旅客列車抱閘故障報警器的研究與設計

金治彬，艾新影，李龍

（1.呼和浩特鐵路局，內蒙古 呼和浩特 050043；2.石家莊鐵道大學，河北 石家莊 050043；3.中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 051431）

近年來，我國鐵路事業不斷發展，越來越多的人開始選擇火車作為出行方式。而隨著鐵路線的增多，旅客列車在運行過程中地故障問題，成為了重點內容，這些故障隱患，對乘客的人身安全產生了巨大的威脅。這些故障中抱閘的相關問題是最常見的一種問題。抱閘故障出現時，沒有特別的征兆，列車人員很難及時察覺，而且如果抱閘故障沒有得到及時處理后果很嚴重。長時間在抱閘的狀態下運行會對車輛的輪子造成巨大損害，導致輪子擦傷、剝離，甚至會使鐵軌損壞進而導致列車脫軌，可能造成巨大的人員傷亡。因此，設計一款實用的抱閘故障報警器具有重要的意義。

1 導致列車出現抱閘故障的原因

1.1 104制動閥發生故障導致緩解功能下降

104制動閥是導致抱閘故障的根源部件，其工作原理很簡單，列車行駛過程中速度加快，列車管道中的壓力逐漸增大，空氣受到的壓力增大，通過主要的閥門被排出，制動缸里的空氣通過均衡桿軸，在壓力的作用下從中心口被排出，這就是壓力緩解的過程。而104制動閥出現故障直接的影響就是制動缸，會導致制動缸運行過慢，緩解壓力的能力下降。104制動閥可能出現的問題有：

（1）均衡模板損壞。在緩解車廂內壓力的過程中，制動缸里的空氣容易從模板破損的地方流出，而制動缸往往建設在均衡鞲鞴的上方，這些從破損處放出的氣流會流到均衡鞲鞴的下方，進而進入容積室，與容積室里的空氣一起被排出，這就導致制動缸里的空氣壓力不夠，進而導致緩解壓力的速度變慢。

（2）均衡閥門上包裹的膠皮脫落。壓力緩解時，均衡鞲鞴逐漸向下方移動，但是這個時候如果均衡閥門上的膠皮松動進而脫落，脫落下來的膠皮很容易就掉到均衡鞲鞴桿軸的頂部，這會造成軸的向中心口被堵塞，制動缸里的空氣無法排出，導致壓力持續升高。

（3）作用部位的主要鞲鞴有一塊重要的S型模板，模板比較脆弱，如果沒有維護好容易破損，這就導致主要的鞲鞴無法按照緩解壓力的方式來運行，導致壓力過大。

（4）104制動閥門有專門的濾杯，過來過濾制動閥在使用過程中吸入的灰塵等雜物，需要定時清洗，如果沒有及時清洗造成堵塞，也會導致104制動閥不能正常工作。

1.2 104制動閥不夠穩定導致自然制動

104制動閥的質量主要取決于彈簧的強度，如果彈簧太脆弱，導致形變幅度太大，制動管稍微減小壓力彈簧就產生很大的形變量，容易導致主要的鞲鞴桿軸上移過多，達到制動的位置，引起列車的自然制動。

1.3 列車乘務員的不規范操作

部分列車乘務員在工作時沒有嚴格遵守操作準則，導致對相關的問題沒有及時發現或是出現操作失誤，乘務員常見的錯誤操作中會導致104制動閥出現故障的主要有以下幾種：

（1）列車行駛過程中出現制動，經過檢查無法找到原因，需要對制動系統進行關門處理，但是部分乘務員會在關閉截斷塞門之后忘記排風。如果截斷塞門的主閥門上有破損或是不貼合的地方，就會導致104主閥門上的主鞲鞴上移，達到制動的位置，而副風缸里這時壓力變大，導致里面的空氣被排出，這些空氣回流至制動缸就會導致列車制動，進而產生抱閘故障。

（2）運行過程中出現制動，關門處理時仍處于制動狀態下，但是在制動狀態下沒有先排風就直接進行關門，導致列車抱閘運行。

（3）處理基礎的制動故障沒有排風，而且在故障處理完畢，重新打開緩解閥門的時候沒有一并開通截斷塞門，導致列車抱閘運行。

1.4 行駛過程中的復雜環境因素

列車在冬天行駛的時候很容易遇到大雪的天氣，如果列車運行速度不夠快或是長時間運行，雪融化并凝結成冰會堵塞列車的排氣孔，排氣孔被堵塞就導致104制動閥無法到達相應的緩解位置，也可能導致制動缸里的空氣無法排出，使列車內的壓力過高，導致列車出現制動問題無法自行緩解。

1.5 列車上的操作失誤

列車工作人員在給列車制動管充氣時容易充氣過度，導致列車觸發緊急制動機制。列車在過充氣狀態下風缸里的實際空氣壓力遠大于設計時的理想壓力，會導致壓力超出負荷無法得到及時的緩解。

2 非正常制動監測報警系統設計原理

2.1 報警系統的邏輯判斷原理設計

系統在列車的制動管和制動缸上都要加裝空氣壓力開關，配合外部的報警設施，為了使列車員及時發現問題，報警系統的電路要專門加裝延時繼電器。根據國家列車相關法律法規的規定，制動故障報警系統中的空氣壓力開關的壓力一般設置為580kPa，制動缸上的開關壓力為100kPa，繼電器的時間延遲大概30秒。列車員發現報警系統報警，在一定的時間內對列車是否制動進行判斷，然后再采取對應的應急方案，繼電器的延遲功能給了列車人員充分的緩沖時間，使列車人員不會慌亂，保持冷靜才能做出正確的決定。報警電路設置兩個指示燈，分別對應抱閘故障和過故障抱閘，指示燈在出現故障時亮起，故障排除后自動滅掉。

2.2 報警器無法預警的制動情況

列車行駛過程中也會遇到一些特殊情況導致報警器無法及時發揮功能。比如說，104制動閥因為功能非常重要，列車一般給104制動閥配備的副風缸都是大號的，但是列車所使用的風泵型號是固定的，這就導致列車開始行駛的時候要充很長時間的氣才能啟動，這個時間沒有固定的標準，需要列車駕駛員憑借經驗來把握，但是經驗不能保證完全準確，如果司機感覺不準，充氣不夠就把制動閥的手把放置在了保持氣壓的位置，就有較大的概率導致列車意外制動。

3 報警器的電路設計

制動閘上的報警器由兩個壓力開關、報警裝置、配套的線路等裝置組成。制動管的配套開關安裝在截斷塞門之后，大致的電路圖如圖1所示。

圖1 報警系統電路簡易圖

除了報警和關閉的功能之外，報警系統的裝置還應當設置記憶功能，方便維修人員之后對故障進行總結分析。除此以外，電路的走向和安裝的部位也需要進一步的設計，要讓線路更加整齊，不會影響到列車上閥門的使用。在投入實際運行之后，技術人員要對列車運行中的情況進行實地考察，在列車的基礎上進行升級改造進一步的開發列車的速度和舒適性，對某些部件進行升級。比如說把壓力開關升級為壓力傳感器，在報警系統內加裝邏輯判斷裝置等，這些步驟可以讓報警系統變得更加人性化，還可以讓報警系統的功能變得更加豐富，有利于更好的保障旅客的人身安全。

4 設計報警系統實驗的順序

（1）先做空白樣進行對比，用性能正常的104制動閥進行實驗，要確保實驗中列車正常穩定的行駛，抱閘報警器沒有被觸發。

（2）對104制動閥進行穩定性的測試。充分考慮到在實際運行過程中列車員和駕駛員可能出現的各種操作失誤，這些操作容易導致列車在行駛的過程中出現泄漏的故障或者是列車車內壓力下降，因此，把列車管的壓力分別減小40KPa，50KPa，60KPa進行實驗，用這些在特殊情況下的實驗來測定104制動閥對于故障的承受能力，這有利于列車員更好的了解104制動閥的各方面性能，及時的對列車行駛過程中的故障做出調整。

104制動閥具有一定的穩定性，因此壓力減小比較少的時候報警器往往不會報警，這就需要乘務員對此時的一些特征進行總結，方便日后乘務員能在報警器未響起的情況下通過這些特征發現隱藏的問題。

（3）人為的對制動缸的設備做出一些調整，讓制動缸產生一些常見的故障，比如說：不緩解故障、壓力過小故障等等，測試在這些故障情況下報警器是否及時地產生了反應？有沒有延遲，通過報警器的延遲時間來對報警器的靈敏性做出一定的調整，使報警器能夠更加及時地發現列車的故障，防患于未然。

（4）在實際的列車中進行試驗，將報警器等全套系統裝好后，讓列車開始正常的運行，在列車運行的過程中開展制動機的相關實驗，為了保證實驗結果更加可信，應當盡可能模擬實際的旅客運輸情況，同時要多做幾次對照試驗，確保在每一次實驗中報警器都沒有報警，把所有可能的問題排除在外。如果在測試過程中出現報警，要對故障原因做出充分的分析，并進行反復的測試，要確保故障被徹底解除才能將報警器應用到實際的列車中，做到對旅客的生命安全高度負責。

5 結語

本文所設計的抱閘報警器設計簡單，所使用到的材料非常廉價，經濟性強，適合大面積使用，同時非常穩定，在多種環境下都能穩定的發揮作用，具有高度的可應用性。報警器可以準確的報告故障，并且不會對列車的其他部分產生任何影響，同時耗電量也較小，有利于節約資源，降低成本，非常適用于現有的旅客列車，應當得到進一步的推廣。