1 引言
鐵道機車制動系統的制動力通常是來自壓力空氣，當機車入庫或備用，長時間處于非工作狀態，壓力空氣泄漏，機車制動力就會消失。早期機車均裝配有手制動裝置，亦稱人力制動機，機車停放時由司機手動制動，機車運行前由司機釋放手制動機，這種方式增加了司機的勞動強度，也無法實現自動控制。目前機車普遍采用停放制動代替手制動機，停放制動利用彈簧力作用于閘瓦或閘片，通過充氣或排氣自動控制，不同的廠家采用了不同的技術方案，下面針對不同的技術方案進行比較分析。
2 停放制動工作原理
停放制動裝置工作原理，如圖1所示。
圖1 停放制動裝置
機車正常運行時，停放制動缸B充入總風，壓力空氣壓縮停放制動彈簧，頂桿縮回，此時只有常用制動缸A壓力空氣對活塞2有作用，停放制動處于緩解狀態。當停放制動缸B人為排除總風，或機車長時間停放，總風泄漏，停放制動彈簧伸出，作用于活塞2上，通過楔形塊向閘瓦或閘片施加制動力。停放制動處于施加狀態。
3 防止制動疊加解決方案
停放制動和常用制動都是通過閘瓦或閘片施加制動力的，如果同時施加，制動力將超過黏著力，使機車發生滑行，擦傷踏面，為此必須增設防止制動力疊加的設備，通常采用雙向閥防止疊加，根據雙向閥安裝的位置分為在停放制動單元內部加裝雙向閥和在停放制動系統管路中加裝雙向閥兩種方案。
3.1 在停放制動單元內部加裝雙向閥
在停放制動單元內部加裝雙向閥如圖2所示。
圖2 在停放制動單元內部加裝雙向閥
當機車停放制動處于緩解狀態時，總風管充風，停放制動缸B充入壓力空氣，同時防止疊加的雙向閥閥芯處于左側，隔離了常用制動缸和停放制動缸之間通路，機車的制動及緩解由常用制動缸的充風和排風控制。當機車司機施加停放制動同時常用制動缸有壓力控制存在，總風管壓力空氣排除，在常用制動缸壓力空氣的作用下雙向閥的閥芯處于右側，打開了常用制動缸與停放制動缸之間的通路，常用制動缸壓力會抵消部分停放制動彈簧力，隨著時間的推移，常用制動缸壓力遞減，停放制動彈簧制動力遞增，使總的制動力不超過最大制動力，防止了常用制動和停放制動的疊加。
3.2 停放制動系統管路中加裝雙向閥
停放制動系統管路中加裝雙向閥如圖3所示。這種方案原理與前一種一樣，同樣可以防止制動力疊加。
圖3 停放制動系統管路中加裝雙向閥
3.3 方案分析比較
在停放制動單元內部加裝雙向閥方案，結構緊湊，但是由于將雙向閥設置在制動單元內部，無法通過加裝截斷塞門進行人工控制，比較而言，停放制動系統管路中加裝雙向閥方案，可以在管路中加裝截斷塞門，實現停放制動的人工隔離，所以停放制動系統管路中加裝雙向閥方案實用性較強。
4 停放制動控制方案
停放制動控制是指控制停放制動缸的充風和排風的方法，通常有雙脈沖電磁閥控制和電磁閥控制兩種。
4.1 雙脈沖電磁閥控制
雙脈沖電磁閥有兩個穩定的工作狀態，分別由停放制動施加電磁閥和緩解電磁閥控制，脈沖電磁閥由脈沖電流啟動，當電磁閥閥芯移動到某個位置后，電磁閥失電，電磁閥閥芯處于穩定工作狀態后，當另一個脈沖電磁閥得電，閥芯會移動到另一個位置，使雙脈沖電磁閥轉換為另一種工作狀態，脈沖電磁閥失電。這種方案需要兩個控制按鈕，分別控制兩個脈沖電磁閥，雙脈沖電磁閥閥芯動作后，帶動輔助觸點，可以向列車控制系統反饋雙脈沖電磁閥當前工作狀態，在管路中設置雙向閥防止制動力疊加。
4.2 電磁閥控制
該方案由一個電磁閥控制停放制動缸的充風和排風，當電磁閥失電時，向停放制動缸充風實現停放制動的緩解，當電磁閥得電時，排除停放制動缸的壓力，實現停放制動施加。在該方案中由于只有一個電磁閥，所以只需要一個按鈕就可以實現停放制動施加和緩解控制。防止制動力疊加的雙向閥通常與電磁閥做成一體，該方案結構緊湊。
4.3方案分析比較
雙脈沖電磁閥控制，脈沖電磁閥由脈沖電流啟動，穩定狀態是失電的，所以能耗低，工作可靠，當脈沖電磁閥失去控制時，可以方便的手動控制雙脈沖電磁閥的工作狀態。電磁閥控制，只需一個按鈕控制，防止制動力疊加的雙向閥與電磁閥一體化設計，結構簡單緊湊，但是安全可靠性不如雙脈沖電磁閥控制，電磁閥需要由輔助系統的110V直流供電，當發生故障，導致110V直流供電異常時，電磁閥失電，使停放制動緩解，此時如果常用制動隔離或者故障，有造成機車溜逸的風險。
安全生產是鐵路運輸永恒的主題，雙脈沖電磁閥控制停放制動安全可靠，優先采用。
5 停放制動自動施加方案
由停放制動替代人力制動機就是為了提高安全可靠性，所以當司機離開機車駕駛室后，應該設置停放制動自動施加功能，防止列車溜逸，通常有司機關閉主控鑰匙開關后自動施加停放制動和司機斷開蓄電池控制斷路器后自動施加停放制動兩種。機車只有在入庫后，司機才會斷開蓄電池控制斷路器，也就是說，運行途中司機不會去斷開蓄電池控制斷路器的，而機車運行中常常需要換端操作，換端操作時必須關閉一端司機室主控鑰匙開關，此時自動施加停放制動可以保證機車安全防止溜逸，今后大量開行的160km/h動力集中動車組，換端操作更加頻繁，特別是長編組換端時間更長，關閉主控鑰匙開關后自動施加停放制動方案就顯得更加合理。
6 停放制動指示信息方案
在機車操縱臺的機車狀態顯示屏上通常有一個停放制動指示燈顯示當前停放制動的工作狀態，該指示燈由停放制動系統的管路空氣壓力控制，該壓力檢測點可以選擇在雙向閥與脈沖電磁閥之間，也可以選擇在停放制動缸頂桿與停放制動隔離塞門之間，如圖4所示。
圖4 停放制動指示信息方案
壓力檢測點選擇在雙向閥與脈沖電磁閥之間，停放制動指示燈可以直接反映出司機的操作，即雙脈沖電磁閥的當前狀態，機車微機系統可以依據此狀態控制機車的牽引封鎖，但是由于存在雙向閥，此時停放制動指示燈不能反映停放制動缸的實際狀態，就是說雖然雙脈沖電磁閥處于停放制動施加狀態，但是雙向閥連通了有壓力的常用制動缸，停放制動缸實際處于充風緩解狀態。
壓力檢測點選擇在停放制動隔離塞門與停放制動缸之間，停放制動指示燈可以直接顯示停放制動缸的壓力狀態，但是這個壓力不能反映司機的操作，司機需要緩解常用制動后，才可以準確的判斷雙脈沖電磁閥的狀態，機車微機聯鎖控制機車牽引封鎖采用這個壓力也不可行，就是說只有當雙脈沖電磁閥處于停放制動施加位置時才需要微機聯鎖對機車牽引進行封鎖。
綜合以上分析，應該設置兩個停放制動指示點，一個由雙向閥與雙脈沖電磁閥之間壓力控制的停放制動指示燈，直接顯示雙脈沖電磁閥的狀態，指導司機操作，作為機車微機聯鎖控制機車牽引封鎖的依據。另一個由停放制動隔離塞門與停放制動缸之間的壓力控制在制動系統顯示屏上顯示停放制動缸的實際壓力，這個數值指示直觀顯示了停放制動缸的狀態，便于司機了解當前機車制動狀態。
7 設置停放制動隔離塞門的方案
7.1 停放制動隔離
當需要進行機車的無火回送或者停放制動發生故障時，均需要將停放制動進行隔離操作，所以必須在雙向閥和停放制動缸之間設置隔離塞門，目前隔離塞門的作用是切斷停放制動管與停放制動缸的通路，并將停放制動缸的壓力空氣排出，通過塞門聯動觸點將隔離塞門位置信息報告機車微機系統，并直接阻止機車牽引封鎖。
7.2 停放制動優化方案
這種方案存在以下問題需要優化：
（1）使用隔離塞門隔離停放制動后，停放制動缸壓力空氣排出，停放制動處于實際施加狀態，但是由于雙脈沖電磁閥仍處于緩解狀態，停放制動指示燈仍顯示停放制動緩解，微機聯鎖未進行機車牽引封鎖，危及行車安全。所以應該通過隔離塞門的聯動觸點觸發雙脈沖電磁閥停放制動施加電磁閥的動作脈沖，使雙脈沖電磁閥與隔離塞門同步動作，并將隔離塞門的狀態在司機室機車狀態屏幕中顯示出來。在按下停放制動緩解按鈕使雙脈沖電磁閥停放制動緩解電磁閥動作的控制邏輯條件中增加隔離塞門的狀態檢測，只要隔離塞門處于正常位置時，才允許停放制動緩解電磁閥得電動作，保證機車停放制動可靠緩解。
（2）只要使用隔離塞門隔離了停放制動，就必須人工拉出停放制動缸上的緊急緩解拉環，取消對停放制動彈簧座得限制，人工緩解停放制動。這又分兩種情況：一是機車無火回送，只要使用隔離塞門，再人工緩解停放制動即可，此時機車牽引是被封鎖的；二是機車停放制動系統故障，使用隔離塞門，在人工緩解停放制動后，需要增加一個旁路開關，對設置在雙脈沖電磁閥與雙向閥之間的壓力開關進行旁路，取消停放制動指示燈的顯示，并阻止機車微機聯鎖對機車牽引封鎖，維持機車運行。
(3)使用隔離塞門后，必須人工緩解停放制動，但是這兩個操作均為純機械操作，無法實現聯鎖控制，只能通過安全制度和操作流程加以保證。
7.3 停放制動優先原則
通過以上分析得出機車停放制動方案的優先原則:
(1)必須采用防止常用制動與停放制動疊加的裝置，避免由于制動力過大對機車造成損害。
(2)優先采用雙脈沖電磁閥控制停放制動的施加與緩解，提高停放制動控制的可靠性。
(3)優先采用關斷主控鑰匙自動施加停放制動的方案，防止機車溜逸。
(4)設置停放制動指示燈顯示雙脈沖電磁閥的狀態，通過取樣停放制動缸壓力顯示停放制動缸的實際工作狀態，方便司機操作。
(5)設置隔離塞門，排出停放制動缸壓力空氣，通過其聯動觸點實現對雙脈沖電磁閥的自動控制，增加旁路開關，實現停放制動隔離狀態下維持運行。
8 結束語
本文通過分析比較，對機車停放制動設計提出了優化方案，提高了停放制動系統的實用性和可靠性，可以作為今后機車停放制動系統設計的依據。
因為需要通過對停放制動缸結構進行改造，所以本方案未能解決以下問題：一是隔離停放制動后，需要緩解常用制動后，手動拉環緩解停放制動，再晃動閘片確認停放制動人工緩解成功，這是純機械的操作，如何通過技術設備保證操作正確。二是庫內調車作業，人工緩解停放制動后，調車結束仍需使用鐵鞋制動，如何方便地恢復停放制動。