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文檔簡介
1、新型多功能安全折角塞門的原理、技術(shù)方案與應(yīng)用意義 王翌冬 王世誠_前言 “防止列車折角塞門非正常關(guān)閉”重大科研攻關(guān)課題(簡稱“防關(guān)技術(shù)”)已困擾國內(nèi)外鐵道行業(yè)多年。新型多功能安全折角塞門創(chuàng)建全新的設(shè)計(jì)理論,以最簡單可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)、最輕松方便的使用方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防范四大類非正常關(guān)閉因素、特別是人為破壞和操作失誤的危害和多種安全作業(yè)自動(dòng)防護(hù)功能,為鐵路運(yùn)輸提供安全、可靠、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)保障,有望使我國在“防關(guān)技術(shù)”研究領(lǐng)域達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)如果經(jīng)過驗(yàn)證后移植應(yīng)用到機(jī)車自動(dòng)閥(俗稱“大閘”)上,有望不做其它任何改造即可大幅度提高原有機(jī)車車輛制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)性能,使之更加適合高速、重載、長大
2、列車編組的需要,可能具有極高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。今將該項(xiàng)技術(shù)的原理、技術(shù)方案與應(yīng)用意義闡述如下,供業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員研討。主題詞 新型多功能安全折角塞門關(guān)鍵詞 原因淺析 設(shè)計(jì)原理 技術(shù)方案 應(yīng)用意義以往眾多研究方案雖然至今尚無成功先例,但是積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn),客觀地分析研究以往方案的利弊與矛盾至關(guān)重要,使我們得以避免重復(fù)錯(cuò)誤,另辟蹊徑,創(chuàng)建全新的研究理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。久攻不克的原因淺析: “防關(guān)技術(shù)”研究方案很多,公認(rèn)的首選方案是研制可自動(dòng)排風(fēng)制動(dòng)的新型折角塞門,在此只討論與“排風(fēng)制動(dòng)”密切相關(guān)的技術(shù)問題?!翱勺詣?dòng)排風(fēng)制動(dòng)的折角塞門”最初的設(shè)想是模仿機(jī)車排風(fēng)制動(dòng)的工作原理,在關(guān)閉時(shí)排出軟管端的壓
3、力空氣,使得被關(guān)塞門軟管一側(cè)的車輛自動(dòng)制動(dòng),以阻止關(guān)門列車開出或使運(yùn)行列車自動(dòng)停車,從而消除或避免制動(dòng)失控事故危害后果。大多數(shù)工程技術(shù)人員最初認(rèn)為很簡單:既然機(jī)車可以排風(fēng)制動(dòng),折角塞門理所當(dāng)然的應(yīng)該很容易實(shí)現(xiàn)排風(fēng)制動(dòng);但是大量研究試驗(yàn)證實(shí):由于造成折角塞門非正常關(guān)閉的因素很多,工況條件十分復(fù)雜,實(shí)施排風(fēng)制動(dòng)非常困難,每增設(shè)一種自動(dòng)化防關(guān)功能都產(chǎn)生一系列新的技術(shù)問題難以解決。例如:以往研究方案均為直排式單向排風(fēng)方案,當(dāng)被關(guān)塞門處在車前位時(shí),后側(cè)車列完全失去制動(dòng)力;被關(guān)塞門前側(cè)有機(jī)車自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)為補(bǔ)充風(fēng)壓,由于機(jī)車強(qiáng)大的自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)能力(為了快速自動(dòng)補(bǔ)風(fēng),除了空氣機(jī)可自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)外,機(jī)車上還設(shè)有四個(gè)常壓在90
4、0kpa以上的大型儲壓缸),每輛車排風(fēng)制動(dòng)的減壓量衰減很大;被關(guān)塞門在列車中部時(shí)每輛車減壓量逐輛衰減高達(dá)2040kpa,因?yàn)槭艿匠S弥苿?dòng)最小有效減壓量39.2kpa和最大減壓量138.2kpa的限制,實(shí)際有效減壓量被限定在100kpa左右,只有前側(cè)5輛以內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)常用制動(dòng);被關(guān)塞門越靠近機(jī)車,減壓量衰減越大,甚至高達(dá)70kpa以上,可實(shí)現(xiàn)常用制動(dòng)的車輛減少到2輛以內(nèi),必然損傷少數(shù)可制動(dòng)車輛的構(gòu)件、擦傷車輪或線路;這樣的制動(dòng)效果不但無益反而有害(有試驗(yàn)證明:編組43輛僅有機(jī)車和前5輛制動(dòng)時(shí)幾乎沒有制動(dòng)效果、當(dāng)重載或編組超過60輛時(shí),機(jī)車和前810輛車制動(dòng)基本不能有效減速,反而容易造成脫軌顛覆);
5、當(dāng)被關(guān)塞門處在車后位時(shí),前側(cè)車列不制動(dòng),被關(guān)塞門后側(cè)失去機(jī)車補(bǔ)風(fēng)為容積壓,略微排風(fēng)即可觸發(fā)非常制動(dòng),必然拉斷車鉤造成較長時(shí)間的途停事故、甚至造成脫軌顛覆等嚴(yán)重后果。在長期研究試驗(yàn)過程中也形成一部分被廣為認(rèn)可的研究理論,例如:“折角塞門若要實(shí)現(xiàn)排風(fēng)制動(dòng),排風(fēng)孔的截面積必須大于或等于機(jī)車充風(fēng)孔的截面積2202”;并曾經(jīng)據(jù)此推出了一批多排風(fēng)孔、大排風(fēng)孔或雙通道、雙球芯的研究方案,這類大排量的研究方案未能解決不同車位、不同性質(zhì)風(fēng)壓和原有設(shè)計(jì)理論中關(guān)于“機(jī)車排風(fēng)減壓常用制動(dòng)的排風(fēng)孔截面積不宜超過28.32”等一系列矛盾,無一幸免的在正常作業(yè)關(guān)閉和開通時(shí)都觸發(fā)意外的非常制動(dòng),將壓力排空至0kpa,嚴(yán)重影響
6、正常作業(yè)。國際鐵道行業(yè)在歷經(jīng)幾十年研究和反復(fù)試驗(yàn)后,導(dǎo)致絕大多數(shù)研究人員誤認(rèn)為“由折角塞門排風(fēng)制動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防關(guān)是不可能的”。以往研究方案難以解決的其它問題還很多,使得業(yè)內(nèi)專家廣泛認(rèn)為:1)不能抵消機(jī)車自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)的影響、不能解決車前位與車后位不同性質(zhì)風(fēng)壓、不同排量要求、不同部位不同排量要求等矛盾,所以“由塞門排風(fēng)控制全列車常用制動(dòng)是不可能的”;2) 以往方案均處于壓力失控狀態(tài),不能避免觸發(fā)非常制動(dòng)將壓力排空,嚴(yán)重影響正常作業(yè)并易于損傷車輛構(gòu)件或?qū)е旅撥夘嵏玻浴叭T排風(fēng)制動(dòng)不影響正常作業(yè)或無負(fù)面影響是不可能的”;3)以往方案的安定性都很差,每輛車的減壓量和每個(gè)時(shí)間段的減壓量差異都很大,均不能避免
7、觸發(fā)非常制動(dòng)將壓力排空,所以“塞門排風(fēng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓常用制動(dòng)和保壓常用制動(dòng)是不可能的”;4) 以往方案自動(dòng)化水平低,其可行性、實(shí)用性都比較差,所以“只要能正常操作就不可能自動(dòng)防范人為破壞、特別是內(nèi)行作案”;5) 折角塞門工況復(fù)雜,有的操作失誤根本就是沒有操作,所以“自動(dòng)防范工作人員操作失誤是不可能的”等等。在分析上述觀點(diǎn)時(shí),我們注意到以往研究方案只對排風(fēng)制動(dòng)進(jìn)行淺顯的結(jié)構(gòu)改造,未曾對制動(dòng)系統(tǒng)最基本的傳動(dòng)介質(zhì)壓力空氣與空氣波質(zhì)量有任何關(guān)注或改良措施。在研究分析以往方案中我們還發(fā)現(xiàn)原有的機(jī)車車輛制動(dòng)系統(tǒng)本身存在某些技術(shù)缺陷,例如:在常用制動(dòng)時(shí),由于溫度和壓力回流等綜合作用影響,列車前部容易發(fā)生意外的自動(dòng)
8、緩解,必須靠機(jī)車司機(jī)適時(shí)操控單獨(dú)自動(dòng)閥彌補(bǔ)這一技術(shù)缺陷(列車編組越長這一缺陷越明顯)以及列車實(shí)施常用制動(dòng)所需時(shí)間較長(制動(dòng)波速度不高)、制動(dòng)緩慢(靈敏度不高,最小有效減壓量為39.2kpa,可獲得的有效制動(dòng)力約為29.3kpa)、制動(dòng)力偏弱(最大減壓量為138.5kpa,可獲得的最大常用制動(dòng)力為352kpa),導(dǎo)致列車制動(dòng)距離過長、縱向沖動(dòng)偏大、制動(dòng)質(zhì)量不高;如果機(jī)車司機(jī)操作不當(dāng),即使將制動(dòng)主管壓力排空至0kpa,也不能獲得352kpa以上的非常制動(dòng)力(非常制動(dòng)力通常以最大常用制動(dòng)力加10計(jì)算,定壓為500kpa時(shí)非常制動(dòng)力最大為387.2kpa)等等。折角塞門的排風(fēng)制動(dòng)不具備機(jī)車司機(jī)的操控條
9、件,工況條件更復(fù)雜,“防關(guān)”的技術(shù)要求難度更大。如果沿襲傳統(tǒng)的研究方法,只進(jìn)行簡單的模擬改造,顯然不能獲得實(shí)質(zhì)性突破。新型多功能安全折角塞門研究方案就是要在以往研究誤區(qū)里理出頭序,探尋全新的設(shè)計(jì)理論,用最簡單可靠的方法研制高度自動(dòng)化、安全可靠的新一代球芯折角塞門。新型多功能安全折角塞門的原理和技術(shù)方案: 一、工作原理構(gòu)思:在系統(tǒng)分析國內(nèi)外諸多研究方案的利弊與矛盾后,新型多功能安全折角塞門設(shè)計(jì)方案從改良原有制動(dòng)系統(tǒng)最基本的傳動(dòng)介質(zhì)壓力空氣的空氣波質(zhì)量入手,在關(guān)閉瞬間有效改良空氣波的波形曲線,使原有制動(dòng)系統(tǒng)獲得前所未有的常用制動(dòng)波速度、靈敏度和安定性以及超常的常用制動(dòng)力效果,從而使得“防關(guān)技術(shù)”研
10、究長期以來不能解決的一系列技術(shù)難題迎刃而解,并且沒有發(fā)現(xiàn)任何負(fù)面影響。這一改良方法的工作原理與電子電路中利用電容器構(gòu)成簡單有效的保護(hù)電路,對電動(dòng)勢波形削峰填谷、降低沖擊值、提高電流實(shí)際作功效率的原理極為相似,并在大量試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。 眾所周知,某些物質(zhì)的傳遞波形有相似的性狀。在專業(yè)學(xué)院的教材中,經(jīng)常借助水波來描述聲波、震動(dòng)波、空氣波或電動(dòng)勢波形曲線的性狀。雖然我們目前沒有哪種設(shè)備、儀器或電腦軟件可以形象地顯示空氣波的傳遞波形曲線,但是我們可以借用與之相近似的電動(dòng)勢波形曲線進(jìn)行推演或描述,然后用靜置列車試驗(yàn)臺的試驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證推演結(jié)論是否正確。 推演原有車輛制動(dòng)系統(tǒng)中的空氣波傳遞波形曲線如(圖1)
11、中紅色實(shí)線所示: (圖1)X軸線所示為壓力表或壓力傳感器顯示出的壓力數(shù)值(kpa),箭頭方向?yàn)榭諝獠▊鬟f方向,X軸線上方為正半周波,下方為負(fù)半周波;Y線為推演中的空氣波波形曲線;虛線以內(nèi)部分為起實(shí)質(zhì)性作用的空氣波能量;虛線以外部分為起負(fù)作用的峰值和谷值。 空氣波與制動(dòng)波是密切相關(guān)的,機(jī)車司機(jī)控制的排風(fēng)減壓制動(dòng)主要是控制X軸線的壓降變化,所產(chǎn)生的制動(dòng)波與空氣波同方向傳遞,可以比較順利的傳達(dá)到列車尾部。為了提高常用制動(dòng)波速度,通常都是采用改進(jìn)三通閥或分配閥的方法(例如從GK閥改進(jìn)至103或104閥再改進(jìn)到120閥),至今未見關(guān)于空氣波質(zhì)量改進(jìn)的論述或方案。 我們分析認(rèn)為起實(shí)質(zhì)性作用的是X軸線附近的
12、空氣波能量,而且僅僅是正半周波的部分能量,其峰值部分形成的沖擊值,不但無益反而有害;當(dāng)司機(jī)操控不當(dāng)減壓速度太快時(shí),由于空氣波的劇烈擾動(dòng)使得正半周波峰值的沖擊值加大,再加上二次及二次以上諧波疊加的沖擊作用,即使壓降低于常用制動(dòng)的最大減壓量138.2kpa,仍然可能引發(fā)意外的非常制動(dòng)。在負(fù)半周波時(shí)由于能量缺失,使得實(shí)際效率降低,制動(dòng)時(shí)間延長,特別是谷值部分的性狀是影響制動(dòng)系統(tǒng)靈敏度的主要因素;當(dāng)司機(jī)操控不當(dāng)減壓速度太慢時(shí),即使將自動(dòng)閥手柄推到非常制動(dòng)位置、將壓力排空至0kpa,也不能獲得大于最大常用制動(dòng)力的制動(dòng)效果。所以,我們設(shè)想:如果能夠改良最基本的空氣波質(zhì)量,就可以全面提高制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)波速度
13、、靈敏度、安定性和常用制動(dòng)力效果,以往“防關(guān)技術(shù)”研究中的一系列技術(shù)難題亦將迎刃而解。 二、技術(shù)方案設(shè)計(jì)、推演與驗(yàn)證:為了對空氣波質(zhì)量進(jìn)行改良,新型多功能安全折角塞門設(shè)計(jì)了一種可以雙向排風(fēng)、取名為二次混風(fēng)結(jié)構(gòu)的新型球芯塞門結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是將手柄的操作方法由傳統(tǒng)的往返扳動(dòng)90°,改為每次扳動(dòng)45°,塞門球芯只能作單向旋轉(zhuǎn)的方法。塞門在關(guān)閉過程中,首先停頓在半關(guān)位工況,球芯中心的通孔斜跨在管路主通道之間,即可實(shí)現(xiàn)雙向排風(fēng);圍繞雙向排風(fēng)設(shè)計(jì)的二次混風(fēng)結(jié)構(gòu)和精確分控技術(shù),不但非常巧妙地化解了不同車位不同性質(zhì)風(fēng)壓和不同排量要求的矛盾、不同部位不同排量要求的矛盾、“防關(guān)”功能與
14、正常作業(yè)的矛盾等等一系列技術(shù)難題,將自動(dòng)化防關(guān)功能發(fā)揮到極致,而且增設(shè)了多種安全作業(yè)自動(dòng)防護(hù)功能?!半p向排風(fēng)”設(shè)計(jì)方案最早公開于1996年,當(dāng)年獲市、省發(fā)明創(chuàng)造一等獎(jiǎng)和全國第八屆青少年發(fā)明創(chuàng)造競賽和科學(xué)討論會二等獎(jiǎng)。自19972004年間國內(nèi)外都有類似于雙向排風(fēng)的研究方案進(jìn)行試驗(yàn),由于不甚了解雙向排風(fēng)的設(shè)計(jì)原理,試驗(yàn)效果并不理想。這些類似方案大多采用原有的球型塞門芯和將密封構(gòu)件略作改動(dòng),僅僅是模擬兩次關(guān)閉、其間雙向排風(fēng)的方法,所以有的排風(fēng)量不足,難以實(shí)現(xiàn)有效的常用制動(dòng);有的減壓量失控,將壓力排空至0kpa,嚴(yán)重影響正常作業(yè)。例如國內(nèi)20032004年的類似試驗(yàn)方案,為了減小排風(fēng)量避免觸發(fā)非常制
15、動(dòng),將手柄第一次拉動(dòng)旋轉(zhuǎn)幅度鎖定為6567°,球芯中心通孔與主通道相切,在前后兩側(cè)各形成約30402的排風(fēng)截面,由于不能形成混風(fēng)作用,過小的排風(fēng)截面顯然不能使前側(cè)有機(jī)車自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)的補(bǔ)充風(fēng)壓有效減壓,而后側(cè)的容積壓略微排風(fēng)即迅速下降,率先突破常用制動(dòng)最大減壓量138.5kpa觸發(fā)非常制動(dòng),所產(chǎn)生的極高的沖擊值在瞬間通過前側(cè)30402的排風(fēng)截面引發(fā)前側(cè)非常制動(dòng)的聯(lián)鎖反應(yīng),將含機(jī)車在內(nèi)的全列車壓力排空,仍然未能避免非常制動(dòng)及其負(fù)面影響。淺析其半關(guān)位工況原理如(圖2)所示:這些類似方案大多采用限位鎖定、手動(dòng)解鎖的方法控制手柄兩次關(guān)閉,必須雙手操作的方法給正常作業(yè)造成困難,對防范內(nèi)行作案和工作人
16、員操作失誤幾乎不起作用。其實(shí)“雙向排風(fēng)”僅為二次混風(fēng)結(jié)構(gòu)中特點(diǎn)較為突出的組成部分,并不等同于二次混風(fēng)結(jié)構(gòu)?!半p向排風(fēng)”表面現(xiàn)象的突出特點(diǎn)是可以同時(shí)排出塞門兩側(cè)的壓力空氣,使“全列車自動(dòng)制動(dòng)”成為可能;“雙向排風(fēng)”更重要的潛在作用是為改良空氣波質(zhì)量奠定基礎(chǔ),只有在改良空氣波質(zhì)量的前提下,“雙向排風(fēng)”才能有效實(shí)現(xiàn)“含機(jī)車在內(nèi)的全列車自動(dòng)穩(wěn)壓、保壓常用制動(dòng)”,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全面防范四大類非正常關(guān)閉危害因素和多種安全作業(yè)自動(dòng)防護(hù)功能。如果球芯兩側(cè)的排風(fēng)截面太小,起不到貫通作用,或者沒有節(jié)制閥阻尼作用形成的二次混風(fēng),都不能實(shí)現(xiàn)對空氣波質(zhì)量的改良。新型多功能安全折角塞門半關(guān)位雙向排風(fēng)的工作原理如(圖3)所示:新
17、型多功能安全折角塞門半關(guān)位雙向排風(fēng)工況如(圖片1)所示:如(圖3)和(圖片1)所示,半關(guān)位雙向排風(fēng)工況時(shí),特制球芯呈45°斜跨于主通道上,在兩側(cè)各形成約4002的排風(fēng)截面,使塞門兩側(cè)壓力空氣很通暢的進(jìn)入塞門體空腔;同時(shí)仍然保留了從機(jī)車至列車尾端約4002的貫通量。借助特制球芯的雙向排風(fēng)工況,利用塞門體空腔,并且在塞門體底部設(shè)置節(jié)制閥即可組成二次混風(fēng)結(jié)構(gòu),對空氣波質(zhì)量進(jìn)行有效改良。其工作原理是:塞門兩側(cè)的壓力空氣一部分直接經(jīng)過斜跨部位進(jìn)入塞門體空腔,一部分在球芯中心通孔內(nèi)混合后再進(jìn)入塞門體空腔,此時(shí)節(jié)制閥的阻尼作用使兩側(cè)壓力空氣在塞門體空腔內(nèi)再次充分混合,然后經(jīng)節(jié)制閥排向大氣;因?yàn)樵谇?/p>
18、芯通孔處的混風(fēng)作用和存在約4002貫通量,被關(guān)塞門后側(cè)的壓力空氣仍然具有補(bǔ)充風(fēng)壓的特性(化解了補(bǔ)充風(fēng)壓與容積壓不同排量且經(jīng)常變換方位的矛盾),并且對前側(cè)補(bǔ)充風(fēng)壓呈現(xiàn)出很強(qiáng)的穩(wěn)定作用(可靠實(shí)現(xiàn)無時(shí)限穩(wěn)壓常用制動(dòng)),后側(cè)的減壓量略微大于前側(cè)的減壓量(非常有益于減輕或消除運(yùn)行列車的縱向沖動(dòng);而且空氣波的波長和頻率與壓力差密切相關(guān),較小的壓力差將空氣波頻率降低、波長拉長,常用制動(dòng)波速度得以逆空氣波方向遠(yuǎn)距離快速傳遞,進(jìn)而將列車前后部制動(dòng)的同時(shí)性明顯提高,進(jìn)一步改良全列車的制動(dòng)效果);由于混風(fēng)作用和節(jié)制閥的阻尼作用,前后兩側(cè)的空氣波方向是相反的,頻率和波長也不相同;當(dāng)前側(cè)的空氣波正半周波時(shí),其峰值形成的
19、沖擊值被后側(cè)制動(dòng)主管容積形成的儲壓作用吸納,起到很好的“削峰”作用,并且因?yàn)榍昂髢蓚?cè)的空氣波方向相反、頻率波長不同,徹底消除了諧波效應(yīng),使制動(dòng)系統(tǒng)的安定性顯著提高;當(dāng)前側(cè)的空氣波負(fù)半周波時(shí),后側(cè)制動(dòng)主管容積將吸納的能量釋放,起到很好的“填谷”作用,可消除前側(cè)空氣波負(fù)半周波谷值期的不益影響,使制動(dòng)系統(tǒng)的靈敏度顯著提高;“削峰填谷”作用還使得靠近X軸線附近的能量增加,制動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際作功率顯著提高(減壓量與制動(dòng)力的比值提高一倍左右)。推演初步改良的空氣波傳遞波形曲線如(圖1)中橘黃色實(shí)線所示:(圖1)中兩虛線之間的區(qū)域?yàn)檠豖軸線附近空氣波能量富集區(qū)域。在試驗(yàn)過程中我們獲知:對空氣波質(zhì)量改良的效果與被
20、關(guān)塞門后側(cè)的容積率密切相關(guān),容積率越大,削峰填谷的作用越明顯,列車前后兩端的壓力差越小,改良效果越好。當(dāng)被關(guān)塞門后側(cè)的容積率減小到一定限度時(shí)(例如被關(guān)塞門處在列車尾部3輛以內(nèi)),仍然會觸發(fā)意外的非常制動(dòng),在瞬間將全列車的壓力排空。所以,我們將節(jié)制閥改進(jìn)為旋片式分控閥,在排風(fēng)量不變的前提下加大阻尼作用,進(jìn)一步削減正半周波峰值的沖擊作用,解決了在列車尾部觸發(fā)非常制動(dòng)的技術(shù)問題。推演完成改良后的空氣波傳遞波形曲線如(圖1)中綠色實(shí)線所示。從(圖1)中綠色實(shí)線可以看到,經(jīng)過改良后的空氣波峰值、谷值顯著降低和頻率降低、波長被拉長,波形趨于平緩,折角塞門排風(fēng)減壓產(chǎn)生的制動(dòng)波得以逆空氣波方向快速遠(yuǎn)距離傳遞。
21、因?yàn)榻?jīng)過改良后,制動(dòng)系統(tǒng)的常用制動(dòng)波速度、安定性、靈敏度和實(shí)際作功率以及緩解速度得到顯著提高,從而不必抵消機(jī)車自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)即可將任何部位、任何車位的制動(dòng)波傳達(dá)到機(jī)車和列車尾端,制動(dòng)主管的壓力變得非常容易控制,簡單的節(jié)制閥即可將全列車的壓力控制在設(shè)定范圍內(nèi),即使無限時(shí)的長時(shí)間排風(fēng)亦可保證壓力和制動(dòng)力不變,可靠實(shí)現(xiàn)含機(jī)車在內(nèi)的全列車穩(wěn)壓、保壓常用制動(dòng)。上述推演是否正確呢?我們可以通過貨車靜置列車試驗(yàn)臺試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。因?yàn)椤爸苿?dòng)波速度是綜合評定制動(dòng)機(jī)性能的重要標(biāo)志。其數(shù)值越大,表明列車制動(dòng)作用越快,列車中前后部車輛制動(dòng)作用的同時(shí)性越好,更能適應(yīng)高速、長大列車的要求”(摘自專業(yè)院校教材“車輛制動(dòng)裝置”第一章
22、第三節(jié)),我們參考對比原有制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)波速度、靈敏度、安定性、常用制動(dòng)力效果和緩解速度來判斷是否得到顯著改良或提高。原有制動(dòng)系統(tǒng)部分技術(shù)參數(shù)整理如下:部分型號分配閥和GK型三通閥制動(dòng)波速參考制 動(dòng) 機(jī) 型 式編 組 輛 數(shù) 與 常 用 制 動(dòng) 波 速 度 GK型 定壓500kpa 編組56輛時(shí) 常用制動(dòng)波速為88m/s103型定壓500kpa 編組56輛時(shí) 常用制動(dòng)波速為130m/s定壓500kpa 編組72輛時(shí) 常用制動(dòng)波速為180m/sABDW型(美)定壓550kpa 編組150輛時(shí) 常用制動(dòng)波速為175m/s120型定壓500kpa 常用制動(dòng)波速約為200m/s左右并不是制動(dòng)波所到之處
23、立即可以實(shí)現(xiàn)有效的制動(dòng)作用,與之密切相關(guān)的因素還有制動(dòng)機(jī)的靈敏度和安定性。通常適用的減壓制動(dòng)靈敏度為19.6kpa(即初動(dòng)作),單車試驗(yàn)最小有效減壓量為39.2kpa,可獲得的有效制動(dòng)力約為29.3kpa。為保障制動(dòng)機(jī)的安定性(即不觸發(fā)非常制動(dòng))貨車常用制動(dòng)的最大減壓量為138.5kpa,可獲得的最大常用制動(dòng)力為352kpa;編組列車從機(jī)車司機(jī)實(shí)施減壓制動(dòng)到最大常用制動(dòng)力通常需要60秒以上(例如性能良好的美國ABDW型制動(dòng)機(jī)為60秒)。列車常用制動(dòng)充風(fēng)緩解也需要較長時(shí)間,例如103閥60輛編組減壓量39kpa時(shí)需要3341秒、減壓量98kpa時(shí)需要87166秒、減壓量137kpa時(shí)需要1322
24、64秒。下面是委托“四川制動(dòng)科技有限公司制動(dòng)研究所”在新型多功能安全折角塞門貨車靜置列車試驗(yàn)臺60輛機(jī)輛編組試驗(yàn)中,機(jī)后31輛車前位的試驗(yàn)紀(jì)錄;在其它車位、部位的試驗(yàn)證明防關(guān)功能相同。操作:所有車輛折角塞門開通,JZ-7機(jī)車操作置充風(fēng)緩解位,待60車副風(fēng)缸充至定壓后將31車前位新型多功能安全折角塞門手柄拉動(dòng)一下置半關(guān)位,記錄各測試壓力;制動(dòng)管壓力穩(wěn)定后機(jī)車先置制動(dòng)位追加減壓,再放緊急放風(fēng)位,觀察車列情況。測 試 記 錄 機(jī)車10車20車30車40車50車60車5秒壓降12kPa18kPa27kPa34kPa32kPa30kPa30kPa15秒壓降11kPa23kPa35kPa49kPa51kP
25、a51kPa51kPa制動(dòng)缸穩(wěn)定壓力57kPa274 kPa備注半關(guān)折角車列常用制動(dòng)有車列非常制動(dòng)否排風(fēng)警示音有機(jī)車操縱可控制列車追加減壓是可控制列車緊急排風(fēng)是(注明:1. 30輛機(jī)車逐輛壓降差小于1.5kpa; 2. 通常操作時(shí)間不可能超過5秒,所以制訂5秒時(shí)的測試記錄; 3.記錄中的15秒壓降是1115秒內(nèi)穩(wěn)定不變的壓力記錄,15秒以上壓降和制動(dòng)力均穩(wěn)定不變,不再記入測試記錄。) 試驗(yàn)證明,新型多功能安全折角塞門對空氣波質(zhì)量的改良作用,可以有效提高原有車輛制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)波速度,同時(shí)使其靈敏度、常用制動(dòng)力效果、緩解速度和安定性顯著提高。例如:1. 在靜置列車試驗(yàn)臺60輛編組試驗(yàn)中,關(guān)閉前部1
26、011輛之間的折角塞門,含機(jī)車在內(nèi)全列車3秒內(nèi)全部開始減壓制動(dòng),由此推算出在消除機(jī)車自動(dòng)補(bǔ)風(fēng)影響、有效控制前側(cè)機(jī)車10輛自動(dòng)制動(dòng)同時(shí),1160輛的常用制動(dòng)波速度仍然被提高到233m/s以上;2. 無論是在列車前部或中部關(guān)閉折角塞門,機(jī)車部位減壓6kpa時(shí)已經(jīng)可以獲得有效制動(dòng)力2531kpa、減壓1114kpa時(shí)可獲得有效制動(dòng)力5760kpa(制動(dòng)系統(tǒng)原有參數(shù):單車試驗(yàn)最小有效減壓量為39.2kpa,可獲得的有效制動(dòng)力約為29.3kpa),可見原有制動(dòng)系統(tǒng)的靈敏度被顯著提高,最小減壓量大幅度降低、制動(dòng)力與減壓量的比值被顯著提高;新型塞門復(fù)位后的充風(fēng)緩解速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于機(jī)車控制的充風(fēng)緩解速度(全列車
27、充風(fēng)緩解并恢復(fù)至定壓500kpa僅為45秒),為各工況作業(yè)、保障正點(diǎn)發(fā)車或非正常關(guān)閉后的迅速恢復(fù)正常運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件;3. 對空氣波波形的改良作用可獲得極好的安定性,即使折角塞門無限時(shí)的長時(shí)間排風(fēng)制動(dòng),亦可保證列車制動(dòng)主管壓力穩(wěn)定不變、常用制動(dòng)力穩(wěn)定不變。其中,本位塞門后側(cè)至列車尾端減壓量和制動(dòng)力基本無差異,稱為保壓制動(dòng);本位塞門前側(cè)至機(jī)車的減壓量和制動(dòng)力逐輛遞減非常?。p壓量逐輛遞減均小于1.5kpa,是其它研究方案的十幾或幾十分之一),因?yàn)闊o限時(shí)排風(fēng)亦可確保壓力穩(wěn)定不變,所以稱為穩(wěn)壓制動(dòng)。試驗(yàn)中已經(jīng)測得在自動(dòng)抵消機(jī)車補(bǔ)風(fēng)影響的同時(shí),局部減壓量僅為71kpa時(shí)已突破原最大常用制動(dòng)力極限達(dá)到
28、375kpa(制動(dòng)系統(tǒng)原有參數(shù)為:單車試驗(yàn)最大常用制動(dòng)減壓量為138.5kpa時(shí)可獲得的最大常用制動(dòng)力為352kpa),制動(dòng)力與減壓量的比值顯著提高使原有制動(dòng)系統(tǒng)的安定性顯著提高,確保在各種復(fù)雜工況條件下不發(fā)生意外的非常制動(dòng),并可獲得超常的常用制動(dòng)力效果,更加適合高速、重載、長大列車編組要求。將節(jié)制閥改為旋片式分控閥,還可以增設(shè)多種精確分控功能,為全面的自動(dòng)防范四大類非正常關(guān)閉因素危害和設(shè)置多種安全作業(yè)自動(dòng)化防護(hù)功能創(chuàng)造了條件。三、極為簡捷方便的操作方法和自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù):完成空氣波質(zhì)量的改良以后,制動(dòng)波速度、靈敏度、安定性和最大常用制動(dòng)力等技術(shù)指標(biāo)得到顯著提高,使得全面“防關(guān)”和多種安全作業(yè)自
29、動(dòng)防護(hù)兩大類功能變得非常簡單、可靠和便于操作。新型多功能安全折角塞門的操作方法非常簡單、輕松、方便,只須向斜下方拉動(dòng)手柄解除鎖定向前推卡到位(45°)向后拉動(dòng)到位(45°),連續(xù)拉動(dòng)兩次即可完成“關(guān)閉”或“開通”的全過程。其它諸多防關(guān)、防護(hù)功能全部由折角塞門和列車制動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)完成,無須另行操作。新型多功能安全折角塞門的外形結(jié)構(gòu)如下圖所示: (新型多功能安全折角塞門單只重量3kg,僅為普通球芯折角塞門的50%)現(xiàn)將自動(dòng)防范或消除四大類非正常關(guān)閉因素、特別是人為破壞和操作失誤的危害和自動(dòng)實(shí)施無壓作業(yè)、防意外啟動(dòng)、防溜逸功能按操作順序簡要介紹如下:1. 多功能自鎖手柄的自動(dòng)鎖定、
30、可向上垂直翹起、不按正確方法操作時(shí)手柄空轉(zhuǎn)滑動(dòng),可以自動(dòng)消除篷布、繩索等異物勾掛和流散、押運(yùn)人員攀爬蹬踏或隨意拉動(dòng)的危害;在客車上使用時(shí)增設(shè)開口銷鎖定以取代“將手柄用兩道鐵絲捆綁”之規(guī)定的落后方法2. 將手柄向斜下方拉動(dòng)解鎖后,按正確操作方法將手柄推卡到位并向回拉動(dòng)一下,塞門處于半關(guān)位自動(dòng)雙向排風(fēng)工況,警示音響起,機(jī)車操控臺各壓力表明確顯示減壓量和制動(dòng)力,全列車自動(dòng)穩(wěn)壓、保壓常用制動(dòng),不恢復(fù)開通工況不能充風(fēng)緩解:此時(shí)若是非正常關(guān)閉(例如內(nèi)行作案),列車不能開出或使運(yùn)行列車平穩(wěn)減速停車,破壞目的不能達(dá)到,警示音引導(dǎo)工作人員無須逐輛檢查即可迅速趕往案發(fā)車位抓捕壞人和恢復(fù)正常工況,保留的4002貫通
31、量使得機(jī)車司機(jī)仍可酌情加大制動(dòng)力或?qū)嵤┓浅V苿?dòng)(測試記錄:機(jī)車操縱可控制列車追加減壓可控制列車緊急排風(fēng))以應(yīng)對長大坡道或短距離停車等極端情況(例如類似美國洪卡山口長大坡道兩次放揚(yáng),造成脫軌顛覆和沖出彎道夷毀沿線建筑的重大事故),有效防范人為破壞的危害;3. 繼續(xù)操作(即:拉動(dòng)兩下)將塞門完全關(guān)閉,塞門頂端的紅色光學(xué)顯示屏明確顯示“關(guān)閉位工況”,以取代“定期在手柄上刷白漆以利于夜間辨認(rèn)”之規(guī)定的落后方法;同時(shí)塞門自動(dòng)關(guān)閉雙向排風(fēng)轉(zhuǎn)為微控單向排風(fēng)工況,警示音長鳴不止:a) 此時(shí)若是內(nèi)行作案,因警示音繼續(xù)長鳴不止和后側(cè)車列不能充風(fēng)緩解雙重防護(hù)方法,破壞目的仍然不能達(dá)到;b) 此時(shí)若是正常檢修作業(yè),綜
32、合微控排風(fēng)警示音提示工作人員關(guān)閉兩車間成對塞門,繼而實(shí)現(xiàn)“無壓作業(yè)”功能,可徹底消除分解聯(lián)結(jié)器時(shí)壓力反彈造成的傷人事故,同時(shí)后部車列自動(dòng)保壓常用制動(dòng),可防止列車意外啟動(dòng)危及作業(yè)人員安全;c) 此時(shí)若是正常分解作業(yè),實(shí)現(xiàn)無壓作業(yè)功能,后部車列自動(dòng)保壓常用制動(dòng)具有“防溜逸”功能(可自動(dòng)防范類似貴昆線宣威站2008.2.4四十八輛車重大溜逸事故)。與以往其它單向排風(fēng)研究方案不同,此時(shí)的單向排風(fēng)不再有減壓制動(dòng)的作用,只起警示音、配合實(shí)現(xiàn)無壓作業(yè)、配合防范操作失誤的作用,排風(fēng)孔的截面積自動(dòng)轉(zhuǎn)換至392,所以沒有任何負(fù)面影響。 4. 按照同樣的“推卡到位向回拉動(dòng)兩次”的操作方法即可完成開通工況。開通時(shí),本位塞
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