双针压力表

双针压力表

20201020

双针压力表是铁路机车车辆上的常用部件，尤其是在普速车辆上，特别是客车，每节车辆上都要设置一块。在动车高速上，设置就有所不同了，通常只是在头车的司机台上。

所谓双针压力表，也就是压力表的一种，而压力表则是一种通过机械传动，通过指针的方式，表现流体压力的一种装置。

压力表普通的结构是要有一个用于感受压力变化的敏感元件，通常是波登管，或是膜盒，或是波纹管，在其内部施加流体，随着流体压力的变化，敏感元件产生弹性变形，带动一个转臂，驱动转轴，引起转轴上的指针转动，就显示了压力的变化和大小。这也就是机械压力表的基本形式。

铁路车辆使用压力表，主要是显示和监控车用压缩空气的变化，而这种变化也对应了列车控制的一些状态，也就是为了保证行车安全。

应该是由于空间和结构的限制，也应该有便于观测的因素，将两套显示机构置于一个整体中，就形成了双针压力表。

其实可以用钟表来类比双针压力表，但是也有差别。钟表的指针之间是相互关联的，时、分、秒有严格的逻辑关系，并且相互联动。同时钟表的指针是要做360°旋转的，并且周而复始。双针压力表的两个指针对应的是两个独立的源，其测量和显示的压力之间，可以是独立的，也可以是关联的，而这种关联并不绝对，只是在功能上允许存在某种关联，而这种关联与压力表的结构无关。另一方面，压力表的表针也不是全角度的，通常是有范围的，也就是压力表的量程，换句话说，就是要有起点和终点，术语上说，就是零点和满量程点。

铁路车辆上用双针压力表的作用，通常是监控其使用的压缩空气的数值与变化，而压缩空气也有不同的作用，并随着发展，有一些扩展。

在火车开始使用之后，为了使它能够停下来，需要制动装置。最初使用的是机械装置，不方便，随后发展了，使用自动装置，就是空气制动机，通过空气压力的变化，施加不同的制动力。开始的时候是直通制动，就是在需要制动的时候，机车，可就是全列车的控制中枢，通过一个长长的管子，也就是列车管，向每一节车辆的制动装置，也就是制动缸，直接加气。这样做的好处是简单方便，而坏处是，当列车解编或断裂时，后部车辆就无法实现制动了。

需要说明的是那个时候，机车是主动的，车辆是被动的，机车提供运行的动力，也发出停止的指令。

这个阶段，压缩空气只是一个动力源，即随着制动缸的压力变化，制动力也随之变化。这样做还有一个弊端，就是协调与一致。试想一下像流水一样的压缩空气，从前端流到后端，是需要时间的，而这也就导致全列车的制动动作并不协调，给列车运行造成不利的影响。

为了解决这个问题，又发展出了一种叫自动制动机的装置，这种方式有了一些变化，设置有所不同。首先也要设置一根贯通全列车的管子，然后在每节车上设置了一个风缸，叫做副风缸，再设置一个制动机，这个制动机作为中间环节，连接列车管，副风缸，制动缸，其实还有一个隐形的通路，大气。因为制动机连接了三个终端，因此这个制动机也被叫做三通阀。

三通的过程是分成了三个阶段的，即制动，保压，缓解。制动阶段，列车管与大气相通，但是这个大气通路并不是三通阀上的大气通路，副风缸与制动缸相通；保压阶段，截断所有的通路，各自封闭；缓解阶段，列车管与副风缸相通，制动缸与大气相通。

还有一点需要说明，铁路上使用的制动缸，是一种单作用形式的，活塞構贝有弹簧作用回复原位的。

这套装置的特点是，由于有了副风缸，作为局部的动力源，列车管在制动的时候，不再充当动力源，而是充当了信号传递的通道。

其实在列车制动缓解的过程中，制动和缓解是可以分解成两个独立的过程，虽然所有的动作都是通过列车管来施加，但是制动和缓解过程，原则上是相互制约和互锁的，这样说有些不确切，直白的说，要制动，就不能缓解，要缓解就不能制动，两者之间不能随意转换，更不能同时发生。

这个过程需要有一个准备，就是初充气，其实也就是一个缓解的过程，只是此时或许制动缸里并没有压缩空气，因此这个过程也可以叫做准备过程。准备过程的作用是让副风缸储存有足够的压缩空气，也就是动力，等待下一次制动过程的实施，这个时候，列车管和副风缸的压缩空气是充满的。

实施制动时，列车管排气，根据需要，以不同的速度，排除不同数量的压缩空气，而这个排气，产生一个信号，三通阀根据这个信号，联通副风缸与制动缸，形成制动作用。当达到预定的要求时，列车管停止排气，副风缸也停止向制动缸充气，进入保压阶段。这个过程可以重复，知道列车管排空，副风缸的压缩空气全部充入制动缸，达到平衡。

实施缓解时，列车管被充入压缩空气，发出缓解信号，三通阀联通制动缸与大气，形成缓解动作，同时列车管向副风缸充风，储存制动动力。这个过程有些时候是可以重复实施的，有些时候是一次完成的。

说了这么多，实际上是想什么列车管，副风缸，制动缸三者之间的压力变化，存在一种关联性，通过观看它们的压力变化，知道当前列车所处的状态。

然而事实并不能如愿，有时候也无法实施。

在货物列车上，无法在每节车辆上进行观察，也没有必要进行观察，只需要监控列车管的压力变化，就可以推断列车的运行状态，也就是说这个时候使用单针表就足够了。只是在机车上，因为需要知道风源压力，这个时候，设置双针压力表，一个显示风源压力，也叫总风，一个显示列车管压力。

在客运列车上，可以在每节车辆上设置压力表，用以监控压力变化。在单管制时期，只能监控列车管的压力，在双管制时期，增加了总风管，也就设置了双针表，一个显示总风管压力，一个显示列车管压力。

在动车高铁列车上，情况又有不同，而且还很特殊。

又有使用列车管传递制动缓解信号，有一个局限，就是响应时间，也就是传递速度。空气中压力信号传递速度的上限不会大于声速，也就是340m/s，这将影响制动缓解过程的一致性。另一方面，制动机对于压力的控制属于模拟控制，无法做到精确，因此在动车高铁上普遍采用直通电气控制方式，又由于采用了各种监控设施，可以全闭环监控各个作用点的实际情况，因此监控的位置也发生了变化。

以复兴号列车为例，在列车上的不同位置，监控的内容也不相同。这里需要先说一下复兴号的制动。

地铁，动车，高铁，现在普遍采用的是电动力，并且是动力分散方式。如果是六辆编组，通常是三动三拖，或者是四动两拖，如果是八辆编组，通常是四动四拖，当然也会有其他的配置，也就是说有无动力的拖车，有有动力的动车。由于使用了电力驱动，在制动的时候，就可以使驱动电机转变成发电机来消耗动能，形成制动作用，术语叫再生自制动，将制动产生的电能回馈到电网，那么这里面就有一个问题，就是有电与无电，动车能够产生制动力，而拖车没有。另外再生制动有一个限制，就是在高速的时候效果显著，而在低速的时候就不显著，甚至完全丧失，而且这个变化是极速的。为了保持运行的平稳，只有再生自动是不够的，还需要空气制动的参与，甚至可以说，是空气制动使列车停下来的。换句话说，制动过程实际上采用了混合制动方式。

列车平稳运行的指标是速度变化的平稳，而对于制动过程，就是制动减速度的变化要平稳，这个过程就需要再生自动与空气制动的协调与匹配，并且这个过程是动态变化的。另一方面，由于车辆间的参数也有差异，比如动车与拖车，成员人数的不同，使得车辆质量也不相同，因此对于制动力的要求也不相同，也就是说不同车辆之间是有差异的，而且差异很大，而具体的表现就是制动缸的压力，而匹配这其中的关系的，是每个车辆上的电子控制单元，根据列车司机发出的指令，结合车辆的运行参数，计算和调解相应的数据。

另外，车辆的配置也不相同。在普速列车上，贯穿整个列车的是列车管，当然双管制时还有一个总风管，但是控制全列车制动缓解的是列车管的压力变化，也就是说，列车管是全列车的控制中枢。在动车高铁列车上，由于控制方式采用了电控及通讯指令方式，使得每节车辆即联通又独立，总体协调，独立动作，贯穿全列车的不再是列车管，而是网络通讯，即便是依然有总风管贯穿全列，其作用也只是提供动力，压缩空气。

在头车上，监控总风压力，制动缸压力，还有列车管压力。在中间车辆上，只监控制动缸压力。需要说明的是，只是在头车上设置有列车管，而列车管的作用也只是在列车需要救援的时候才使用，其他时间里，没有任何的作用。

那么也就是说，这个时候监控的对象发生了变化，直接监控，而不是间接监控，制动缸压力，同时还是独立监控。也就是说任何两个车辆间的瞬时制动缸压力可能是不同的。

说到这里该有一个结论了，以便形成一个明确的认知。

双针压力表用于显示列车车辆的特定管路的压力，并监控列车的运行状态。

被监控两个压力，通常没有逻辑关联。

在不同的情况下，货运车辆、普速客车、动车高铁，双针压力表的监控对象不同。普速列车监控的是总风管和列车管，动车高铁列车监控的是总风管和制动缸。

在普速客货列车上，总风管的压力上限是600kPa，且通常是定压，列车管的压力上限是600kPa，可以向下波动。当列车管减压时，列车处于制动状态，列车管升压时，列车处于缓解状态。列车管压力恒定时，列车处于保压状态。

在动车高铁列车上，总风管的压力上限是波动的，800kPa～950kPa之间，制动缸的压力在0kPa与设定上限压力之间，通常是600kPa，这个数据还需要核定。

由于双针表的精度的限制，这种监控只是一个示意，说明列车车辆处于一种适当的状态，但是并不精确。