惜孜１吾恳 大型荠路相辅制动系统的特磕运用要求及实坝方案摄讨 昆明中铁大型养路机械集团有限公司第四研究所雷广鹏 ［摘要］本文分析大型养路机械制动系统目前的运用现状及技术特点，所面对的特殊运用需求，结合目前制动技术的发展，提出了 使用直通式电空制动机来满足大型养路机械制动系统特殊运用需求的方案，并结合三种特殊运用需求的实现方案，分析了使用直通 式电空制动机的优点。 ［关键词］制动系统 空气制动 电空制动 １．前言 目前，大型养路１＝程机械（以下简称Ｔ程车）主要运用了ＹＺ一１型制 动机，其它少量车型也运用了Ｊｚ一７制动机、１０３Ｅ制动机、１０４制动机以 及１２０制动机等。主要以气压信号作为制动系统的控制信号，存在下 列空气制动机无法克服的缺点：气压信号传递慢，操纵指令响应慢同步 性差，功能不易扩展、管路繁多不易整车设备布置等，已难以满足Ｔ程 车整体技术发展，成为日趋先进的工程车技术瓶颈，本文立足于目前工 作业要求。但是，随着时代发展和铁路工务的需求变化，一些新的作业 工况使得ＹＺ一１型制动机难以满足需求，主要有三个问题： （１）工程车的发展趋向于作业功能更集成化，操作更智能化，这使 得工程车的长度越来越长，并且出现多个车体相连构成一套完整功能 的整体机组的设计。此时往往设置多个分配阀及多个制动操作端，而 自动制动的响应速度不满足作业需求，只能使用单独制动，此时，为保 证制动一致性，会使得控制管路复杂及控制管路过长，系统的响应速度 程车的实际应用情况，重点分析了目前工程车运用最多的主型制动机 Ｙｚ一１型制动机，着眼于未来发展，提出一个使用直通式电空制动技术 解决工程车制动系统运用需求的方案。 ２．应用状况及问题 程车的制动系统主要要解决三种工况的运用需求：（１）与其它列 车连挂混编运行；（２）单机运行；（３）作业运行。工程车是一种特殊的铁 道车辆，其主要功能是在铁路上进行维护作业，铁路养护作业方式多种 多样，作业时对制动系统的要求也较高，主要要求制动系统具备几个特 点：（１）响应快速灵敏；（２）制动力调节操控方便；（３）制动力调节准确。 虽然这是对列车制动系统的共同的要求，但在Ｔ程车某些作业工况下， 此＝三点要求更高一些，故而将作业运行工况单独列出。其实作业运行 ］ 况有时是单机状态，有时是连挂混编状态。 程车目前装备最多的制动机为ＹＺ一１型制动机，本文即重点对 ＹＺ一１型制动机进行分析以达探寻解决方案的目的。 ＹＺ—ｌ型制动机基于ＤＫ一１制动机而设计，保留了ＤＫ一１制动机的空 气制动性能，在自动式制动机的基础上增加了单独制动功能，即它具备 门动制动功能和单独制动功能。ＹＺ一１型制动机自动制动采用压力控 制模式，制动指令一般由自动制动阀（大闸）产生。当需要制动时，由司 机操作自动制动阀（大闸）产生一定的列车管减压量及减压速率的制动 信号，并通过贯穿于全列车的列车管中压力空气进行传输，制动特性见 罔１一 图１ 当列车管中的压力按一定的速率降低时，制动缸中压力在一定的 延迟后（见图１中△ｔ）开始上升，这时列车的制动力增加；相反，当列车管 中压力按一定的速率升高时，制动缸中压力开始下降，这时列车的制动 力相应地减少。可分为紧急制动和常用制动，由列车管减压速率决 定。列车管减压速率大于规定值时，列车紧急制动。常用制动时制动 缸压力与列车管有效减压量成比例；紧急制动时，制动缸压力迅速上升 到一个规定 力。 单独制动也采用压力控制模式，制动指令由单独制动阀（小闸）产 生，当需要制动时，由司机操作单独制动阀（小闸），对作用管进行压力 空气的充人和排空，作用管压力的升降通过分配阀均衡部进行流量放 大，从而形成制动缸的制动与缓解动作。 自动制动与单独制动功能的控制过程原理见图２。 黼蕊 塑 丝 ， 塑圭丛 丽 塑叠 形成锎磅与蓑解砖能 尬 辐 塑 卿 黟瘟《葡与鬟解琦能 图２ 可以看出，自动制动可控制单机或全列制动，单独制动只可控制单 机制动。两种制动功能都靠控制管路内压力空气的流动传递控制信 号。很显然，单独制动比自动制动的控制过程简单，对制动压力的控制 更方便，故单独制动响应更快，压力控制更便捷、准确。 ～ｒ程车作业时大部分是单机状态，故只需使用单独制动即可满足 难以满足要求，可靠性也变差了。 （２）一些作业需要多种多台机组连挂作业，这时，当作业过程中需 要制动时，只有使用自动制动的方式，但自动制动的响应速度较慢，难 以满足作业现场情况多变的实际需求。 （３）一些工程车的作业工况较为特殊，需要制动压力可以进行灵敏 快速的程控自动调节。目前Ｙｚ一１型制动机无法满足此要求，不能充分 发挥机械效用，对新型机械设计形成制约。 针对上述的ｊ种作业工况，Ｙｚ一１型制动机满足不了作业时对制动 系统的快速响应，调节方便、准确的要求。 ３．解决方案 ３．１直通式电空制动技术 根据目前的技术发展及工程车的运用需求，我认为，使用直通式电 空制动机，是工程车的合理选择。直通式电空制动是近年来运用逐步 增多的一种制动技术，其基本原理是采用电路连接制动操作端和电空 制动机，通过操作端的制动操作装置发出指令，控制电空制动机电空 阀，从而形成电空制动机的制动或缓解动作，对直通式电空制动技术的 运用各有不同，图３为典型的直通式电空制动原理。 ３ 由于使用电气传递控制信号，从制动指令到电空转换单元，以及压 力传感器的反馈信号都是通过电气信号传输，故而其控制信号的传输 及运算都很迅速，由制动阀和缓解阀整定压力后通过中继阀进行流量 放大，促使总风直接充人制动缸形成制动压力控制。显然，直通式电空 制动机的气路终端的响应过程较简单，响应更快速灵敏。相对丁程车 的单机或编组长度而言，距离远近对电气信号的传输速度不构成实质 影响。又因其具备微机控制功能，这就为制动系统与其它系统创造了 一个良好的平台，同时通过压力传感器的反馈控制，可以使制动压力更 精确。 ３．２直通式电空制动技术在工程车上的应用探讨 很显然，应用直通式电空制动机可以使工程车使用或设计中的问 题迎刃而解，提高工程车制动系统的性能。然而，直通式电空制动机在 工程车上的应用必须要使得制动系统能与其它铁路货车任意混编，同 时要具备制动机电源和风源。由于历史的原因，我国铁道车辆大部分 仍然采用自动空气制动机，尤其货车更是如此。一些机车使用的电空 制动机仅是在列车管压力升降的控制上采用了电空技术，仍属于自动 制动机，对制动缸压力属于间接控制方式，不是直通式电空制动。故而 在工程车上完全使用直通式电空制动机是无法与其它铁道车辆混编 的，必须保留自动空气制动机的功能以便与其它铁路车辆 昆编。而Ｔ 程车基本都具备电源，这为电空制动提供了便利，大部分工程车同时具 备独立风源，不具备的也可通过技术手段轻松实现（见下述）。为兼顾 连挂混编兼容性和工程车实际使用需求，我认为以下方案可以实现对 直通式电空制动机的合理使用。 ３．２．１方案１ 这里以装配ＹＺ一１型制动机的机型为例，其它类同。将原ＹＺ—ｌ型 制动机的单独制动功能取消，使用直通式电空制动机以实现单独制动 功能，同时保留ＹＺ一１型制动机自动制动功能以满足连挂混编的要求。 这种方式下，制动系统将由两套制动机分别完成单独制动和自动制动 功能。原ＹＺ—ｉ型制动机单独制动与自动制动两功能都使用１０９分配 捞 盘 阀的均衡部作为流量放大部件，在分配阀之前的控制部分是以梭阀隔 开，若将单独制动控制管路取消，将会简化管路，消除原系统因梭阀串 风而存在的缓解不良等隐患。而直通式电空制动机的制动压力输出可 在制动系统的末端即制动缸之前用梭阀选通接入，并设置手动隔离阀， 在特定工况时可将直通式电空制动机隔离，保证操作协调。见图４所 示： 图４ 此方案可让直通式电空制动接入制动系统，实现单独制动功能，满 足多节连体长大车型以及有特殊控制要求车型的作业要求，同时，在需 要以连挂方式作业运行时，也可以采用网络连接的： 式，使得连挂作业 的整列都能使用直通式电空制动来满足作业要求。在非作业状态下的 连挂运行，可以操作手动隔离阀，使得直通式电空制动不起作用，杜绝 其误动作的可能性，保证列车运行安全。 以下列举几种假设的运用模式，分别解决上述所提工程车作业运 行中的特殊问题。为简化示意，以下各图中空气自动制动机附属的紧 急放风阀、工作风缸等均省略未绘出，仅标记出分配阀、中继阀和自动 制动操作阀三种部件，而直通式电空制动系统示意为电空制动操作装 置、网络线缆、电空制动单元三种部件，其中电空制动单元应包含运算 单元、电空转换单元、电磁阀、中继阀、压力传感器等。 ３．２．１．１多节连体长大车型的运用方案 多节连体车型一般具备两个以上的刚性主体车架以及两个以上的 转向架，制动系统要跨接于至少两个以上车架，其前后转向架之间距离 较长且各转向架之间距离不均衡，以及可能存在两个以上制动操作 端。这样的工程车，为保证各转向架的制动响应快速且趋于均衡，必须 至少每个车架要配置一台制动机。通常，为满足工程车作业制动快速 灵敏的需求，一般使用Ｙｚ一１型制动机的单独制动功能，但单独制动的 控制管路跨接于多个车架，逻辑控制复杂且不可靠，管路过长也导致制 动响应不够快速，若使用直通式电空制动机，则可以轻松解决诸多问 题，以三节连体为例，可如图５所示满足制动系统要求： ｅ。 辟 。。。。 衅 ｅ。ｅ。 ｃ｛ ｅ。 ｌ、自动制动操作阀（大闸）；２、电空制动操作装置；３、中继阀；４、１０９ 分配阀；５、电空制动机；６、梭阀；７隔离阀；８、制动缸；９总风储风缸；１０ 单向阀；１１、自动制动机（分配阀）；１２、截断塞门；１３、可增加的电空制动 操作装置。 图５多节连体长大车型的运用示意 如图５所示，当非作业连挂运行工况时，使用自动制动，Ａ车，Ｃ车 可使用ＹＺ一１制动机（１０９分配阀），前后两端设置Ｅ动制动操作阀（大 闸），Ｂ车可使用货车自动制动机，譬如１２０分配阀，１０３分配阀等。其它 工况时，则可使用直通式电空制动，每节车配置一套电空制动机（序号 ５），贯穿全车布置网络线缆，并在前后车钩处设置线缆接口，前后两端 设置电空制动主操作装置（序号２），也可根据需要在任意位置设置多个 电空制动操作装置（序号１３）。制动指令从任何一个电空制动操作装置 发出，同时分别到达各节车的电空制动机，制动压力同时从各电空制动 机通过各梭阀直接充人各节车的制动缸，整台车（三节）可同步进行制 动及缓解，从而满足灵敏快速并同步的制动要求。Ｂ车电空制动总风 源可由列车管通过单向阀１Ｏ提供，截断塞门１２可关断，隔离自动制动 棚 ３．２．１．２多台机组连挂作业的运用方案 有些工程车作业是需要多台多种机组连挂作业的，此时，只有使用 自动制动（大闸）功能进行制动，但自动制动因响应不够迅速灵敏，不能 很好的满足作业需求，若使用直通式电空制动机贝ｆ可轻松解决问题。 譬如，清筛机进行清污作业时，出于环保要求需将筛分出的污土由污土 车运走，因而可能出现由一台清筛机连挂几台污＝Ｅ车进行作业的模 式。那么，可以用图６方式实现作业制动功能。 。。 辟Ｇ ） 。。 蚌 。。 。。 ｃ｝００ １、自动制动操作阀（大闸）；２、电空制动操作装置；３中继阀；４、１０９ 分配阀；５、电空制动机；６、梭阀；７隔离阀；８、制动缸；９、总风储风缸；ｌＯ 单向阀；１１、自动制动机（分配阀）；１２、截断塞门。 图６ 图６中，Ａ车为清筛机，Ｂ车、ｃ车为污土车。清筛机使用ＹＺ—ｌ制动 机加直通电空制动机方式，污土车采用１２０制动机加直通电空制动机 方式，ＹＺ一１制动机和［２０制动机用于与铁路其它车辆混编连挂使用，而 直通电空制动机则可满足连挂作业的需要。为实现直通电空制动机功 能，Ａ、Ｂ、ｃ三辆车配置网络线缆并在车钩连接处具备线缆的连接装置， Ａ车自动制动阀将一直处于缓解位，使得列车管将作为供风管路通过 单向阀（止回阀）对Ｂ、ｃ车提供制动总风源，截断塞门１２可关断，隔离 自动制动机。 很显然，由Ａ车电空制动操作装置发出制动指令，可使Ａ、Ｂ、ｃ三辆 车的直通电空制动机马上同时响应，使得作业工况下制动同步、迅速 （避免使用空气制动机的紧急制动 恢复作业走行时能同步迅速缓解， 达到迅速控制和同步控制，减小列车冲动，防止作业装置的损害，减轻 对走行等各系统的有！言影响。 ３．２．１．３特殊需求的工程车的运用 一些工程车因特殊的作业工况，要求制动系统具备更好的控制性 能，譬如，当进行高压接触网的放线作业时，为保证接触网的放线质量 及提高作业效率，需要制动系统能配合作业系统进行自动控制，例如在 放线作业的起步和停止时，能根据作业机械相关状态对制动压力进行 自动无级调控。再譬如，一些车型因轴重不同，或者因为区别为动力轴 与非动力轴的关系，作业时需要不同的转向架（或轴）施以不同的制动 力，这时，普通空气制动机难以满足要求，使用直通式电空制动机可轻 松解决，如图７所示： 作业系统信号 业系统信号 Ｇ。Ｇ０ ｌ、电空制动操作装置；２、自动制动阀；３、储风缸；４、直通式电空制 动机；５、中继阀；６、分配阀；７梭阀；８制动缸。 图７ 如图７所示，在全车配置网络线缆并在车钩连接处具备线缆的连 接装置，将作业系统的相关信号引入直通式电空制动机运算单元，从而 自动控制直通式电空制动机产生配合作业系统的制动压力以及制动和 缓解的压力变化速率，使得作业系统处于最好的工作状态，同时，为达 到对每个转向架的制动单独控制，可以为每个转向架各单独配置一个 直通式电空制动机，用梭阀将制动压力接入主制动缸管路，即可对各转 向架设置不同的制动压力。因直通电空制动机的体积较小，还可将其 布置于非常接近转向架的位置，这样更可大大增加其响应速度及灵敏 性。 ３．２．２方案２ 以上列举了三种解决工程车特殊需求的运用方案，充分显示了使 用直通式电空制动机的适用性及合理性。然而，考虑到经济性等原因， 也可选择方案２来使用电空制动机，如图８所示。 蕾 图８ ３９３－－—— 技信 如图８所示，使用目前已在ｒ 程车上成熟应用的各种空气制动机， 保留其制动机的完整功能，在有特殊作业需求的车型上增设电空制动 机作为作业制动功能，通过梭阀接人空气制动机的制动缸管路，使用手 动阀为电空制动隔离装置，对于空气自动制动机，根据Ｔ况及总风的取 来源，可操作隔离寒门进行隔离。最然，电空制动机作为选装配置， 仅在有特殊作业需求的车型上使用，其接入及隔离均安全可靠，在无特 殊作业需求的车型上使用目前在用的空气制动机，这样，节省了成本， 也解决＿ｒＴ程车的使用需求。方案１与２的制动压力管路接入与隔离 郜是一一样的，对于方案１所示的三种情况，方案２也可做同样或类似的 没置即叮满足应用需求，在此不冉赘述。 ３．３直通式电空制动机的运用优点 根据以上分析，直通式电空制动机的运用有诸多优点： （１）在全车布置网络线缆来传递控制信号，相比空气控制管路而 布置方便、节省空间 、 （２）采用网络线缆来传递摔制信号，信号传递更直接而迅速，信号 ，Ｌ乎可同步到达各个直通式电空制动机。 （３）相比空气控制管路采用梭阀等进行逻辑控制的方式，直通式电 空制动机通过微电脑处理网络线缆上的控制信号形成制动控制，使得 控制更准确，规避了空气控制管路因梭阀过多，容易串风残留等缺点。 （４）因微电脑控制的便利性，可以在全车有需要的］二作台设置较多 的制动操作端，通过网络线缆连接而形成控制，这一点对ＹＺ一１空气制 动机而言，其难度随制动操作端数量增多而急剧增大。 （５）直通式电空制动饥对制动缸管路压力的控制动作简单而直接， ，响应迅速。同时，其阀件少，易于集成为体积很小的直通电空制动单 元，对有需要的车型，可以很近距离的布置于制动缸附近，通过梭阀接 入空气制动机的主制动缸管路，达到对制动压力的更快速灵敏的控制。 （６）通贯全车的网络线缆可轻松将各个制动机的Ｔ作状态反馈给 整机监控装置，使得制动的监控更高效。 （７）可以通过设置独立的直通电空制动单元，方便地对制动缸压力 及制动缓解速率进行个别控制，满足特殊需求。 （８）可以将作业系统相关信号引入直通电空制动机运算单元参与 制动控制，更好地满足作业需求。 显然，直通电空制动机具备很好的功能拓展性，优势会随运用不同 而更多地体现出来。 ４．结语 通过本文对大型养路机械制动系统的一些新的运用需求分析，提 ｒ使用直通式电空制动机来满足大型养路机械的运用需求的方案， 分析表明，直通式电空制动机的使用具备合理性及适用性，它的使用是 解决大型养路机械新的运用需求的必然之选，大型养路机械将因为对 它的应用而得以找到完善的制动系统解决方案，并进而促进大型养路 机械综合性能的提升。 参考文献 ［１］刘豫湘，陆晋华，潘传熙等．ＤＫ一１型电空制动机与电力机车空 气管路系统［Ｍ］北京：中国铁道出版社，１９９８． ［２］廖锦春机车车辆制动装置［Ｍ］北京：中国铁道出版社，２００８ 从沥青路面早期破损谈公路建设 台州市路桥区交通局林法力 ［摘要］本文从沥青路面早期破损中与公路建设密切相关的两个原因，即地基不均匀沉降和路基压实不足，分析当前公路建设存在 的两个问题，相应提出两个对策，提出全寿命周期理念必须贯穿公路建设全过程。 ［关键词］沥青路面 公路建设 全寿命周期 随着我日经济的快速发展，我国公路建设也进入ｒ高速发展期，而 沥青路面巾于其平整、无接缝、行车舒适且方便养护等诸多优点，在高 等级公路建设巾得到了广泛的应用。但在沥青路面的实际使用过程 ・Ｉ１．也暴露Ｌ｝Ｊ了很多问题，早期破损就是其最突出的问题。笔者将根据 多年的沥青路面养护经验，从沥青路面早期破损的原因来分析目前公 路建设存在的问题，提出一些粗浅的建议，不当之处，敬请指正。 沥青路面早期破损和原因分析 １、沥青路面 期破损 沥青混凝土路面的早期破损是指，在设计寿命期前１／４～１／３期间 ｌＪＪ，沥青混凝土路面所发牛如开裂、松散、变形及泛油、翻浆等各种形式 的破损 沥青混凝土路面的早期破损既造成了巨大的经济损失，又造 成ｒ很大的社会负面影响 ２、沥青路面 期破损的原因 沥青混凝土路面早期破损的成因比较复杂，涉及没计、施Ｔ、养护、 管理等方面，由于本文主要目的是分析目前公路建设中存在的问题，故 仅从— 程施１：的角度来分析其原因。 ①地基不均匀沉降 在公路建设中，不可避免地有部分路段要穿 过水田、沼泽、淤泥地段等软土地基，路基修筑存软土地基上时，对软基 的处理不彻底，或软基地段处理后没有沉降稳定就进行修筑沥青混凝 土路面，往往就会发生路基失稳或过量沉陷，从而导致沥青｝昆凝土路面 破坏或不能正常使用。 ②路基压实不足．．路基压实是路基施工过程中的重要 序，亦是 提高路基混凝土路面强度与稳定性技术的技术措施之一。土是 相 休，士粒为骨架，颗粒之间的孔隙为水分和气体所占据。压实的目的在 Ｆ使土粒重新组合，彼此挤紧，孔隙缩小，土的密度提高，形成密实整 体，最终导致强度增加，稳定性提高。由于路基压实度不足，出现不均 匀沉陷，则会导致沥青混凝土路面出现纵向裂缝和横向裂缝（局部路段 一因。 、２、建设理念有误。建设各与ｔ－一般重视建设成本，而忽略后期运营 成本。注重工程建设进度，而忽视工程的质量。一般存公路建设前期 阶段，由于我们国家还不富裕，建设资金还很紧张，相关各部门都会严 格控制建设规模和建设资金，尽量用最少的钱造最好的路，而没注意到 ＝［程后期运营成本的高低决定于１：程前期建设投入的多少 而在公路 建设施 过程中，往往难免受到地方长官的意志影响，进度比质昔更重 蓦、 三、对策 ｌ、延长丁程建设周期，路面设汁与施ｆ：分阶段文施。对于公路建 设来说，延长丁程建设周期是减少路基不均匀沉降的最好方法：由于 交通相对滞后必须快速发展的现状，笔者认为可以在 量保证路基足 够的沉降预压期外，采取路面两阶段设计与施Ｔ。第一次与路线同时 进行整体设计，设计出路面结构组合及各层厚度，施工至路面基层后， 铺筑厚约５ｅｍ的热拌沥青碎石，再浇筑厚约２ｃｍ左右的沥青表面处治 掣面，然后开放交通；第二次设计在路线通车后，土基在车辆荷载的反 复作用下，观察土基的累计变形，在变形基本稳定后，土基坚实具有足 够的强度。根据路面的破损状况，重新测定路面弯沉，再根据弯沉值补 强，然后确定路面面层结构并铺筑。这样，能避免路线通车后不久，因 路基不均匀沉降而使路面严重破坏的现象，可以解决当前沥青路面通 车后早期破损的通病。 ２、加强沥青路面技术研究，树立全寿命周期成本理念。美国沥青 路面协会提｝Ｈ了永久性路面的概念，或者称长寿命沥青路面。路面设 计年限最高可达５０年，比我国目前普遍使用的半刚性路面寿命延长了 ３Ｏ年～３５年。从长寿命沥青路面初期投资来看，造价会增加３０％至 ４０％，但寿命能延长１０到ｌ５年。综合后期路面病害减少、维修成本的 降低，长寿命沥青路面在全生命周期内的成本经济效益是合算的 四、结语 实不足） 二、目前公路建设存在的主要问题 １、建设周期较短，不符合路基自然沉降规律。由于公路建设速度 滞后于经济的快速发展，而交通作为经济发展的先行者，必须快速发 展，为此一般公路建设周期少于３年。尽管高等级公路设计巾已经考 虑到１０～ｌ２个月的沉降预压期，但实际由于政策处理等方面原因很难 另外，即使 证有足够的预压期，也无法避免路基的工后沉降。 从上文 可以看ｌ叶Ｊ，路基的不均匀沉降是沥青路面早期破损的主要原 沥青路面早期破损问题，不仅是单纯的技术问题和管理同题，更是 认识问题和思路问题。在公路建设中，必须牢固树立用全寿命周期成 本的理念，正确认识二ｒ＝程建设成本与后期运营成本的关系 正确认识Ｔ 程进度与工程质量的关系，牢固树立工程耐久性才是Ｔ程质量之本的 观念，只有这样才能建成一条条品质之路。 参考文献 ３９４・———
