高速动车组停放制动装置优化方案研究

摘要：高速动车组为满足定员载荷动车组在20‰坡度上安全停放的要求，均配置了保障安全的停放制动装置。弹簧储能方式的停放制动装置作为基础制动装置的重要组成部分，具备充风缓解、排风制动功能。基于此，本文通过对高速动车组停放制动装置的结构原理及防止动作机构进水卡滞优化方案进行了较为全面的介绍，提供了系统的思考分析方向和有力的理论参考依据。

关键词：高速动车组；停放制动装置；结构原理；优化方案。

一、研究背景

停放制动装置作为高速动车组运用过程中一项重要安全保障措施，若发生停放制动无法施加故障，易影响正常运输秩序。鉴于动车组停放制动装置存在进水导致动作机构锈蚀卡滞风险，导致停放制动无法正常施加，造成对正常运输秩序的不良影响。通过分析原有停放制动装置结构，对防水措施进行优化，降低停放制动装置内部异常导致无法正常施加制动的风险，保障正常运输秩序。

二、原理分析

（1）停放制动装置结构原理：

①停放制动缸充入压缩空气，推动停放活塞运动到预定的位置，停放弹簧被压缩。楔形销在复原弹簧的作用下，与转轴贴合，推动钢珠滚入停放活塞套的圆槽中使钢珠处于锁定状态。

②停放缸排风，停放弹簧推动停放活塞沿着预定的方向运动，停放活塞通过停放活塞套、钢珠，带动停放制动顶杆一起沿着预定的方向运动，停放制动施加。停放制动力的传力途径为：停放弹簧→停放活塞→停放活塞套→钢珠→停放顶杆。

③当拉动手动缓解装置时，滑块向右移动，带动转轴偏转。转轴以止动环接触点为支点，推动楔形销向上移动。在停放弹簧复原力作用下，钢球被停放活塞套推向楔形销的钢珠槽中，直至钢球的锁定状态解除，停放制动顶杆向下收回，手动缓解完成。手动缓解后，转轴在复位拉簧作用下复位，停放缸进入备用状态，当需再次施加停放制动时，需向停放缸充入最小缓解压力可使停放功能恢复。

（2）停放制动失效模式：当转轴根部生锈严重时，滑块与转轴根部无法贴合，停放缸充气缓解时，滑块会使转轴向上移动，并同时推动楔形销向上移动压缩楔形销复原弹簧，钢珠不再受到楔形销的压力而处于自由状态。当停放缸排气时，停放活塞无法带动钢珠与顶杆一起移动，导致停放不施加。

（3）测试拆解：拆解夹钳手缓解体，检查滑块、转轴表面状态，手缓解体表面有黄褐色物质及少量水迹，转轴根部有明显锈迹，转轴与滑块运动受阻滑动不灵活。

将夹钳转轴表面锈迹清理，并将滑块内部异物清理后重新组装，进行多次停放功能试验，停放制动正常施加缓解，故障消除。

（4）拆解检查：

①将停放缸组成与制动缸分离，楔形体表面油脂状态良好。

②拆解手缓解体组成，发现夹钳金属垫及滑块表面有黄褐色物质及少量水迹，转轴根部有明显锈迹。

③拆卸金属垫，夹钳停放缸盖组成及停放活塞表面均有少量液体存在。

（5）分析结论

由于停放缸只有停放呼吸堵（由排气塞和防尘帽组成）处与大气相连，水从停放缸呼吸口进入停放缸内，导致转轴根部生锈，滑块无法与转轴根部顺利贴合。停放缸充气缓解时，由于转轴根部生锈，滑块会使转轴向上移动并同时推动楔形销向上移动压缩楔形销复原弹簧。钢珠不再受到楔形销的压力而处于自由状态，楔形销的位置类似于手动缓解的状态。当停放缸排气时，停放活塞无法带动钢珠与停放顶杆一起向上移动，导致停放制动不施加。

清除转轴根部的锈蚀重新组装后，停放制动夹钳单元的停放制动功能恢复正常。

综合以上拆解分析，夹钳停放不施加为停放缸防尘帽处进水导致转轴锈蚀所致。

（6）安全分析：停放缸内进入水，对常用制动性能无影响，对故障夹钳单元进行深度检查，常用制动缸内部无异物，通过试验台对常用制动性能进行测试，包括气密性、一次调整量、最大调整量、常用制动力、缓解间隙等，常用制动各项性能均合格。

停放缸内进入水，转轴根部会产生锈蚀，当停放缸充气缓解时，转轴根部锈蚀，钢珠处于自由状态，会使楔形销一直处于手动缓解的状态，导致停放不施加故障。

因此，停放缸内进入水，转轴根部锈蚀可能会导致停放不施加故障。该问题对停放制动夹钳单元的常用制动功能无影响。

三、优化方案

（1）基于既有停放呼吸堵的试验验证结果，对停放呼吸堵防尘帽进行适应性改进。

新方案呼吸堵防尘帽结构如下：

①防尘帽采用全包裹结构，防尘帽与排气塞之间，采用不锈钢管箍紧固，防止排气塞周围进水。

②在防尘帽内部设置迷宫式挡水板，防止冲洗或冰水混合物吸入停放缸内。

停放呼吸堵改进方案，静态喷淋试验、结冰试验以及高压水枪试验过程中，停放缸内均未发现水迹，动态结冰试验停放缸未发现水迹，动态喷淋试验和动态高压水枪冲洗试验中，停放缸内呼吸口附近发现有几颗水滴，24h静置后再次拆解，水滴完全蒸发。

验证试验结果：利用既有带停放制动夹钳单元采用新方案停放呼吸堵进行喷淋试验、高压水枪喷水试验以及冰雪包裹验证实验，通过上述试验确认该方案能否有效抑制水从停放呼吸堵进入停放缸。

（2）为了彻底解决停放缸进水问题，提高停放缸的抗击打能力，对带停放制动夹钳单元停放缸活塞背腔呼吸通道进行改进设计，使停放缸和常用缸共用同一个呼吸堵，原停放缸呼吸口通过螺堵密封，从而达到提高制动夹钳的服役可靠性和环境适应性的目的。

详细优化方案如下：

①取消现有停放呼吸堵，采用螺堵进行封堵。

②停放缸内部建立呼吸通路，停放缸动作时，通过常用缸呼吸堵进行吸气和排气。

总结：优化后的停放制动夹钳单元，功能和强度满足要求，能够彻底解决停放缸进水问题；且内部呼吸通路顺畅，与原结构相比，停放制动施加、缓解响应时间一致。

四、结束语

总而言之，高速动车组停放制动装置出现故障时，会给动车组的安全稳定运行带来较大隐患，直接影响着旅客的乘车安全和舒适性。本文通过对高速动车组停放制动装置的结构原理及优化方案进行了较为全面的介绍，降低停放制动装置故障的影响，避免影响行车秩序，保障高速动车组的安全、稳定运行。