铁路货车制动技术及制造工艺

• 例如一列牵引重量4000吨，以时速72公里运行的货物列车如果没有制动机， 仅靠空气的阻力和车辆运行的阻力（在时速72公里时，每吨的阻力约为3公 斤）来停车，则由计算公式得知，需要经过11.3分，运行6803米，才能停车。
制动装置的几个主要指标
制动 距离
• 从司机施行制动(将制动阀手柄移至制动位)的瞬间起到列车停止所 驶过的距离。它是综合反映列车制动装置的性能和实际制动效果
列车制动基础知识 有关制动的概念
制动装置的主要指标
制动装置的分类
我国铁路货车制动装 置的发展
直通式 K1、K2阀 GK阀 103、104阀 120、120-1阀
主型制动配件简介 空气制动装置的特点
基础制动装置的特点
典型制动配件简介
其他制动配件简介
新型制动配件介绍 ECP
单元制动缸
压缩式闸调器
一、列车制动基础知识
碳钢磷化
管螺纹接头
无
ST1-600
棘轮链条式
脚踏式
120
120-1
半自动（自带）
自动无级（另附）
KZW-4→KZW-4G/TWG-1 →KZW-A
TZD型
不锈钢球芯折角塞门
不锈钢组合式集尘器
旋压密封式制动缸 不锈钢
不锈钢法兰接头 ST2-250
FSW（L18）、NSW
目前货车制动装置的主型配置
空气制动配件的结构特点
结构特点： 此类配件特点是结构紧凑，体积小，重量轻，人工即可搬运。结构上分为阀体、阀盖、内部作用 部件等。阀体阀盖多为铸铁、不锈钢、铝合金等材质；内部作用件多为铜、橡胶、粉末冶金、不 锈钢等材质。零部件加工精度高，怕磕怕碰，表面需经过防腐处理。组装前需逐件进行清洗和打 压，组装需在恒温、恒湿、洁净的组装间内进行。
空气制动配件制造工艺流程
基础制动配件特点及制造工艺流程
结构特点： 基础制动配件零部件以铸锻件和冲压件为主，加工件材质多为黑色金属，且精度要求不高，对组装 环境和零件清洁度没有特殊的规定和要求。性能试验较为简单，除闸调器外都采用手动试验台进行 最终性能试验。
空气制动配件制造工艺特点
微机控制试验设备 机械手清洗 数控加工设备 精密加工
GK阀+14”制动缸→单车载重50t
特点： 基本功能和作用位置与K2阀相同 配用14”制动缸，制动力增大 附带两级手动空重车调整装置，重车 制动率提高 非常制动时制动缸压力分三段上升， 适应较长编组列车
以GK阀为核心的空气制动系统
截断塞门 远心集尘器
GK阀
缓解阀
副风缸
空重车 转换塞门
空车 安全阀
14”制动缸
降压气室
GK阀配套基础制动系统
棘轮链条 手制动机
特点： 无闸调器，人工调节拉杆孔 棘轮链条式手制动机
闸瓦间隙调节孔
GK阀系统的结构和生产工艺
结 金属密封：GK阀涨圈鞲鞴、滑阀，安全阀阀口、折角截断塞门的锥芯等
构 特
灰铸铁阀体阀盖：制动缸缸体、端盖，GK阀体、塞门体等
点 灰铸铁阀体压装铜套：GK阀滑阀套，安全阀阀套
部增压
以提高缓解波速，促使后部车辆迅速缓解的现象。
制动/缓解 •即列车管以一定的减压/增压速度达到一定的减压/增压量，
灵敏度
制动机必须制动/缓解。
列车制动装置的分类
空气制动
以压力空气为动力源及操纵方式：增压缓解、减压制动。
按动 力来 源及 操作 方式
人力制动 电空制动 真空制动 轨道电磁制动
用人力转动手轮或用杠杆拨动的方法使闸瓦压紧车轮踏面 而实现制动。
转至眉山 厂生产， 开始进行 局部改进
正式 定型
103阀的结构形式来源于美国ABD阀， 特点有：
二压力间接作用式 采用橡胶膜板代替涨圈结构 自带手动空重车调整功能 具有单独的紧急阀 两段局减，制动波速快
以103阀为核心的空气制动系统
折角塞门
组合式 集尘器
工作风缸
缓解阀
副风缸
14”制动缸
103阀
103阀配套基础制动系统
列车管最 大有效减
压量
• 制动缸达到最大平衡压力瞬间所对应的列车管减压量。
制动波速/ •即列车制动/缓解动作传播的速度。 缓解波速 •列车全长÷首尾两车制动/缓解的时间差。
列车管局 •列车管除机车制动阀造成以外，由其他方式导致的减压借
部减压
以提高制动波速，促使后部车辆产生制动作用的现象。
列车管局 •列车管除机车制动阀造成以外，由其他方式导致的增压借
120型控制阀
不同时代制动机性能比较
型号
定型时间
适用
作用方式
结构形式
常用 制动
局减作用 局减限压
紧急制动局部减压
保压位自动补风
加速缓解作用
空重车作用
半自动缓解作用
编组数量
紧急制动波速
常用制动波速
GK 1956
二压力直接作用 金属涨圈、滑阀
不良 无 不良 无 无 无 无 71 160 81
103 1978
铸、锻、离心铸造、压铸、液 态模压、粉末冶金
车、铣、刨、磨、镗、拉、钻、 研磨抛光、
锡焊、超声波清洗、高压清洗、 磷化、阳极氧化、达克罗
技术 难度
工艺 装备
人员 素质
工艺 方法
现场 环境
结构复杂 精度最高 原理性强 材质多样
理论水平 操作水平 细致手巧 认真负责
清洁生产 现场照度 工业废水 油类
由于上述原因，103阀成为一个过渡产品。
120型控制阀
1985年
1988年
1993年 1995年
引进美国ABDW 阀100套，在我 厂装车试用
大秦运煤专线 10000t级长大 重载列车C61
眉山厂、铁 科院开始研 制120阀
通过 部级 鉴定
转让 生产
设计任务书
➢ 列车管定压500KPa、600KPa ➢ 采用直接作用式，配10”或14”制动缸 ➢ 设半自动缓解阀 ➢ 适应环境-50~50°C，110°C解冻库 ➢ 与现有列车（GK阀）无条件8年混编 ➢ 在无风源净化条件下8年一检修
的主要技术指标。我国铁路技术管理规程的规定制动距离一般为
800米，个别区段可延长到1100米。
常用 制动
• 正常情况下为调节或控制列车速度，包括进站停车所施行的制动。 其特点是作用比较缓和且制动力可以调节，多数情况下只用50％ 左右。
紧急 制动
• 紧急情况下为使列车尽快停住而施行的制动，其特点是作用比较 迅猛，而且要把列车制动力全部用上。
棘轮链条 手制动机
ST1-600闸瓦间隙调整器
引进2300-DJ闸调器
自行设计 ST1-600闸瓦间隙调整器
优点 缺点
✓ 可适用于各种不同尺寸的制动缸 ✓ 制动缸压力与制动缸活塞行程无关 ✓ 制动缸有漏泄可进行自动补风 ✓ 自带空重车调整装置 ✓ 采用橡胶膜板结构，减少了研磨件
副风缸为100L，初充气时间过长 小减压量时制动缸压力超出GK阀一倍，混编时冲动大 无加速缓解阀，缓解波速较低 不适易于压力保持操纵，影响坡道上操纵的可控性 工作风缸泄漏产生自然缓解，在下坡道上容易失控
• 局减阀 • 局减阀主要由局减阀套、局减阀杆、局减膜板、局减阀活塞，局减阀
弹簧等组成。局减阀的作用是控制列车制动时列车管第二阶段局部减 压量。
• 加速缓解阀 • 加速缓解阀主要由加速缓解阀套、加速缓解活塞、加速缓解阀弹簧、
加速缓解阀膜板、顶杆及夹心回阀等组成。 • 加速缓解阀的作用是为了减小长大货物列车在运行中制动以后缓解
以压力空气为动力，用电气来操纵控制。 其最大优点是全列车前后动作一致
利用大气压力为动力，制动时由真空泵抽真空实现制动。 较为落后，目前已基本不采用。
再生制动
电阻制动
电空制动
• 电空制动机是未来重载列车的发展方向，虽然仍以压力空气为动力，但由于采用电气操控， 在长大货物列车上，可缩短制动空走时间和制动距离，极大提高制动、缓解波速，减少冲 撞。目前较为常见的是有线ECP系统，在国外应用已较为成熟普遍推广，我国的KM98等大 轴重车上也采用电空制动。
典型空气制动配件简介——120阀
• 120阀由中间体、主阀、半自动缓解阀和紧急阀等四部分组成。如下 图所示。120阀通过中间体上部四个突耳上的Φ22孔，用螺栓和螺母 直接吊装在车辆底架上。
• 中间体 • 中间体用QT450-10铸成，有四个垂直面，其中两个相邻的垂直面作
为主阀和紧急阀安装座；另外两个作为管子连接座。中间体内还铸 有两个空腔，分别为1.5L的紧急室和0.6升的局减室。
二压力间接作用 橡胶膜板、滑阀
良 良 良 良 无 有 无 72 241 180
120 1993
二压力直接作用 橡胶膜板、滑阀
良 良 良 <70KPa 良 无 有 120 275 240
120-1 2006
二压力直接作用 橡胶膜板、滑阀
良 良 良
有 无 有 —— —— ——
120阀逐步替代GK阀和103阀，成为我国铁路货车的主型制动机。在此基础 上，开始逐步改进和完善空重车装置、制动缸、管系、脱轨阀等配件，形成了 新一代空气制动系统。
• 主阀、缓解阀 • 主阀（包括缓解阀）控制着充气、缓解、制动、保压等作用，是控
制阀中最主要的部分,由作用部、减速部、局减阀、加速缓解阀和 紧急二段阀等五个部分组成。
• 作用部 • 120阀的作用部主要由主活塞（包括主活塞杆、上下活塞及S型橡胶
膜板等），滑阀及其弹簧，节制阀及其弹簧，稳定杆及稳定弹簧等 组成。作用部的作用是利用列车管与副风缸的空气压力差来产生充 气、局减、制动、保压、缓解等作用。
时的纵向冲动，在列车再充气时，将加速缓解风缸的压力空气引入列 车管，对列车管起到局部增压的作用，从而提高缓解波速。
• 紧急二段阀 • 紧急二段阀主要由紧急二段阀套、紧急二段阀杆、缩堵，紧急二段阀
簧等组成。 • 紧急二段阀的作用是为了减轻长大货物列车在紧急制动时的纵向冲动，
K1、K2三通阀
1915年
车辆编组20~30辆，总重量500~1000吨
副风缸
操纵阀
1949年
引进日本的KC、KD型三通阀， 即我公司前身30年代生产的K1、K2阀
K1阀+6”/8”制动缸→单车载重30t以下 K2阀+10”/12”制动缸→单车载重50t以下
特点： 司机一人操纵（制动、缓解、保压） 二压力直接作用式，有6个作用位置 具有局部减压作用 具有紧急制动作用
缺点： 没有空重车调整，重车制动率仅20% 制动力较小，不满足50t以上货车的需要 保压位没有制动补风功能
GK三通阀
1956年
1957年
车辆编组50辆以上，总重量2500吨
副风缸
操纵阀
引进前苏联MT135阀 在K1、K2阀基础上改进为GK型三通阀
三压力作用阀，与 我国当时的两压阀 不能混编
引进失败
金属密封件研磨
工 铸铁阀体阀盖的气密性 艺 难 铜套压装部位的气密性 点 性能试验装备
生来自百度文库效率
手工研磨 浸石蜡 体套车磨一体加工 手动试验台（701） GK阀加工线（自行设计制造）
103型分配阀
1962年 1965年
1971年
1978年
提出 设计 任务
专项试验 运用考验 罐车
机械保温 车
空气制动机的分类
直通式
空气制 动机
二压力机构
直接作用式：120、120-1. 间接作用式：103、104、120AK
三压力机构
二、三压力混合
基础制动装置的分类
踏面闸瓦制动
杠杆式 集成制动
基础制动装 置
盘型制动
双制动盘 三制动盘
轨道电磁制动
二、我国铁路货车制动装置的发展
1865年~1915年 直通式制动→载重30T以下 1915年~1956年 K1、K2三通阀→载重30~50T
1956年~1978年 GK三通阀→载重50T以上
1978年~1993年 103分配阀→载重60T以上
1993年~
120/120-1阀→载重70T以上
直通式制动
1865年
制动时，压力空气从机车的总风缸通过列 车管直接进入制动缸。
缺点： 制动波速、缓解波速极低，列车冲动大 列车分离后制动失效
1915年
制动阀阀型号 缓解阀
空重车阀
空气 制动
基础 制动
脱轨阀 折角塞门 集尘器 截断塞门 制动缸 储风缸/管系
接头 闸调器 手制动机
GK
103
手动（另附）
手动（另附）
手动两级
手动两级（自带） 400B型（另附）
无
无
锥芯、铸铁
球芯、铸铁
远心集尘器（铸铁） 锥芯、铸铁
组合式集尘器 （铸铁、球芯）
铸铁制动缸
碳钢
有关制动的概念
• 制动：人为地使列车减速或使在规定的距 离内停车即称为“制动”，反之，对已经 施行的列车解除或减弱其制动作用，均称 之为“缓解”。
• 制动装置：为使列车能施行制动和缓解而 安装于列车上的由一整套零部件组成的装
计算公式 S=T/w
t=VQ/gw
S----列车惰性运动的停车距离（米） t----列车惰性运动的停车时间（秒） w----列车所受阻力（公斤） Q----列车重量（公斤） V----列车运行速度（米/秒） g----重力加速度，其值为9.8米/秒2 T----列车动能（公斤*米），其值为T=QV2/2g