列车制动技术及发展(1)

第五章制动技术

5.1 概述

5.1.1 制动技术的发展概况

制动技术包括制动控制技术和基础制动技术，是重载货车提速的关键技术。制动控制技术是与产生和输出制动动力，控制、调节和保持车辆制动力等有关的技术。基础制动技术是与传递和放大制动动力，实现和保持制动力，转换和消耗车辆动能等有关的技术。我国铁路货车以压缩空气作为制动动力源，控制系统采用空气制动机，包括制动控制阀、空重车调整装置、副风缸等辅助风缸和制动缸等。基础制动系统则由机械传动装置、闸瓦间隙调整器和闸瓦等组成。

我国铁路货车制动技术的进步经历了三个历史阶段。

GK型制动机及其两级手动空重车调整装置、中磷铸铁闸瓦是我国铁路货车最早的重载、提速技术，其影响一直持续了近40年。在K型制动机基础上，按照我国轴重增大，速度提高的要求进行改进的GK制动机不仅可与直径356mm的大制动缸配套，而且实现了空重车调整，因此，提高了重车的制动率；制动缸的三段变速升压特性也有利于缓解较长编组列车的纵向力。我国自主研发的中磷铸铁闸瓦不仅提高了耐磨性，也提高了高速区的摩擦系数。这些技术既提高了制动能力，又改善了制动性能，不仅使货车载重提高到50t级、60t级，也使货车速度提高到了80km/h，基本满足了牵引重量3000t级货物列车的运用要求。

上世纪80年代，407G型高摩擦系数合成闸瓦、高摩擦系数合成闸瓦在重载货车上的应用技术、ST1-600型双向闸瓦间隙调整器等货车制动新技术通过鉴定，103型制动机（含手动两级空重车调整装置）也已运用成熟。103型制动机不仅从根本上解决了紧急制动作用的可靠性问题，而且明显提高了制动波速。高摩合成闸瓦的摩擦系数稳定，耐磨性更好，不仅提高了制动能力，而且明显降低了低速区制动、缓解时的纵向冲动，还缩短了列车的初充气和再充气时间；这些优良的性能不仅改善了重载列车的操纵性能，而且提高了列车在长大坡道地区的安全性。

闸瓦间隙调整器及103阀的间接作用性能解决了因闸瓦磨耗、制动缸活塞行程增加引起的制动力衰减问题，提高了制动作用的可靠性。我国自主研发的这些制动新技术不仅符合《铁路主要技术政策》确定的发展目标：“货物列车的重量，近期在不增加机车车辆轴重的情况下，充分利用850m车站股道有效长度，一般货物列车的最大重量由3500t逐步提高到4000t，固定车底的煤炭、矿石专列可提高到5000t”，也标志着我国第一代，即5000t级重载列车成套制动技术的形成。

进入21世纪，具备压力保持功能的120型空气控制阀和KZW-A型空重车自动调整装置技术上日趋成熟，HGM-A、HGM-B型高摩擦系数合成闸瓦及L-A、L-B型组合式制动梁等新技术全面推广应用，φ305型密封式旋压制动缸研制成功，空气控制阀进一步发展到具备常用加速制动功能的120-1型空气控制阀。我国自主研发的这些制动新技术形成了我国新一代，即万吨级重载列车成套制动技术，不仅满足了货车提速到120km/h的需要，也更好地满足了万吨及以上等级长编组重载列车制动和同步操纵的要求，不仅满足了速度、密度、重量并重的运输组织需要，也符合货运向快捷化、重载化发展的要求。

纵观以上三个历史阶段，我国铁路货车制动技术的进步主要反映在以下4个方面：

（1）制动作用的可靠性不断提高。

从三通阀发展到空气分配阀起，彻底杜绝了货物列车不起紧急的安全隐患。闸瓦间隙自动调整器则克服了铸铁闸瓦磨耗快的不良影响，避免了制动力因闸瓦磨耗、制动缸活塞行程延长而产生的衰减，提高了制动可靠性。

（2）制动能力不断提高。

大容量三通阀和制动控制阀、空重车调整装置和大直径制动缸为提高重车制动率创造了条件，闸瓦摩擦性能的改进则提高了高速区黏着利用的效果。因此，货车的制动能力随着货车速度的提高、载重的增加逐步提高。120-1型制动控制阀、KZW-A型多级空重车自动调整装置、HGM 系列新一代高摩合成闸瓦、直径305mm制动缸等新技术的组合满足了我国铁路货运“速度高、轴重大、编组长、制动距离短”的特殊运用要求，使我国铁路货车以制动减速度表征的制动能力达到了世界领先水平。

（3）长编组列车制动缓解的纵向冲动不断减少，安全性不断提高。

从GK型三通阀，到103型空气分配阀，再到120型制动控制阀，空气制动机制动、缓解波速不断提高，制动充风、排气性能不断改进，有效地提高了列车前后部制动缓解的一致性。而高摩合成闸瓦的推广应用，进一步降低了长编组列车的纵向冲动，改善了操纵性能。制动控制阀与高摩合成闸瓦的组合，不仅使列车缓解的最低允许速度降低，扩大了列车的可控速度围，而且使重载列车的最大编组达到120辆，牵引重量达到1万吨，成为万吨以上等级组合列车的技术基础。

（4）长大坡道地区列车制动的安全可靠性不断提高。

铸铁闸瓦材质不断改进，耐磨性增加，耐热性提高，制动火花减少，彻底消除了高坡地区磨闸瓦托和制动火灾等事故。高摩合成闸瓦及配套小直径制动缸组合，减少了列车“波浪式”反复制动缓解引起的制动力衰减。制动控制阀的压力保持功能可以避免空气系统漏泄引起的制动力衰减。高摩合成闸瓦具有耐磨性高和耐热性好的特点，长时间持续制动不会造成制动力衰竭，因此，制动控制阀与高摩合成闸瓦组合，既适用于列车“波浪式”反复制动缓解的操纵方式，也可以实现“一把闸”制动下坡，进一步提高坡道地区列车的安全性。

综上所述，货车制动技术以制动控制阀（包括三通阀和分配阀）、空重车调整装置和闸瓦等关键部件的技术进步为发展主线，以提高能力为发展主题，以货车重载、提速为发展动力，坚持自主创新的指导思想，在吸收国外先进经验的基础上，形成了既满足中国铁路近乎苛刻的“速度、密度、重量并重”及网络化运输的特殊要求，又具有国际先进水平，且具有完全自主知识产权的独特的技术体系，为铁路货车向重载、提速方向发展提供了技术基础。

随着铁路货车重载化、快捷化的不断发展以及我国铁路运输组织模式的变化，我国铁路货车制动技术也会随之向大轴重、高速度两个方向发展。制动系统及关键部件应向高可靠性、长检修周期方向发展，制动控制系统向电子化方向发展，基础制动系统向单元化方向发展。还应进一步深入研究制动功率的问题、防滑与黏着利用的问题。