一種緊急制動停車裝置的研究

高金倉

關鍵詞：車輛;制動;停車

引言

目前，在鐵路各車輛段段內存車線和調車線線路終端，按照標準都有土擋設置，用于非正常情況下溜逸車輛的攔阻。有些單位在土擋之前又加裝了一道液壓阻尼或彈簧阻尼擋車器，通過這套裝置能夠對溜逸車輛進行攔截，但是在車輛連掛太多和溜逸速度過高的情況下，車輛在慣性力的作用下依然沖過擋車器進而沖擊土擋，導致調車事故頻發，給各單位和職工帶來巨大的經濟損失。

截止目前全國鐵路單位還沒有更加安全可靠的緊急停車裝置以杜絕此類事故的發生。因此，本課題的提出更具有前瞻性，一旦成功必將帶來明顯的經濟效益和社會效益。

1、研究內容

（1）項目實施前，對當前各車輛段、車站、編組場等各單位在用的土擋機構、液壓阻尼和彈簧阻尼擋車器進行現場調研，總結優缺點，重點是結合編組站駝峰制動減速機構進行重點調研，了解此類事故的往期案例，聽取現場使用單位的意見和建議。

（2）查閱其他相關技術資料和案例，緊密結合車輛段調車作業規范和程序，通過嚴謹的理論計算，得出空車連掛3輛5km/h和連掛1輛15km/h運行速度下的沖擊動能，為本套停車裝置提供必需的科學依據，各型貨車車輛自重均按照22T計算。空車連掛3輛5km/h速度下的沖擊動能：E=1/2mv2=1/2*66*（5000/3600）2=63.66KJ，空車連掛1輛15km/h速度下的沖擊動能：E=1/2mv2=1/2*22*（15000/3600）2=191KJ。由上面的計算結果可知，車輛進入第一級制動裝置時最大沖擊動能可以達到191KJ。如果按照溜逸車輛在通過本裝置8米有效制動行程的強行制動后停車，則每米要消耗或吸收沖擊動能24KJ。本方案就是基于此理論支持而形成的切實可行的緊急制動裝置。

二、研究方法

（1）本裝置主要由以下三個部分組成。分別為兩級制動裝置和一套報警裝置。第一級為制動軌制動。從理論上可實現空車連掛3輛5km/h運行速度下的制動。當溜逸速度過高突破第一級強行制動后，第二級液壓阻尼緩沖擋車器在溜逸車輛的輪對和車鉤部位同步繼續攔截制動，直至在土擋之前將溜逸車輛制動停車。非正常作業造成溜逸車輛進入第一級制動裝置時，自動觸發聲光報警裝置，提醒作業人員第一時間檢查處置。

預設制動軌相對于輪對內側面在4米范圍內的平均正壓力為Fn=500kg=5000N，取施加壓力后鋼鐵-鋼鐵之間動摩擦因數μ=1.0，則滑動摩擦力為F=Fn*μ=5000*1.0=5000N，單個車輪通過4米制動軌需要克服摩擦力做功W=F*S=5000*4=20KJ，一個轉向架通過時克服摩擦力需要做功20KJ*4=80KJ。這樣一來80KJ的做功能耗完全可以抵消空車3輛5km/h速度下的沖擊動能63.66KJ，可強制在此區域內停車。

（3）第二級制動由兩部分阻尼緩沖裝置組成。本裝置位于第一級制動裝置之后，分別為作用于輪對部位和車鉤部位的阻尼緩沖機構。兩套機構全部通過螺栓和夾板與線路基本軌連接，輪對部位利用彈簧阻尼機構，車鉤部位采用液壓阻尼機構，當溜逸車輛沖擊力超過兩套阻尼機構的最大承受能力后，基本軌上的夾板克服摩擦阻力帶動整套裝置向后移動，進一步吸收和消除溜逸車輛的沖擊力，直至在土擋之前將溜逸車輛制動停車。

輪對部位的彈簧阻尼機構選用內徑65mm、絲徑14mm、長度為2000mm的壓縮彈簧2根，當溜逸車輛強行通過第一級制動減速后，轉向架一位輪對碰撞仿形塊，阻尼彈簧壓縮。2根壓縮彈簧的設計壓縮量為600mm，彈簧受力壓縮到一定程度后，車鉤鉤舌部位到液壓阻尼器。本阻尼器選用缸徑100mm，行程為300mm的SNB液壓阻尼器，通過液壓油和閥門控制內部液壓缸活塞的移動，最大承受載荷為120KN，通過疊加的兩套阻尼緩沖裝置，最少可以吸收和消耗溜逸車輛所帶來的的沖擊載荷90KN*（0.6+0.3）=81KJ。

最后一級在基本軌兩側內部的夾板總長度為1.2米，通過均布的6條M30螺栓使夾板和基本軌緊緊貼合，當溜逸車輛沖擊能量沒有完全消耗掉時，這部分可沿著基本軌滑行。夾板的平均正壓力依舊設定為Fn=500kg=5000N，取動摩擦因數μ=1.0，則滑動摩擦力為F=Fn*μ=5000*1.0=5000N，設最大滑行距離為3米，本部分在克服沖擊能量時可做功5000N*3*2=30KJ。

綜上所述，當溜逸車輛以空車1輛15km/h或空車3輛5km/h速度下進入本緊急制動停車裝置時，所產生的最大沖擊動能為191KJ。本套裝置通過三級制動和緩沖所能產生的最大制動能耗為80KJ+81KJ+31KJ=191KJ，正好可以攔停非正常情況下的溜逸車輛，在土擋前1米停車，不至于引起撞擊土擋的事故發生。

（4）在第一級制動區域加裝一套感應式聲光報警裝置，利用太陽能電池板發電，DC12V供電，溜逸車輛一旦進入本區域，自動觸發報警裝置，可在第一時間提醒作業人員檢查處置。

1、實現連掛3輛5km/h運行速度下第一級強行制動停車。當溜逸車輛以低于5km/h的速度進入時，可以完全通過第一級制動軌機構實現停車，然后調整松開制動軌和基本軌之間的間隙，將溜逸車輛重新連掛。

2、實現連掛1輛15km/h運行速度下第二級強行制動停車。當溜逸車輛以15km/h的速度強行通過第一級制動裝置后，第二、三級的兩套阻尼緩沖裝置分別對車輛輪對部位和車鉤部位再次進行緩沖并制動，迫使車輛停車。

3、實現車輛溜逸后的自動報警功能。當作業過程中有車輛進入本裝置第一級時，輪對部位觸發由太陽能供電的一套聲光報警裝置，提醒作業人員即使檢查并處理。后續預留報警信號反饋至安全調度指揮中心的拓展功能。

4、從根本上解決非正常情況下溜逸車輛撞擊土擋而造成的事故，從而避免對各單位造成經濟損失。

參考文獻：

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