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摘 要
隨著專業制造技術的發展，模塊化作業成為必然趨勢之一，傳統貨車機車車輛上的制動系統均由管路連接風源和各作用單元，采用配做連接，耗工耗時，且不利于售后問題辨別和處理。本文以應用于內燃機車上的 JZ-7 型空氣制動機為研究對象，基于集成板技術，進行了 JZ-7 制動系統部件的布局優化，并完成了制動系統濾塵接頭、板式無火回送閥等部件的設計開發。具體研究內容如下：
1、JZ-7 制動系統集成方案采用高鐵、動車、地鐵車輛上廣泛使用的集成板技術，將制動閥、中繼閥、繼動閥、分配閥、保壓電磁閥、運監電磁閥、雙向閥、風缸以及各連接管系等集成排布。該方案采用現有 JZ-7G 型制動機，保證制動閥不變、風源系統不變、駐車制動不變。
2、研究了集成式氣路板的加工制造工藝及裝配、實驗方法。采用集成氣路板技術優化制動管系，減少了管系連接和配管制作，降低了管系漏泄的可能性，提高了制動系統的可靠性。
3、設計開發了板式濾塵接頭，防止管系中的灰塵進入制動閥，提高了制動可靠性。
并采用直通制動功能，通過電磁閥控制氣路為制動系統直接充風，實現車輛制動和緩解。
4、研究開發了專用的氣密性實驗臺和模擬單機實驗臺。實驗臺可以對制動系統零部件進行氣密性試驗及模塊化組裝和模擬單車性能試驗。減少了因管系漏泄、部件性能不合格造成的返工，保證集成系統模塊裝車前質量可靠。
關鍵詞：內燃機車，JZ-7 型空氣制動機，集成，氣路板
Abstract
With the development of professional manufacturing technology, modular operation has become one of the inevitable trends. The brake system on the traditional freight car is connected with the air source and each action unit by the pipeline, and the use of matching connection consumes labor and time, and is not conducive to the identification and treatment of after-sales problems. In this paper, the JZ-7 air brake applied to diesel locomotive is taken as the research object. Based on the integrated board technology, the layout optimization of the parts of JZ-7 brake system is carried out, and the design and development of the parts such as the filter joint of the brake system and the plate type flameless return valve are completed. The specific research contents are as follows:
1. The JZ-7 brake system integration scheme adopts the integrated board technology widely used in high-speed rail, motor car and metro vehicles, and integrates the brake valve, relay valve, relay valve, distribution valve, pressure maintaining solenoid valve, operation monitoring solenoid valve, two-way valve, air cylinder and various connecting pipe systems. The existing jz-7g type brake is adopted in the scheme to ensure that the brake valve, air source system and parking brake are unchanged.
2. The manufacturing process, assembly and experimental method of the integrated air circuit board are studied. The integrated air circuit board technology is used to optimize the brake pipe system, which reduces the connection of the pipe system and the production of the piping, reduces the possibility of the leakage of the pipe system, and improves the reliability of the brake system.
3. The plate type dust filter joint is designed and developed to prevent the dust in the pipe system from entering the brake valve and improve the brake reliability. Through the direct braking function, the air path is controlled by the solenoid valve to charge the braking system directly, so as to realize the vehicle braking and release.
4. Research and development of special air tightness experiment platform and simulation single machine experiment platform. The test-bed can carry out air tightness test, modular assembly and single car performance simulation test for brake system parts. It can reduce rework caused by leakage of piping system and unqualified performance of components, and ensure the quality of integrated system module before loading.
Key words: Diesel locomotive, JZ-7 air brake, integrated, air circuit board
目 錄
第一章 緒論
1.1 選題背景及目的
我國鐵路養護工程機械起步較早，生產廠家要求行業專業性較高，市場開放型不強，主要集中在寶雞、襄樊、太原等地，長期以來，由于產品特性和生產批量限制，基本以勞動密集型作業為主[1].近年來，隨著國家對鐵路投資的持續加大[2],作為鐵路養護作業的專業化設備，鐵路工程作業車迎來新的發展機遇，產量需求也逐年增加，所以對現有主機制造廠生產能力提出了更高的需求。結合鐵路養護作業的快速響應機制，鐵路工程作業車的專業化、模塊化制造被大部分應用于生產實踐中[4].北京中車重工長期從事鐵路制動產品的研發制造，通過對鐵路工程作業車制動系統應用調研，提出了針對作業車制動系統進行集成化、模塊化生產的設想，并與寶雞中車時代技術交流，最后成功試制樣機并裝車試用，目前已在多車型進行推廣[4].
2016 年到 2018 年間陸續開發出制動閥安裝氣路板 A、C、E 型，分配閥組氣路板（制動柜）B、D、F 型，由于不同車輛要求不同，可在這幾種型號里選擇配合使用。其中制動閥安裝氣路板 C 型和分配閥組氣路板（制動柜）D 型由于技術升級已經不再生產，本文不做討論。目前 JZ-7 制動系統集成分別在 300II、地鐵探傷車、國鐵打磨車、地鐵打磨車、快速換軌車等設備上安裝試用，取得了良好的經濟價值和使用效果[9].
1.2 鐵路工程作業車制動系統安裝現狀
目前，國際上制動系統主要供應商有德國 KNORR、法國 FaiveleyTransport、日本NABTESCO、美國 WABTEC 等幾家公司，這些供應商的重要特點是都能夠提供全套列車制動系統產品，其制動系統廣泛應用于鐵道機車車輛、城軌車輛、動車組等，在高速客運、重載和快速貨運、城軌交通制動技術方面，具有非常高的技術水平，基本都實現了制動系統的集成化，國際市場幾乎被這幾家壟斷。國內制動系統及部件的主要制造企業在制動技術方面均已達到國際先進水平，但無論從市場規模及市場占有率，研發制造水平等多方面跟國際大公司比還有很大差距。
鐵路工程作業車在國內有著悠久的研發和使用歷史，由于歷史特定時期技術的局限性，最初設計并未充分考量生產批次與后期維護相關問題，作為車輛運行安全的核心-制動系統采取選裝、配做來實現其功能，由于系統管路的復雜性，其質量和功能只能在車輛運行中驗證[10].早期由于我國鐵路配速一般以 160KM/H 以下為主，客貨混編線以臨時計劃調度為主，養護工程機械的行進速度以 80KM/H 以下，一旦發生故障，停車檢修不會對整條線路乃至系統產生太大影響[11];十三五期間，我國國鐵線路中 250KM/H 以上線路開始大面積投入應用，我們在享受高鐵便捷的同時，也對鐵路養護提出了更高的要求，現鐵路養護機械要求行進速度一般 120KM/H 以上，且作業過程中不能長時間滯留于線路之上，所以無論是養護工程機械自身的工作效率，還是工作質量，一定要做到安全、便捷、快速[12].
在工廠制造過程中，制動系統安裝跨度從頭到尾，管路分部在十幾米的車體長度內，由于車體采用傳統焊接工藝，車體的形變量使得電器元件、氣動元件、管線路、電線必須采取了配裝模式，無法實現標準作業，尤其是管線路基本要經歷下料-現場放樣-焊接加工-現場調整-局部安裝-整體校正等幾個往復的階段，并且制動系統大部分作業均在車體轉向架以下，施工作業環境較差，這也是影響最后成品質量的原因之一[13].
1.3 課題的意義及研究內容
從主機廠的角度出發，散亂、選裝、配做的模式已經無法適應現有市場節奏，模塊化的裝配無疑為其生產過程節約了大量的時間。同時，若能實現裝車前單機調試，整機交付也會有質的提升；從最終用戶角度來講，一旦工程作業車在養護過程中發生制動故障，為了避免長時間滯留在國鐵線路上，能夠快速換模無疑為避免更大行車故障提供了可能性，節約了大量的線上檢修時間，有效提升單機運行效率[14].
本文基于現場應用情況進行 JZ-7 制動系統集成系列產品優化設計。
1、本文的 JZ-7 制動系統集成方案采用集成板技術，將制動閥、中繼閥、繼動閥、分配閥、保壓電磁閥、運監電磁閥、雙向閥、風缸以及各連接管系等集成排布。JZ-7 制動系統集成方案采用現有 JZ-7G 型制動機[15].
2、本文研究集成式氣路板的加工制造工藝及裝配、實驗方法。采用集成氣路板技術優化制動管系，減少管系連接和配管制作，提高了制動系統的可靠性[16].
3、本文新設計了板式濾塵接頭，防止管系中的灰塵進入制動閥，提高了制動可靠性。
4、本文新設計了直通制動功能，通過電磁閥控制氣路為制動直接充風，實現車輛制動和緩解。
5、本文對集成方案設計了專用的氣密性實驗臺和模擬單機實驗臺。
6、先進行零部件氣密性試驗，再進行模塊化組裝和模擬單車性能試驗。減少了因管系漏泄、部件性能不合格造成的返工，保證集成系統模塊裝車前質量可靠。
7、預留撒沙功能管路接口，需要時可根據應用情況選取。
8、節省分配閥中間體組成及安裝管座。
9、本文設計了制動集成方案的裝配路線，提高了組裝效率，減少了組裝臺位占用時間。
鐵路工程機械制動系統人開發流程圖：
第二章 作業車制動系統集成的總體設計方案
2.1 設計思路
2.1.1 設計需求
2.1.2 設計方案
2.1.3 制動集成系統功能
2.1.4 制動集成技術參數
2.1.5 接口說明
2.1.6 方案總結
2.2 關鍵件設計
2.2.1 氣路板
2.2.2 無火回送閥
2.2.3 濾塵接頭
2.2.4 電磁閥
2.2.5 安裝架
2.2.6 撒沙功能
2.3 試驗臺設計思路
2.3.1 打壓試驗臺
2.3.2 模擬單機試驗臺
2.4 系統零部件
2.4.1 風源系統
2.4.2 制動機
2.5 本章小結
第三章 集成氣路板制造工藝分析
3.1 氣路板加工
3.2 焊接
3.3 表面陽極氧化
3.4 本章小結
第四章 模塊化設計及裝配
4.1 模塊化設計
4.2 氣路板有限元分析
4.2.1 有限元理論概述
4.2.2 諧響應分析
4.2.3 正常工況下模型簡化原則
4.2.4 強度理論
4.2.5 有限元模型的建立
4.2.6 邊界條件的施加
4.2.7 結果分析
4.2.8 結論
4.3 制動系統集成裝配
4.4 本章小結
第五章 制動集成系統符合性分析
5.1 氣密性試驗標準、試驗臺機能試驗
5.1.1 測試設備
5.1.2 試驗原理圖
5.1.3 測試方法
5.1.4 試驗方法
5.1.5 閥柱塞試驗
5.1.6 測試結束
5.2 JZ-7 項目模擬單機試驗辦法
5.2.1 技術要求
5.2.2 測試方法
5.2.3 JZ-7 型空氣制動機準備
5.2.4 階段制動試驗檢查
5.2.5 單獨緩解性能試驗
5.2.6 過充作用的檢查
5.2.7 常用全制動作用的檢查…
5.2.8 緩解性能的檢查
5.2.9 過量減壓位作用檢查
5.2.10 手柄取出位的檢查
5.2.11 緊急制動作用的檢查
5.2.12 緊急制動后的單獨緩解試驗
5.2.13 單獨制動作用
5.2.14 無火動力回送檢查
5.2.15 電磁閥試驗
5.2.16 測試結束
5.3 本章小結
第六章 制動系統集成裝車運用及操作
6.1 A.B 型制動系統集成安裝
6.1.1 制動閥安裝氣路板安裝
6.1.2 分配閥組安裝氣路板組成安裝
6.2 制動柜組成安裝
6.3 本章小結
第七章 典型故障分析及處理
7.1 故障現象
7.2 故障原因
7.3 原因分析
7.4 應急處置
7.5 整改措施
7.6 本章小結
第八章總結和展望
8.1總結
論文結合鐵路養護工程作業車生產企業實際需求，對JZ-7型空氣式制動機集成式氣路板進行制造工藝設計及實驗研究。主要結論如下：
1、對JZ-7型空氣式制動系統部件進行了布局優化及仿真分析，利用集成氣路板方式將原有分散裝配的功能閥集成化，通過部件的集成組裝，提高了系統的可靠性。
2、研究開發了制動系統單機模擬實驗平臺，并研究制定了空氣式制動機單機性能測試實驗技術規范，通過對集成組裝的制動系統的模擬實驗，減少了因管路漏泄、部件性能不合格造成的返工，保證了組裝質量及整機性能。
3、本文采用氣路板方式優化了制動系統管路，節省了安裝空間，減少了管路連接和配管，降低了管路漏泄的可能性，提高了制動系統的運行穩定性和可靠性，且由于組裝工藝簡單，有利于縮短制造裝配周期。
8.2展望
文中所介紹的是基于JZ-7制動機原理的制動系統集成，已經在鋼軌探傷車、鋼軌打磨車、地鐵打磨車等車型上裝車運用，并取得了良好的應用效果，對生產組織和售后保養有著明顯的促進作用。由于本文討論的內容仍屬于空氣制動范疇，伴隨著鐵路技術的發展，電控制動必將是今后發展的主要方向，因此模塊化設計和工藝流程還需結合電控技術進行更深入的研究。
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致謝
金秋來臨，在這個充滿收獲的季節，我也迎來了人生中重要的一個節點，通過幾年的工程碩士學習，我要畢業了，這將使我的人生閱歷又提升一個臺階。
在這重要的時刻，我要衷心的感謝北京中車重工機械有限公司和吉林大學給了我這次彌足珍貴的機會，持續的學習新的理論知識，豐富了我的知識結構，工作之后的理論回爐使我也專業能力再一次得到升華。
在這里要鄭重的感謝一下我敬愛的導師李國發教授，李老師嚴謹治學的工作作風、淵博的專業知識將使我受益終生！感謝企業導師曹宏哲教授、韓晟教授、李麗敏高級工程師在我學業上的指導和誨人不倦的幫助；感謝吉林大學所有的授課老師，感謝你們不遠千里從長春來到北京，帶給我們先進的科學知識和求實創新、勵志圖強的精神。
感謝在工作中幫助過我的領導和同事，有你們的陪伴和幫助才能讓我在人生旅途中不斷取得進步。
最后要感謝我的家人，感謝她們的鼓勵與支持，使我可以安心的工作，順利的完成研究生的學業。
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