陈韫韬

摘要：随着铁路电气化、高速化、重载化的不断发展，迫切需要高性能和安全可靠的铁路装备。本文详细阐释列车制动系统技术，结合目前我国列车制动系统的应用现状，提出改进的观点和实现方案。

关键词：电空制动系统；电空阀；风缸；空气位

1 前言

随着经济社会的快速发展、运输需求不断增长，作为国民经济大动脉的铁路运输在相当长的时间内仍会存在运能与运量的矛盾。根据《中长期铁路网规划》和我国铁路发展战略，到2020年，全国铁路营业里程规划目标为12万㎞以上，其中客运专线为1.6万㎞，电化率为60％，体现了铁路电气化、高速化、重载化的发展方向。高速及重载列车的发展对列车制动系统提出了更新更高的要求，性能优良的列车制动机系统是确保列车安全行车的重要技术装备。因此，列车制动技术的研究、创新与发展始终是铁路技术领域中的一项重要任务。目前，除传统的空气制动外，动力制动、轨道电磁制动技术已得到成熟和广泛地运用。几种不同的制动技术在列车上组合使用能够实现优势互补，大大提高列车制动系统的性能和安全可靠性。但空气制动始终是列车制动系统的基础，空气制动技术仍需不断地完善和提高。

我国自行研制的干线主型机车制动机有DK- 1型机车电空制动机和JZ- 7型机车空气制动机，车辆制动机有F-8空气制动机、104型空气制动机、120型空气制动机。其中，F-8空气制动机、104型空气制动机和JZ- 7型机车空气制动机通过加装电控装置改造为电空制动机，实现列车制动系统的电控化。列车电空制动机提高了制动波速和缓解波速，有利于全列车制动的同步性，解决列车的纵向冲动和缩短制动距离问题。下面以DK—1型机车电空制动机和120型货车车辆制动机所组成的列车制动系统为基础，探讨列车电空制动系统的技术思想和实施方案。

2 技术思想

我们知道，空气制动系统是以压力空气为作用动力和控制信号的。由于空气波的存在使制动系统的控制信号在传输中存在延时问题，对于长大列车这种延时更加严重，使列车各车辆间的制动和缓解作用不同步，造成严重的行车安全隐患，这是空气制动机的主要问题。

采用由机车电空制动机和车辆电空制动机组成的列车电空制动系统就是一个很好的解决方案。DK- 1型电空制动机就是一种性能优良的机车电空制动机，但现有国内车辆电空制动机都是在原有的空气制动机基础上通过加装电空阀等电控装置改造为电空制动机的。车辆电空制动机技术途径是用电信号取代了空气信号，这样基本解决了空气波延时问题，大大提高了制动波速和缓解波速，但对于制动和缓解的控制作用仍是以制动管压力为基础，受到制动管压力不均衡性及制动管压力空气扰动和泄漏等不确定因素的影响，不能从根本上解决列车制动和缓解作用的同步性问题，同时制动力的控制不够精确，各车制动力的一致性得不到保证。

针对以上问题，本文提出一种列车电空制动系统的性能改进方案。其技术思想是在车辆制动机中增设控制风缸和电控装置，通过机车、车辆间的电气联接直接接受机车制动机的电气指令。制动时，由制动电控阀、控制风缸完成对制动力的精确控制，达到全列车制动作用在时间上、制动力上保持一致；缓解时，由缓解电控阀控制缓解，并采取先慢后快的脉冲控制方式，使全列车的缓解作用同步分阶段进行，确保列车的平稳性

3  列车电空制动系统技术改进方案

3.1 系统组成

列车电空制动系统以DK- 1型机车电空制动机和120型车辆制动机为基础，在车辆制动机上加装制动电空阀、缓解电空阀、空电转换电空阀、充风电空阀、电空阀管座和继电器箱，并通过电缆及各车辆间的接插件与机车制动机实现电气连接，组成列车电空制动系统。各部件的连接关系如下图1：

图1 列车电空制动系统原理图

⑴ 电路部分

车辆及机车间的电气连接采用五线制，与目前的列车电空制动系统电气连接兼容。电气连线分别来自DK- 1型机车电空制动机控制电源线801，地线，和800，821，837三根信号线（800、820、837）。

   制动电空阀、缓解电空阀、空电转换电空阀、充风电空阀全部采用闭式电空阀。图1中，700kA、701kA、702kA为电磁式中间继电器，用于进行信号连锁。

⑵ 气路部分

   在120型控制阀空气管路基础上，增设控制风缸及各电空阀控制管路。

   控制风缸用于控制120型控制阀的制动作用。机车电空制动机处于电空位，大闸在制动位和中立位时，控制风缸与120型控制阀之间的空气管路连通，使120型控制阀的动作接受控制风缸控制。即在列车制动时，各车辆的120型控制阀根据控制风缸的压力变化而动作，确保各车辆制动机与机车制动作用的同时性及对制动力的精确控制。

空电转换电空阀用于120型控制阀与控制风缸和列车管之间的气路转换控制。机车电空制动机处于电空位，大闸在制动位和中立位时，空电转换电空阀得电，连通控制风缸与120型控制阀之间的空气管路；机车电空制动机处于空气位或大闸在电空位下的其他各位时，空电转换电空阀失电，连通制动管与120型控制阀之间的空气管路。

    充风电空阀用于控制制动管对控制风缸的充风气路。机车电空制动机处于电空位，大闸在过充位和运转位时，充风电空阀得电，连通控制风缸与制动管之间的空气管路，实现对控制风缸充风。

    制动电空阀用于对控制风缸的排风进行控制。当机车制动机进行排风减压时，各车辆制动电空阀得电，与机车同时排风，并且控制减压量与机车制动机保持一致。

    缓解电空阀用于控制各车辆的缓解作用。当机车电空制动机处于电空位，大闸在过充位和运转位时，缓解电空阀得电，连通制动缸的排风气路，使各车辆制动机与机车制动机同步进行缓解作用。

3.2 作用原理

    列车电空制动作用是在机车制动机的控制下完成的，下面以机车DK- 1型电空制动机在各位的控制作用阐释本方案列车电空制动作用原理。

⑴ 电空位下，大闸在过充位和运转位时，机车制动机对制动管充风。

当导线837得电，中间继电器700kA得电的情况下，空电转换电空阀失电，连通制动管与120型控制阀之间的空气管路。120型控制阀根据制动管压力变化产生缓解作用。

    缓解电空阀得电，连通车辆制动缸的排风气路。此时，由于制动管中缓解波的传播速度慢于电信号的传播速度，所以在各车辆制动机产生缓解作用前，缓解电空阀使各车辆与机车制动机同时产生预缓解作用。这样就形成了两个阶段的缓解作用，保证了各车辆与机车间缓解作用的高度一致性，有效地防止了列车在缓解中的纵向动力作用，特别是对于长大列车有重要意义。

   充风电空阀得电，连通控制风缸与制动管之间的空气管路，使控制风缸充风到定压。

   制动电空阀失电，不产生控制作用。

⑵ 电空位下，大闸在制动位

   当导线837、821、800（非过减）失电，中间继电器700kA、701kA、702kA失电的情况下，空电转换电空阀得电，连通控制风缸与120型控制阀之间的空气管路。

    制动电空阀得电，连通控制风缸的排风管路，与机车同步进行排风减压，其减压量大小与机车制动机保持一致，实现全列车制动作用。此时，车辆制动机的动作只受控制风缸控制而与制动管无关。即保证了各车辆制动作用的同时性，又能够精确控制各车辆的制动力。

   缓解电空阀和充风电空阀失电，不产生控制作用。

⑶ 电空位下，大闸在中立位

   当导线837，821失电，800得电，中间继电器700KA，702KA失电，701KA得电的情况下，空电转换电空阀得电，连通控制风缸与120型控制阀之间的空气管路。

   制动电空阀、缓解电空阀和充风电空阀失电。此时，控制风缸既不充风，也不排风，全列车处于保压状态。

⑷ 电空位下，大闸在重联位、紧急位

   当导线821，800得电，837失电，中间继电器，702kA、701kA得电，700kA失电的情况下，空电转换电空阀、制动电空阀、缓解电空阀和充风电空阀同时失电。此时，车辆制动机中的电控部分不产生控制作用，车辆制动机恢复到原空气制动机状态。

⑸ DK- 1型电空制动机在空气位

DK- 1型电空制动机在空气位时导线801失电，空电转换电空阀、制动电空阀、缓解电空阀和充风电空阀同时失电。此时，车辆制动机中的电控部分不产生控制作用，车辆制动机恢复到原空气制动机状态，即列车由电空制动转换为空气制动状态。

4 性能和特点

   通过以上对列车电空制动作用原理的分析，本方案具有以下特性：

4.1 列车中各车辆的制动、缓解作用与机车同时、同步进行，彻底解决了空气波作为控制信号所产生的一系列问题，很大程度上改善了列车的纵向动力作用，大大提高列车运行的平稳性；

4.2 列车在制动过程中，可做到对制动力的精确控制，解决了制动管减压量在各车辆间分布的不均衡性以及由于制动管泄漏所造成的制动力变化的影响；

4.3 具有良好的电转空和混编性能。当电空被切除或发生故障时，能够自动转换为原空气制动的各种作用。提高了列车操纵的灵活性，符合我国国情；

4.4 该电空制动技术在电控线路贯通的情况下，即使列车中折角塞门被关闭，只要列车具有一定的压力空气，机车仍能施行电空制动，使列车具有制动能力，对于保障行车安全是有一定的作用；

4.5 本方案可操作性强，对铁路运输安全带来显著效益。