內燃機車制動機模擬試驗臺的研制與應用

姜憲憲

（兗礦物流科技有限公司，山東 鄒城 273500）

1 前言

東風4DD 型內燃機車，自2002 年開始投入運用，承擔兗州礦區7 礦及國際焦化公司鐵路專用線的煤焦運輸任務。該型內燃機車是中車大連機車車輛有限公司推出的國內功率最大、外走廊式重型調車機車，是地方工礦企業鐵路運輸及編組調車的首選機型。

機車空氣制動系統是內燃機車的重要組成部分之一，包括風源、附加裝置、空氣制動和自動控制等子系統，對于提高礦區物流運輸的能力，保障礦區物流運輸安全，起著十分重要的作用。機車空氣制動系統的工作狀態是否良好直接影響列車的運行安全，一旦發生故障，將直接影響整個列車的正常運行，而且易引發重大的行車安全事故，造成鐵路運輸中斷，給礦區物流運輸企業帶來巨大的經濟損失，造成不良的社會影響。該型機車的結構特點是單司機室、雙操縱臺，制動系統為JZ-7 型制動機。因機車空氣制動系統部件及管路多，且空間布局相對狹小緊湊，隨著機車使用年限的增加，出現故障的點越來越多，原因越來越復雜，現場應急處理難度較大，對機車司機和檢修人員的技能操作及故障處理水平有較高的要求。

傳統的機車空氣制動系統的培訓已經難以滿足實際故障處理的需求，且機務專業人員老化不斷加快，現在的年輕職工需要經過一定時間的培養，導致機車司機和檢修人員無法直觀、準確、有效地掌握制動系統的各閥件的相互作用過程，在對制動系統的操作及故障演推分析、判斷處理達不到預期的效果，無法做到及時消除故障，增加了機車臨修時間。為保證機車的動力充足，解決機車空氣制動系統故障排除判斷難題，結合機車司機和檢修人員教學培訓要求，利用既有的機車制動系統修復后的配件，研制一種適用于東風4DD 型內燃機車制動機系統的模擬試驗臺是十分必要的，制動機模擬試驗臺可以實現模擬機車空氣制動系統的實際作用原理，檢修人員能夠檢驗機車空氣系統各部位泄漏及制動機的綜合性能，測試制動機管路通道、各類閥件的性能情況，并能直觀地顯示各閥件相互作用過程，可以方便地找出故障排查的規律，排除制動系統故障，縮短故障判斷時間，降低臨故修時間，提高機車的運用效率；機車乘務員能夠對機車運行中出現的故障進行簡單處理，維持機車運行回庫，減少機車救援時間及資源浪費，提高了運輸效率。

2 總體方案

內燃機車制動機模擬試驗臺的總體方案是在已完成的內燃機車電器模擬試驗臺的基礎上，以JZ-7 制動系統工作原理及機車實際工作情況為基礎，依據拓寬技能大師創新工作室的需求和現有的環境條件，為提高機車司機和檢修人員技能業務能力，結合機車司機和檢修人員教學培訓特點，研制出制動機模擬試驗臺，作為對機車司機和檢修人員進行機車制動系統教學的設施器材，以滿足機車司機和檢修人員業務提升的培訓需求。該模擬試驗臺主要結合東風4DD 型內燃機車制動系統，具體研究了內燃機車制動系統的硬件設計和教學軟件設計，采用與機車制動系統要求的壓力空氣，能夠實現機車“五步閘”及“七步閘”的操作試驗技術要求，并且利用動漫顯示，可以直觀、明了地顯示各閥件及空氣管路狀態，達到培訓教學、故障查找的目的。總體布置如圖1 所示。

圖1 總體布置示意圖

3 模擬試驗臺的組成

模擬試驗臺模擬東風4DD 型內燃機車JZ-7 型制動機實際工作狀態，作為專用的制動系統教學設施器材，以滿足教學培訓的需要。該試驗臺主要由空壓機及輔助設備、噪聲處理、集成閥座、模擬操縱臺、動漫顯示系統及相關空氣管路、電氣線路等組成。為滿足在內燃機車制動系統設置假設故障的需求，解決職工在制動機操作技能比武活動中只能在機車上完成的故障假設的難題，在機車制動系統相關空氣管路中通過加裝截止閥、排氣閥等部件，實現對制動系統有針對性的故障假設，以此實現職工制動系統故障判斷、處理能力的提升，保證機車動力充足，提高運輸效率。具體的系統原理如圖2。

圖2 模擬試驗臺系統原理圖

3.1 集成閥座

目前，國內在用的主要內燃機車的制動機基本上都是采用JZ-7 型空氣制動機。JZ-7 型空氣制動機現在的性能與早期的制動機的性能相比較，JZ-7 空氣制動機的結構相應復雜，其性能更加完善，但是兩者的基本工作原理是相同的。也就是制動管減壓即為制動，制動管增壓即為緩解，當列車發生分離、軟管破損、斷開或緊急制動時，可以實現列車的自動停車。在列車制動時，各車輛的制動力靠本車輛副風缸提供的壓力空氣來制動的；緩解時，各車輛的制動缸的壓力從本車輛的三通閥的排風口排出。因此，如果制動和緩解比較一致，那么列車的瞬間沖擊也減小。試驗臺與機車實物相一致的閥件，具備機車運用條件相同的各項技術指標，切合機車工作實際，按照東風4DD 型內燃機車JZ-7 機車制動系統原理，制作一臺集成閥座，實現真實模擬內燃機車制動機的各項動作、試驗指標及制動系統各類故障。閥座主要由分配閥、作用閥、低壓風缸、降壓風缸、均衡風缸、工作風缸、過充風缸及空氣管路等基本配件組成。風包由儲氣罐、壓力表、安全閥等空氣管路配件組成。基礎制動裝置主要由制動缸、閘瓦、閘瓦托、模擬輪對、基座等空氣管路配件組成。

3.2 模擬操縱臺

模擬操縱臺是試驗臺的核心設備之一，是作為操作人員操作試驗設備、觀察試驗設備狀態以及各種實時參數的主要設備，也是作為整個試驗臺中對外展示的首要設備，因此，模擬試驗臺設計制作要滿足美觀大方、操作方便、功能全面、簡單實用的原則。以機車司機室操縱臺為原型，采取1:1 的比例進行操縱臺的設計、制作，并增加制動機相關組件、管件。操縱臺的臺面采用氣割做洞、電鉆打孔、焊接螺桿等方式方法處理，用于安裝司機控制器、扳鍵按鈕、停車按鈕、風笛按鈕、儀表及標志燈等基本配件，操縱臺的內安裝有各類接線柱，用于各配件的布線連接。如圖3 所示。

圖3 模擬操縱臺示意圖

3.3 空壓機及輔助設備

空壓機及輔助設備主要用于產生和儲備具有一定壓力和清潔的壓縮空氣。它包括空壓機組、止回閥、油水分離器、總風缸、安全閥、空氣壓縮機調壓器及無負荷起動電磁閥等。

空壓機作為整個模擬試驗臺的風源，結合內燃機車制動系統的實際工況和制動機模擬試驗臺的技術要求，所選用的空壓機應滿足管路的壓力及周圍環境的要求，并且其壓力≥0.7MPa。

空壓機輔助設備作為風源壓力、凈化等，所提供的壓力為各類風缸、閥件等供給足量和具有一定壓力的壓縮空氣。

空壓機的噪聲來源主要由進氣口、排氣口、機械口、電磁口這四個部位。如果空壓機的噪音聲級高，且低頻突出，則傳播的距離就較遠，污染范圍就較大。特別是空壓機所發出的某些噪音的頻率與人的內臟器官的固有頻率相接近，在作業現場易引發共振，使現場作業人員產生頭暈、心率過速、惡心、高血壓等不良癥狀。為此，提出對這個四個部位進行噪音治理，降低整個系統的噪音，主要包括空壓機的進氣口噪音治理、空壓機的排氣口噪音治理、空壓機本體噪音處理、空壓機機體的振動噪音治理、空壓機管道振動治理。為解決空壓機的噪音，選用低噪音設備，因此選擇了帶靜音的無油往復式活塞壓縮機，按照職業安全健康的要求，采用噪聲處理技術，對整個系統進行降噪處理，在現場采用吸音、隔音、音屏障、隔振等措施，對空壓機電機、出風口進行降噪處理，使室內環境噪聲低于50 分貝，降低對周圍環境噪聲影響。

3.4 動漫軟件

計算機的內燃機車空氣制動機綜合作用動漫軟件界面主要利用Macromedia 公司Flash 軟件制作的動漫，研制了人機交互式動漫教學系統，教學軟件具備語音、分布教學展示同步功能，人機交互式教學軟件，顯示“五大閥”工作原理、結構、通路等，具有實用性、觀賞性，使一些抽象、復雜的問題具體化、簡單化，圖文并茂，語音講解同步，能激發學員學習的積極性，起到了事半功倍的效果。主界面如圖4 所示。

圖4 主界面

計算機的內燃機車空氣制動機綜合作用動漫軟件界面實現直觀地顯示制動系統各閥件的相互作用過程，有效地進行培訓教學及故障判斷處理，達到行業鐵路或相關培訓機構的領先水平，填補了該類主流車型國內空白。實現對機車乘務員和檢修人員進行系統性培訓及模擬試驗操作，迅速查找故障原因，提高機車乘務員實踐操作水平和檢修、技術人員制動系統故障處理水平。實現快速、準確地判斷機車制動系統故障處所及原因，及時進行處理，并降低機車在正常運用中的故障率，以保障機車制動系統作用良好，對企業的安全生產及經濟效益具有重大意義，在煤炭行業自營鐵路上具有一定的推廣價值。講解界面如圖5 所示。

圖5 講解界面

4 結語

東風4DD 型內燃機車制動機模擬試驗臺，為機車司機和檢修人員提供了模擬實際操作訓練平臺，提升了現場作業人員的制動機操作技能，可以在技能比武和現場培訓中對機車制動系統有針對性地設計故障，提升職工判斷制動系統故障的能力，降低處理制動系統故障的時間，提高機車運用效率，保證機車運行安全；實現機車司機在機車運用中制動系統故障的簡單處理，減少機車救援時間及資源浪費；人機交互式教學軟件具備語音、分布教學展示同步功能，實現直觀地顯示制動系統中各閥件的相互作用過程，職工可以對制動系統中各閥件原理和結構進行全面的掌握，實現對機車制動系統閥件試驗、檢測的功能，提高機車檢修人員的專業技術水平，進一步提升了職工檢修配件的能力。內燃機車制動機模擬試驗臺作為一種專用的教學設施器材方面，其形式填補了國內外一項技術空白，對地方鐵路企業具有很好的使用及推廣價值。