SDA1型机车空气制动和管路系统

SDA 1型机车空气制动和管路系统张斌，付国琼，苟俊英（资阳机车有限公司，四川资阳641301）摘要：对出口澳大利亚的SDA 1型机车空气制动系统的风源系统、制动系统、辅助用风系统的配置组成及原理进行了介绍，其中制动系统采用的是美国Wabtec 公司的FastBrake 制动系统，对其组成及功能进行了详细说明；同时介绍了空气制动系统管路布置，为实现内燃机车空气管路模块化设计和环保的设计理念提供一些探讨。

关键词：SDA 1型机车；风源系统；FastBrake 制动系统；管路布置中图分类号：U262.6 文献标识码：B 文章编号：2095-5901（2014）09-0011-05收修回稿日期：2013-10-23作者简介：张斌（1975—），男，四川平昌人，高级工程师。

SDA 1型机车是根据南车资阳机车有限公司与澳大利亚SCT 公司签署的机车采购合同而设计的交-直-交电传动干线货运内燃机车。

机车装用MTU 20V 4000R43L 型柴油机，最大运用功率为3000kW ，轨距1435mm ，轴式C 0-C 0，轴重不大于22.3t ，最大速度120km /h ，左向操纵；采用了先进的交流牵引传动系统和变频控制的辅助交流传动系统，具有起动牵引力大、持续牵引力大、黏着利用率高等优点；采用Wabtec 公司的FastBrake 电控制动系统和TRAINLINK II LCU-09列尾控制装置，实现两者间的正常通信控制；该机车还具有与3台以上采用AAR 重联标准的机车重联、不停车自动补油等功能。

SDA 1型机车是中国首次向发达国家出口的机车，也是目前澳大利亚国内功率最大且技术最为先进的机车之一，本文将重点介绍SDA 1型机车空气制动系统及管路布置。

SDA 1型机车空气制动系统是根据用户提供的技术规范而设计的，规范对机车各部类都做了严格而详细的要求，包括制动部类空压机排量、总风缸容积、管路布置、制动系统具体功能和参数要求，以及风喇叭的声音和刮雨器刮刷频率等。

本文从风源系统、FastBrake 制动系统、辅助用风系统等几个部分介绍适应技术规范和满足用户需求的各系统配置组成及原理。

该机车空气管路布置采用模块化设计理念，部分实现内燃机车管路模块化组装，简化组装工艺。

1 风源系统风源系统为机车及车辆的制动和辅助用风系统提供符合要求的干燥、洁净的压缩空气，主要包括：空压机、空气干燥器、高压保安阀、自动排水阀、总风压力控制器、止回阀等。

其部件组成如图1所示。

1.1 空压机根据用户要求，空压机排量需大于7.0m 3/min ，并且满足0~60℃环境运用要求。

因此，系统采用2台TSA-3.6A 型螺杆式压缩机组。

该空压机具有温度、压力控制装置，可实现无负荷起动。

主要技术参数如下。

进口压力大气压力出口压力/kPa 900额定转速/r ·min -12585压缩方式持续式，单级排量/m 3·min -1 3.6排气温度/℃<环境温度ˑ15轴功率/kW 30工作电压（三相）/V 480工作频率/Hz 87.4工作方式变频驱动第9期（总第487期）铁道机车与动车2014年9月图1 风源系统噪声（声压级）/dB（A）≤87空压机起停由空压机变频器控制，变频器随辅助发电机转速变化输出的频率在29.7~87.4Hz 间变化，因此空压机排风量也在1.2~3.6m3/min 间变化。

为满足螺杆空压机30％~100％的工作率，避免机油乳化，同时满足机车供风的需要，空压机采用在低排量时由两台空压机同时起动，较高排量时由一台空压机供风，同时总风压力低于设定的700kPa时由两台空压机同时供风，保证列车用风需要。

通过机车AAR标准的27芯重联线的空压机同步信号控制，保证本机与重联机车空压机的同步起停。

1.2 干燥器采用TAD-8-H型干燥器，该干燥器共4个干燥塔，两个干燥塔为一组，每组按工作周期进行干燥和再生的转换。

根据澳方相关标准要求，干燥器安装在两个总风缸之间。

TAD-8-H型干燥器属吸附式干燥器，能过滤压缩空气中的油、水，降低压缩空气露点，使得空气系统在正常使用时不会出现液态水。

干燥器主要技术参数如下。

处理空气量/m3·min-17.6工作压力/kPa900工作电压（DC）/V74再生耗气率/％15ˑ3出气口相对湿度/％≤35干燥塔转换周期/s80重量/kg140 1.3 总风缸系统设置两个容积分别为400L的总风缸，总风缸符合澳大利亚对机车总风缸的相关规定。

总风缸安装在机车车架左右纵梁的两侧。

在总风缸的一端设置自动排水阀，当空压机停止供风时，通过电磁阀使排水阀动作排出总风缸内的积水。

1.4 总风压力控制器设置3个压力控制器，压力控制器I 控制空压机的正常起停，当总风压力低于750kPa而高于700kPa时，根据要求一台或者两台空压机起动，压力达到850kPa时空压机停止；压力控制器II是控制总风压力低于700kPa时，两台空压机同时进行供风；压力控制器III是当总风压力低于600kPa时，实施总风压力低报警。

2 制动系统SDA1型机车制动系统采用Wabtec公司生产的FastBrake电控制动机，该制动机是一个以微机控制的电空制动设备，用于控制机车和相连车辆的空气制动装置。

模块化的设计理念使得该制动系统的使用维护极其简单，具有高可靠性，并且系统还具备诊断、自测、校准、故障和事件的记录等功能。

该制动系统主要由司机室手柄单元（CHU）和气动操作单元（POU）组成，另外还在列车管上设置了两个8#放风阀。

2.1 FastBrake制动系统主要功能POU接收来自司机手柄单元自动制动手柄和单独制动手柄发出的指令，完成相应的制动和缓解功能，也接收来自列车管、20号管（单独制动与缓解管）、13号管（作用管）的压力变化信息，并接收来自FastBrake系统内部和外部的各种惩罚制动、紧急制动等指令。

POU通过安装在气路板上的空气控制装置向制动系统输出控制压力，并接收来自系统传感器的反馈信号，从而完成制动的闭环控制。

该系统主要具有如下功能：（1）列车的自动制动。

通过操作自动制动阀，可控制列车的制动、缓解、保压等功能。

（2）机车的单独制动。

通过控制单独制动阀，可控制机车的单独制动。

SDA1型机车单独制动时最大压力设置为500kPa。

（3）自动制动后可单独缓解机车制动。

通过下压单独制动阀，可单独缓解机车的制动。

21铁道机车与动车2014年（4）紧急制动。

通过自动制动阀、紧急制动阀、列车断钩、紧急制动按钮、EOT等均可使列车的紧急制动作用。

（5）具有自动保压功能。

可自动补偿制动缸压力空气的漏泄。

（6）具有阶段制动、阶段缓解和一次缓解性能。

SDA1型机车设置为一次缓解型。

（7）电空联锁功能。

电空联锁的类型分为两种，一种是取消电制动后自动制动会重新施加（I 型），另一种是取消电制动后自动制动不会重新施加（II型）。

SDA1型机车选用II型电空联锁方式。

（8）具有与列车运行安全监控装置协调配合功能。

（9）多机重联操纵功能。

（10）列车断钩分离保护功能。

（11）总风压力低保护功能。

（12）可实现ECP（列车电空制动）和DP（动力分散）功能。

2.2 司机操作手柄（CHU）采用26型（立式安装）司机室操作手柄，安装在司机室左侧墙上，为司机操作台面留出更多书写空间。

司机操作手柄主要包括自动制动手柄、单独制动手柄和显示屏。

2.2.1 自动制动手柄自动制动手柄用于控制列车的制动和缓解，有6个位置，包括缓解位、初制动位、全制动位、抑制位、持续制动位（重联位）和紧急制动位。

在初制动位和全制动位之间为一制动区。

2.2.2 单独制动手柄单独制动手柄用于单独控制机车的制动和缓解，有两个作用位置，包括缓解位和全制动位。

通过下压手柄可实现机车的单独缓解功能。

2.2.3 显示屏在司机操作手柄的中央部位设置有一显示屏，用于显示制动系统状态及故障代码等。

显示屏下方有4个按钮，允许司机通过按钮选择和改变空气制动系统的设置参数，或者调节显示屏的亮度。

2.3 气动操作单元（POU）FastBrake气动操作单元（POU）主要由气路板、列车管控制部分（BPP）、制动缸控制部分（BCP）、单独制动和缓解控制部分（IARP）、后备制动装置、无火回送装置、过滤器、电源和机车接口部分等组成。

在气路板上安装有10个供维护调试使用的快速插拔式压力测试接口，方便压力测试及校核。

2.3.1 列车管控制部分（BPP）列车管控制部分（BPP）主要用于控制均衡风缸和列车管压力。

当制动系统设置为CUT-IN模式时，控制列车管的正常充排风并提供列车管的紧急排风功能。

BPP由铝合金安装座、控制模块、传感器、电磁阀、中继阀、遮断阀、紧急放风阀、止回阀、空气管道、限制堵以及电气连接件等组成。

与列车管控制部分相连的压力传感器包括主风缸压力高（MRH）、主风缸压力低（MRL）、均衡压力（ER）、列车管压力（BPT），用以提供列车管控制所需要的反馈信号。

列车管控制部分原理见图2。

图2 列车管控制部分（BPP）2.3.2 制动缸控制部分（BCP）制动缸控制部分（BCP）是控制自动制动、单独制动及电制动时制动缸的压力值。

BCP由铝合金安装座、控制模块、传感器、电磁阀中继阀、空气管道、限制堵以及电气连接件等组成。

压力传感器包括制动缸（BC）、制动缸控制压力（BC CntrI）、16号管压力，用以提供制动缸控制所需的反馈信号。

制动缸控制部分原理见图3。

2.3.3 单独制动和缓解控制部分（IARP）单独制动和缓解控制部分（IARP）控制20号31第9期（总第487期）张斌等：SDA1型机车空气制动和管路系统图3 制动缸控制部分（BCP ）管及13号管压力，控制单独制动时本机和补机的图4 单独制动与缓解控制部分（IARP ）设置。

IARP 由铝合金安装座、控制模块、传感器、电磁阀、中继阀、13号管作用阀、13号管缓解阀、20号管重联截止阀、13号管重联截止阀、空气管道、限制堵和电气连接件等组成。

压力传感器包括20号管控制压力、20号管压力、13号管压力，用以提供施加单独制动与缓解控制所需的反馈信号。

单独制动与缓解控制部分原理见图4。

2.3.4 MC-31型控制阀MC-31型控制阀是系统的备用空气制动阀，部件组成见图5。

MC-31型控制阀通过列车管控制16号管的充排气，实现机车的制动、缓解。

该阀具有局减作用。

图5MC-31型控制阀1—充排气阀；2—局减阀；3—常用制动阀；4—快速缓解阀。

2.3.5 无火回送装置无火回送装置由减压阀、单向止回阀和手动截止阀组成。

将转换阀置于IN 位使BP （列车管）的压力控制进入MR （总风管），并通过减压阀的减压作用，保证机车作为无火回送时制动缸压力不超过250kPa 。