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1、单元制动技术在国内铁路货车应用的可行性研究沈阳机车车辆有限责任公司2008年6月 目 录1 1 概述概述2 2 国外铁路货车单元制动应用情况简介国外铁路货车单元制动应用情况简介3 3 国内铁路货车制动技术现状国内铁路货车制动技术现状4 4 国内铁路货车单元制动技术实施方案国内铁路货车单元制动技术实施方案1.1.概述概述 在国外，单元制动技术以其动作灵活、作用可靠、传动效率高、在国外，单元制动技术以其动作灵活、作用可靠、传动效率高、互换性好、维护费用低等诸多优点逐渐被广大铁路货运用户所广泛采互换性好、维护费用低等诸多优点逐渐被广大铁路货运用户所广泛采用，是否具备单元制动技术已经成为进入高端国际铁
2、路货车市场的必用，是否具备单元制动技术已经成为进入高端国际铁路货车市场的必要条件之一。我国目前尚未成功开发和应用单元制动技术，但国内广要条件之一。我国目前尚未成功开发和应用单元制动技术，但国内广大研究部门、运用部门和制造企业已经对单元制动的技术优势有了很大研究部门、运用部门和制造企业已经对单元制动的技术优势有了很深刻的认识，开发单元制动技术对国内铁路货车、转向架以及制动技深刻的认识，开发单元制动技术对国内铁路货车、转向架以及制动技术开发具有促进作用并形成一个技术突破，确保我国铁路货车研发、术开发具有促进作用并形成一个技术突破，确保我国铁路货车研发、制造水平尽快与铁路发达国家接轨。制造水平尽快与
3、铁路发达国家接轨。2.2.国外铁路货车单元制动技术应用情况简介国外铁路货车单元制动技术应用情况简介 在北美及澳洲铁路货运市场，由于对货运车辆的载重在北美及澳洲铁路货运市场，由于对货运车辆的载重要求日益增加，各种大载重车辆得以广泛运用，如双层集要求日益增加，各种大载重车辆得以广泛运用，如双层集装箱平车、漏斗车和变截面罐车等，这些车辆对车体的下装箱平车、漏斗车和变截面罐车等，这些车辆对车体的下部空间要求较高，因此，能够充分优化车辆空间结构的单部空间要求较高，因此，能够充分优化车辆空间结构的单元制动技术也逐渐得以推广和普及。其中尤以元制动技术也逐渐得以推广和普及。其中尤以Cardwell Cardw
4、ell WestinghouseWestinghouse公司的公司的TMXTMX型和型和UBXUBX单元制动装置为代表。单元制动装置为代表。TMXTMX型单元制动装置型单元制动装置UBXUBX单元制动装置单元制动装置其他形式的单元制动装置其他形式的单元制动装置3.3.国内铁路制动技术现状国内铁路制动技术现状 目前，中国国内铁路货车空气制动装置均通过附属构目前，中国国内铁路货车空气制动装置均通过附属构件安装于车体，经一系列杠杆传动机构与转向架游动杠杆件安装于车体，经一系列杠杆传动机构与转向架游动杠杆相连，最终实现制动作用。这样的排布方式不但传动效率相连，最终实现制动作用。这样的排布方式不但传动效
5、率低，而且限制了车辆底部或端部空间的充分利用，一定程低，而且限制了车辆底部或端部空间的充分利用，一定程度上制约了车辆实际装载能力的提高。度上制约了车辆实际装载能力的提高。4.4.国内铁路货车单元制动技术实施方案国内铁路货车单元制动技术实施方案 为更好地贯彻铁道部铁路货运车辆技术发展政策，进一步提高我国通用货车转向架转对不同货运车辆的适应能力，加快我国铁路货运车辆技术与国际接轨的步伐，提升国产铁路货运产品的国际竞争能力，结合我国铁路现状及今后的发展方向，沈阳机车车辆有限责任公司借助与美国西屋公司项目合作的有利条件，决定着手研究单元制动技术（TMX型）在通用货车转向架（转K6）上应用的可行性，并在
6、此基础上探讨对KM70、C80B型敞车等部分具有代表性车辆车体结构进行优化的可能，具体方案介绍如下。为更好地贯彻落实铁道部和中国北车集团公司关于积极引进技术工作、努力做好引进技术的消化吸收再创新和自主研发工作,尽快推进沈车公司与美国Wabtec公司进行实质性的技术合作,充分发挥Wabtec公司在单元制动方面的技术优势,进一步降低中国既有铁路货车的自重提高车辆制动效率简化车辆结构,沈车公司决定联合Wabtec公司一道争取在中国主型货车及部分带有凹底结构的诸如粮食漏斗车、煤漏斗车、矿石漏斗车、双层集装箱平车、浴盆式敞车等车辆上加装单元制动系统，并在此基础上着手研制同时适用与既有铁路货车制动技术和单
7、元制动技术的新型货车转向架、新型铁路货车，有步骤、有次序地把单元制动技术在中国推广应用。4.1.1 4.1.1 转转K6K6转向架转向架 转转K6K6转向架是目前我国铁路货运车辆应用最广的通转向架是目前我国铁路货运车辆应用最广的通用货车转向架。设计用货车转向架。设计25t25t，运用轴重，运用轴重23t23t情况下，商业运情况下，商业运营速度为营速度为120km/h120km/h，当运用轴重达到，当运用轴重达到25t25t时，其商业运营时，其商业运营速度为速度为100km/h100km/h。转。转K6K6转向架采用了交叉支撑装置及一系转向架采用了交叉支撑装置及一系剪切橡胶垫等成熟的先进技术，具
8、有良好的动力学性能剪切橡胶垫等成熟的先进技术，具有良好的动力学性能和使用维护性能。转和使用维护性能。转K6K6转向架的基础制动装置采用的是转向架的基础制动装置采用的是单侧滑槽制动，通过中拉杆传递两制动梁间的制动力，单侧滑槽制动，通过中拉杆传递两制动梁间的制动力，与与TMXTMX和和UBXUBX型单元制动装置的作用原理一致型单元制动装置的作用原理一致, ,这样就为我这样就为我们开展转们开展转K6K6转向架的单元制动改造工作提供了可行的前转向架的单元制动改造工作提供了可行的前提。提。4.1 4.1 转转K6K6型转向架装用单元制动装置方案型转向架装用单元制动装置方案4.1.2 4.1.2 转转K6
9、K6型转向架装用单元制动装置方案型转向架装用单元制动装置方案 由于转由于转K6K6转向架基础制动装置采用的是单侧滑槽制动方转向架基础制动装置采用的是单侧滑槽制动方式，两侧制动梁通过中拉杆进行连接，与式，两侧制动梁通过中拉杆进行连接，与TMXTMX型单元制动装型单元制动装置的制动方式基本相同，同时，置的制动方式基本相同，同时，1830mm1830mm固定轴距和摇枕位置固定轴距和摇枕位置等转向架主要结构参数基本可以满足等转向架主要结构参数基本可以满足TMXTMX型单元制动装置的型单元制动装置的安装要求，所以，在细节优化设计的前提下，转安装要求，所以，在细节优化设计的前提下，转K6K6转向架安转向架
10、安装装TMXTMX型单元制动装置基本可行。型单元制动装置基本可行。国内货车转向架制动梁架国内货车转向架制动梁架TMXTMX型单元制动梁型单元制动梁4.1.3 TMX4.1.3 TMX型单元制动装置选型依据型单元制动装置选型依据1 1、作用方式与转、作用方式与转K6K6转向架基础制动装置基本一致转向架基础制动装置基本一致2 2、制动倍率匹配范围相对较大、制动倍率匹配范围相对较大3 3、关键部件运用相对安全、可靠、关键部件运用相对安全、可靠4 4、关键部件国产化相对容易、关键部件国产化相对容易TMXTMXUBXUBX4.1.4 4.1.4 转向架基础制动倍率的确定转向架基础制动倍率的确定单元制动缸
11、型号 23t轴重25t轴重制动初速度（km/h）转向架基础制动倍率制动距离转向架基础制动倍率制动距离 9 1004.584.58115411541205.35.3131513155.845.8413081308101001204.584.58130813085 513081308 在保证车辆以限定速度能够在规定制动距离内实现安全在保证车辆以限定速度能够在规定制动距离内实现安全制动的前提下，选定单元制动转向架的基础制动倍率时，考制动的前提下，选定单元制动转向架的基础制动倍率时，考虑到尽量避免或减少对现有转向架部件的更改，加强单元制虑到尽量避免或减少对现有转向架部件的更改，加强单元制动组装方案的可
12、操作性，综合上表比照结果，选用动组装方案的可操作性，综合上表比照结果，选用1010单元单元制动缸，此时转向架的基础制动倍率为制动缸，此时转向架的基础制动倍率为4.64.6，可同时满足，可同时满足25t25t轴重、轴重、100km/h 100km/h 和和 23t23t轴重、轴重、120km/h120km/h运行速度条件下车辆运行速度条件下车辆的制动需要。的制动需要。4.1.5 4.1.5 具体方案介绍具体方案介绍 鉴于转鉴于转K6K6转向架摇枕底部与交叉支撑装置顶面之间距离在满足在外转向架摇枕底部与交叉支撑装置顶面之间距离在满足在外圆弹簧压死挠度圆弹簧压死挠度90mm90mm时不发生接触的要求
13、下，摇枕底部已无降低可能，时不发生接触的要求下，摇枕底部已无降低可能，在尽量避免对原有部件改动的前提下，为使压缩式闸调器和制动缸推杆在尽量避免对原有部件改动的前提下，为使压缩式闸调器和制动缸推杆能够顺利穿过摇枕中央开孔，需研制新型单元制动梁，该制动梁支柱孔能够顺利穿过摇枕中央开孔，需研制新型单元制动梁，该制动梁支柱孔采取了向上偏移设计，同时为保证车辆运行过程中摇枕横移及单元制动采取了向上偏移设计，同时为保证车辆运行过程中摇枕横移及单元制动装置在作用过程中杠杆旋转产生的闸调器和推杆横向移动情况下摇枕与装置在作用过程中杠杆旋转产生的闸调器和推杆横向移动情况下摇枕与闸调器、推杆不发生接触，需对摇枕中
14、央开孔进行少量调整，其它部件闸调器、推杆不发生接触，需对摇枕中央开孔进行少量调整，其它部件（包括横跨梁装置）在保持原始组装位置的情况下均可正常使用。（包括横跨梁装置）在保持原始组装位置的情况下均可正常使用。转转K6K6转向架装用转向架装用TMXTMX型单元制动方案型单元制动方案转转K6K6转向架装用转向架装用TMXTMX型单元制动方案型单元制动方案 单元制动装置组装后位置状态截面图单元制动装置组装后位置状态截面图转转K6K6转向架摇枕中央开孔改造方案转向架摇枕中央开孔改造方案 转转K6K6转向架原始设计摇枕转向架原始设计摇枕转转K6K6转向架摇枕应用单元制动设计方案转向架摇枕应用单元制动设计方
15、案4.2 4.2 关键配件关键配件4.2.1 4.2.1 新型单元制动梁新型单元制动梁 在目前关键部件如压缩式闸调器、单元制动缸尚需进在目前关键部件如压缩式闸调器、单元制动缸尚需进口的条件下，为适应口的条件下，为适应TMXTMX单元制动装置在中国转单元制动装置在中国转K6K6转向架转向架上的运用要求并尽量降低检修费用，需对单元制动梁架进上的运用要求并尽量降低检修费用，需对单元制动梁架进行重新设计，具体包括：梁架满足进口单元制动部件安装行重新设计，具体包括：梁架满足进口单元制动部件安装要求及强度和疲劳寿命要求；支柱满足组装位置要求；瓦要求及强度和疲劳寿命要求；支柱满足组装位置要求；瓦托适应侧架滑
16、槽角度及国产高摩合成闸瓦组装要求等。托适应侧架滑槽角度及国产高摩合成闸瓦组装要求等。转转K6K6转向架用转向架用TMXTMX型单元制动装置型单元制动装置转转K6K6转向架用转向架用TMXTMX型单元制动装置型单元制动装置新型瓦托新型瓦托4.2.2 4.2.2 压缩式闸调器压缩式闸调器 压缩式闸调器与传统拉伸式闸调器相比具有作用简捷、体积短小等优点。1）压缩式闸调器可以使轮瓦间隙的变化在一次制动机的制动、缓解过程中调整完成，而传统拉伸式闸调器要二次到三次才能完成。2） 压缩式闸调器需要的安装空间小，便于排部。 压缩式闸调器与国内既有闸调器的生产工艺基本相同，虽然国内曾经对进口压缩式闸调器测绘并试
17、制出样品，但由于某些关键技术尚未掌握，其可靠性远达不到运用要求。目前，沈车公司已成功实现与美国Wabtec公司的项目合作，为压缩式闸调器关键技术在中国的国产化引进奠定了基础，并且双方正在为该目标的实现进行切实的努力。4.2.3 4.2.3 单元制动缸单元制动缸国内的制动缸设计及制造已经十分先进，缸体采用了旋压技术等，如果在密封件上能借鉴国外的先进经验，那么我们所研制的单元制动缸无论在设计性能上，还是在使用寿命上都能与国外相提并论。 为了保证制动性能的有效性，制动缸的最大活塞行程应为130mm，那么在中国现有技术条件下，制动缸的最小长度也要达到280mm（主要是活塞较厚引起的），这个长度在单元制
18、动转向架上安装有问题，因此我们建议制动缸暂时购买西屋公司的产品。为了研制过程中少走弯路，提升产品的技术含量，并且最重要的是在国际市场上也有销售权，我们建议开发单元制动技术应寻求与国外公司联合进行产品开发或购买国外的压缩式闸调器（包括制动缸的关键技术）的专利进行技术转化和试制。 4.3 4.3 车辆单元制动方案车辆单元制动方案4.3 单元制动车辆在国内铁路运用的可行性 单元制动铁路货车可采用直接作用式或间接作用式制动机空气制动系统，并且可与既有铁路货运车辆的正常编组。 当采用直接作用式制动机空气制动系统时，与国内既有铁路货车空气制动系统一致，此时由于制动缸直径及活塞行程的改变需要对制动系统进行匹
19、配试验。 当采用间接作用式制动机空气制动系统时，需要研制适用于单元制动的制动机关键部件，如中间体、中继阀、充气阀及空重车调整装置等（这些部件我们都有成熟的技术和制造工艺）。1 软管连接器 2 折角塞门 3 主管 4 调整阀 5 测重机构 6 三通 7 三通8 组合风缸（17L降压气室和11L加速缓解风缸） 9 120阀 10 组合式集尘器11 主管三通 12 副风缸1 软管连接器 2 折角塞门 3 主管 4 传感阀 5 调整阀 6 连接软管 7 组合风缸（11L副风缸和11L加速缓解风缸） 8 120K阀 9 组合式集尘器11 主管三通 12 储风缸KM70单元制动方案风制动图4.4 4.4 车体结构优化方案车体结构优化方案
