动系统集成化结构所有缸及其连接件均离散成四节点板壳单元，所有阀及中间面板均采用实体建模，其结算结果表明：三室风缸和支架结构强度满足TB/T 3548-2019标准的要求。最大应力为25 MPa，壳单元最大应力为60 MPa，最大变形为0.58mm。由此可见方案二结构应力更低，变形更小。

同时紧固件脱落会对车辆运行带来安全风险，因此也需要进行紧固件抗剪强度分析。在结构分析的基础上，对三室风缸与板式中间体的连接螺栓，支架与板式中间体连接铆钉进行抗剪计算分析。经分析所选强度等级为8.8级，规格为M16×80的螺栓满足该通用货车集成制动装置中三室风缸与板式中间体的连接强度要求。

4   集成化方案

集成制动装置（见图1）主要由120主阀（包括半自动缓解阀）、120紧急阀、X-A型限压阀、紧急腔室、不锈钢组合式集尘器、DN25弯头、S弯头DN20、50×11×28L三室风缸组装及支架等集中组装在板式中间体（外部嵌入0.6L局减室和0.5L紧急室）上，中间面板安装风缸侧设计0.5L紧急室及0.6L局减室容积腔，采用盖板式安装，只预留与列车管、制动缸及测重机构的接口。其中，板式中间体材质为铝合金；50×11×28L三室风缸组装由50L×11L×28L三室风缸、风缸吊、法兰盘DN10、法兰体及接头体组成，中间体与支架、三室风缸之间分别采用铆钉、螺栓连接，三室风缸与支架之间采用风缸吊箍连接。

通过三维仿真分析表明，该集成制动装置满足配装于既有70t级各型铁路漏斗车，并简化了管系，减少了接口及节约了空间。

图1  集成制动装置三维图

5   结束语

通过结构分析、材料分析、强度分析，并提出了一种集成制动方案。该方案满足我国既有铁路漏斗车的组装要求，制动配置与现有的货车基本相同，保持车辆原有的制动性能不变，同时简化了管系、减少了接口。同时该方案采用铝合金板式中间体有效提高制动装置的清洁度和耐腐蚀性，也降低了整体风制动系统重量，方便车辆组装，且置结构紧凑、节约空间，且具有防盗防脱功能。也为铁路制动系统集成化，提供了良好思路。

参 考 文 献

[1] 严隽耄，傅茂海.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[2] 中车太原机车车辆有限公司.铁路漏斗车风控、制动系统集成化与运用状态监控

技术研究报告[R].2022.12