列车管小减压量制动后120阀缓解波速的提高方法——120阀加速缓解作用的改进

韩 晟，曹宏哲

（北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京102249）

列车管小减压量制动后120阀缓解波速的提高方法
——120阀加速缓解作用的改进

韩 晟，曹宏哲

（北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京102249）

介绍了120阀存在的列车管小减压量制动以后缓解波速低的问题；对120阀加速缓解作用的控制方式提出了改进方案，并进行了验证；对加速缓解风缸容积的增加进行了分析；提出了列车管小减压量制动后提高120阀缓解波速的建议。

120阀；加速缓解；改进；建议

近年来，中国铁路重载货运技术得到了快速发展，提速货车技术得到了全面推广应用。目前，中国80%以上货车具备了120 km/h技术基础，新造货车实现了载重由60 t级向70 t级全面升级换代，大秦线80 t级运煤专用货车2万t重载列车的顺利开行，实现了重载运输的新跨越。

车辆动力学理论证明，空气制动时车辆之间的压缩反应力大致与列车编组辆数的平方成正比。图1是编组40，60，80辆的货物列车，在40 km/h紧急制动过程中出现的最大车钩压力和拉力沿车长的分布。由图1可见，编组60辆最大车钩力是40辆的两倍。编组80辆最大车钩力是40辆的4倍，重载列车编组数将达到100辆以上，大秦线2万t重载列车编组辆数是210辆，重载列车运行中的纵向力远远大于普通列车。

研究和试验表明，最大的纵向力往往发生在空气制动机制动及缓解工况，特别是低速缓解和紧急制动时，因此，提高制动波速和缓解波速可以减小列车的纵向力，减少制动、缓解过程中产生的纵向冲动。

120型货车空气控制阀（简称120阀）是我国主型货车空气控制阀，但120阀存在列车管小减压量制动以后缓解波速低的问题。

1 120阀缓解波速低的问题

缓解波速不小于150 m/s是120阀的设计目标之一，为此120阀采用了加速缓解阀和加速缓解风缸的结构形式。当120阀主活塞动作下移到缓解位、本车制动缸缓解时，让准备排入大气的制动缸压力空气做为压力信号先引到加速缓解膜板处、使加速缓解阀产生动作，让本车加速缓解风缸的压力空气通过加速缓解阀中被顶开的夹心阀充入列车管。这样，列车管除了有来自机车供风系统的压力空气充入以外，还有来自本车加速缓解风缸的压力空气充入，这就是列车管的“局部增压”作用，又称“加速缓解”作用，如图2所示。由于列车中前后列车管的压力梯度增大，使列车管增压作用沿列车由前向后的传播速度加快，这就大大提高了缓解波速。

图1 不同编组辆数的货物列车紧急制动时最大车钩力沿列车长的分布

120阀专列试验结果表明，120辆120阀编组时缓解波速为180～200 m/s（按AAR方法计算），满足了设计要求。但120阀在列车管小减压量制动以后缓解时，由于制动缸压力低，所以有可能推不动加速缓解活塞，这样就没有加速缓解作用，会影响缓解波速，在编组辆数为100和120辆时比较明显。一般在列车管减压量不小于70 kPa时，就不会有这种影响了。表1是不同列车管定压、不同机车制动机、不同直径制动缸、不同编组辆数时120专列试验缓解波速统计。

图2 加速缓解作用原理图

我国铁路电力机车的DK－1型机车电空制动机的最小常用制动列车管减压量为40～50 k Pa，内燃机车的JZ－7型空气制动机最小常用制动列车管减压量为45～55 k Pa（列车管定压为600 k Pa时，＋5 k Pa），新型和谐号机车采用的CCB2型制动机的最小常用制动列车管减压量为40～50 k Pa。牵引机车制动机的最小常用制动列车管减压量为50 k Pa左右，无法满足120阀列车管减压量不小于70 k Pa的要求。而且，由于管路阻力等因素的影响列车中前后列车管的压力存在梯度，即使机车制动机减压70 k Pa，列车尾部列车管减压量也达不到机车制动机的减压量。按照120型货车空气控制阀试验台上试验方法的要求，120阀加速缓解作用是在列车管减压量为70 k Pa时进行，要求列车管压力上升10 k Pa以上。没有对列车管小减压量制动以后的加速缓解作用进行试验。

因此，有必要对120阀存在列车管小减压量制动以后缓解波速低的问题进行分析，解决其对缓解波速的影响。

表1 120阀专列试验缓解波速统计

2 120阀加速缓解作用控制方式的改变

（1）现有加速缓解作用控制方式分析

如前所述，加速缓解作用的控制方式是让准备排入大气的制动缸压力空气做为压力信号先引到加速缓解膜板处，使加速缓解阀产生动作。

加速缓解阀膜板的有效面积约为1 395 mm2，加速缓解阀弹簧的装配压力为11.85 N时，加速缓解膜板右侧压力大于8.5 k Pa（没有考虑橡胶膜板的变形阻力）就可以打开加速缓解阀，使120阀产生加速缓解作用。

但是，阀体内滑阀至前盖气路和加速缓解膜板右侧的容积约67 cm3，让准备排入大气的制动缸压力空气做为压力信号引到加速缓解膜板处，在有排气缩堵（主阀前盖上）的前提下要使该容积的压力达到8.5 k Pa（没有考虑橡胶膜板的变形阻力）以上才能打开加速缓解阀的夹心阀，如图3所示。这种控制方式下的加速缓解阀作用相对120阀的缓解在时间上有一定的滞后，不能对来自机车供风系统压力空气产生的缓解空气波形成有效的＂局部增压＂作用，不能提高缓解波速。

图3 控制加速缓解阀动作的气路原理

（2）加速缓解作用控制方式的改进

要解决现有加速缓解作用控制方式存在的问题，就需要改进加速缓解作用控制方式：在120主阀下盖中增加加速缓解阀结构，用主活塞控制加速缓解作用。当120阀主活塞动作下移到缓解位时，使下盖中加速缓解阀产生动作，让本车加速缓解风缸的压力空气通过加速缓解阀中被顶开的夹心阀充入列车管。这样，就使加速缓解作用和120阀的缓解在时间上基本同步，对来自机车供风系统压力空气产生的缓解空气波能够形成有效的＂局部增压＂作用，提高缓解波速。改进后加速缓解作用原理如图4所示。

图4 改进后加速缓解作用原理

（3）改进后加速缓解作用控制方式的分析

120阀的缓解、制动、保压等作用的实现，是主活塞在稳定杆、稳定弹簧、减速弹簧等零部件的配合下，带动滑阀、节制阀在主阀体内移动来实现的，如图5所示。120阀主活塞带动节制阀移动的压差为4 k Pa，由缓解位到制动位时主活塞带动滑阀移动的压差是－9.5～－12 k Pa，由制动保压位到缓解位时主活塞带动滑阀移动的压差是＋6～＋10.5 k Pa。120阀主膜板的有效面积约为7 500 mm2，对应120阀主控机构的移动阻力见表2。

图5 120阀主控机构组成图

表2 120阀主控机构的移动阻力

120阀主活塞由缓解位到制动位时，主活塞先带动节制阀克服稳定弹簧的弹力向上移动6 mm（此时的力为30 N），产生第一阶段局部减压作用后列车管的压力空气通过节制阀、滑阀向局减室流动，促使主活塞两侧压力差骤增，主活塞带动滑阀克服摩擦阻力向上移动10 mm至制动位（此时的力为71～90 N）。可见，只要主活塞的压差超过4 kPa就可以带动节制阀上移6 mm产生第一阶段局减作用，对120阀的稳定性来说滑阀移动的摩擦阻力是没有作用的。

利用滑阀移动的摩擦阻力控制下盖内加速缓解阀的动作。滑阀向下移动、距缓解2 mm时夹心阀开始打开，滑阀向下移动至缓解充气位时夹心阀打开2 mm（此时弹簧弹力为5～9 N），滑阀向下移动至减速充气位时夹心阀打开6 mm。

120阀主活塞由制动保压位到缓解位时，主活塞带动节制阀、滑阀向下移动的阻力是45～78 N。主活塞移动至缓解位时打开主阀下盖中新增的加速缓解阀夹心阀，主活塞移动至制动位时关闭夹心阀。

图6是滑阀向下移动、距缓解位2 mm时滑阀与滑阀座的排气通路打开情况，通路面积约10 mm2（相当于φ3.6 mm孔），而14英寸120阀制动缸排气限制孔为φ3.6 mm、10英寸120阀制动缸排气限制孔为φ2.9 mm。滑阀向下移动、距缓解位2 mm打开下盖内的加速缓解阀时，原有控制方式不能产生加速缓解作用。

图6 滑阀、滑阀座排气通路示意图

改进后加速缓解动作由主活塞控制，即主阀下盖内新增的加速缓解阀由主活塞带动滑阀、稳定杆控制。原主阀前盖部的加速缓解阀由紧急二段阀处制动缸压力控制。改进后加速缓解作用动作顺序分析见表3。

表3 改进后加速缓解作用动作顺序分析表

3 增加加速缓解风缸容积的分析

120阀加速缓解作用对列车管的“局部增压”作用，不但要考虑时间上的同步性，还要考虑“局部增压作用”的增压量。在120阀研制过程时曾对加速缓解风缸的容积进行了反复试验，加速缓解风缸只需11～15 dm3即可达到令人满意的效果，最终确定加速缓解风缸为11 dm3。120阀存在列车管小减压量制动以后缓解波速低的问题，和加速缓解风缸的容积有密切关系。

120阀加速缓解作用对列车管的“局部增压”作用，实际是高压力的加速缓解风缸和低压力的列车管进行压力平衡，使列车管的压力增加。因列车管增压的峰值不好计算，暂按平衡压力进行分析。按照120阀在705试验台上的试验方法：120阀减压40 k Pa，压力稳定后手把置2位，从手把移置2位起到主阀的制动缸排气口开始排气时间不得超过15 s。705试验台2位的增压速度是2 k Pa/s。

按照主阀13 s缓解考虑，增压前的列车管压力为

式中Pl0为列车管定压；r为列车管减压量。

不考虑温度等因素的影响，假定列车管容积为15.5 dm3，按等温过程气体状态方程，有以下平衡关系：

式中Pl2为增压后列车管压力；Pj0为加速缓解风缸初始压力；Vj为加速缓解风缸容积。

按照式（1）、式（2）可以对列车管的增压量进行计算。表4是不同列车管减压量、不同加速缓解风缸容积时局部增压作用的统计。

从计算结果中可以看出，减压量越大，增压量越大。

列车管减压量为40 k Pa时，加速缓解风缸的容积由11 dm3增加到15 dm3，增压量由5.81 k Pa增加到6.89 k Pa。增压量增加约1 k Pa，这相当于705试验台2位0.5 s的充气量，即列车管增压作用使后一车辆120阀缓解时间加快0.5 s。

因此，建议将加速缓解风缸的容积由11 dm3增加到15 dm3，解决120阀存在列车管小减压量制动以后缓解波速低的问题。

4 改进后控制方式的验证

（1）新增缓解阀对120阀制动、缓解动作没有影响

为验证新增缓解阀顶杆对120阀制动、缓解动作是否有影响，在120阀主活塞杆上增加了行程测量杆、行程测量杆座和O形圈等，能够实时显示主活塞杆的行程，如图7所示。

表4 加速缓解风缸容积对列车管局部增压作用分析表

在120阀试验台上对改进前后120阀在列车管小减压量制动、缓解时主活塞的动作进行记录，如图8所示。

图7 行程测量结构图

图8 主活塞动作的照片

经对改进前后照片的对比分析，新增缓解阀顶杆对120阀制动、缓解动作没有影响。

（2）改进后120阀的性能符合在120阀试验台上的要求

改进后的120阀在120阀试验台上进行全项连续性能试验，如图9所示。除主阀排气口泄漏试验外，其余结果全部合格，与改进前的试验结果一致。

5 建 议

用120阀主活塞控制加速缓解作用，使加速缓解作用和120阀的缓解在时间上基本同步，对来自机车供风系统压力空气产生的缓解空气波能够形成有效的“局部增压”作用，提高120阀在列车管小减压量制动以后的缓解波速。

图9 改进后120阀全项性能试验的照片

将加速缓解风缸的容积由11 dm3增加到15 dm3，增加“局部增压作用”的压力来源，提高120阀在列车管小减压量制动以后的缓解波速。

［1］ 夏寅荪，吴培元，等.120型空气制动机［M］.北京：中国铁道出版社，2006.

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［4］ 姜靖国，等.JZ－7型空气和电空制动机［M］.北京：中国铁道出版社，2001.

［5］ 武汛.LOCOTROL分布式动力系统与CCB2型制动机［M］.北京：中国铁道出版社，2007.

［6］ 铁道部.铁道货车制动装置检修规则［S］.北京：中国铁道出版社，2008.

The Method of Improving Release Propagation for Type 120 Valve after Train Pipe Braking with Small Pressure Decrement——Modification of Accelerated Release Function of Type 120 Valve

HAN Sheng，CAO Hongzhe
（Beijing CSR Times Locomotive and Rolling Stock Mechanics Co.，Ltd.，Beijing 102249，China）

This paper mainly introduced the problem that 120 valve’s release propagation is too low at small pressure decrement，and proposes an improvement solution for control mode of 120 valve’s release function，then conducted verification.Furthermore it analyzes increased volume of accelerated release reservoir，and proposes the method of improving release propagation for Type 120 valve after train pipe braking with small pressure decrement.

120 valve；acceleration release；improvement

U270.351

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.03.29

1008－7842（2014）03－0116－05

�）男，高级工程师（

2013－10－09）