轨道机车用气动制动阀的设计

戚晓霞　王兆荣

（1.威海职业学院，威海 264210；2.威海博胜气动液压有限公司，威海 264204）

轨道机车用气动制动阀的设计

戚晓霞1王兆荣2

（1.威海职业学院，威海 264210；2.威海博胜气动液压有限公司，威海 264204）

介绍了一种轨道机车制动用控制阀的设计思路。该设计能满足需要纯气动的控制统中，列车的制动和缓解，或系统微机控制失效时作为气动备用制动阀，保证机车的制动作用。

轨道机车制动用气动控制阀列车的制动和缓解气动备用制动阀

引言

在轨道机车制动系统中，经常要求有一个纯气动的制动阀，在无电的情况下或系统微机控制失效时，保证机车的制动作用，是制动控制系统的关键部件之一。该制动阀是一种经由感受列车管路压力变化，使气体经过它进入不同工作气路，完成机车制动与缓解的阀。

1制动阀的要求

本文通过一种列车对制动阀的要求来阐述设计过程。

（1）列车运行时列车管气压为600KPa，列车制动缸的容积1.8L，列车管减压时制动缸充气，列车制动；

（2）制动阀要求阶段制动，一次缓解；

常用制动性能

（3）常用制动缓解时间为4.5～7s；

（4）紧急制动性能：列车管减压速率大于80KPa/s时，列车管减压100KPa之前，制动阀应起紧急制动，且制动缸压力在3.5s内上升到420KPa以上，最终上升到450± 20KPa；

（5）制动灵敏度：列车管气压以5～10KPa/s的速率下降减压40KPa后制动阀应产生制动作用，制动缸压力应大于10KPa；

（6）缓解稳定性：列车管气压以1KPa/s的速率下降制动阀不得制动，以避免缓慢漏气引起列车制动。

图1管路连接图

图2充气状态（缓解状态）

图3充满气状态（缓解状态）

图4常用全制动状态

2制动阀的工作原理图

2.1工作原理

工作原理如图1、图2、图3、图4、图5所示：

说明：管路连接如图1。充气时列车管的压缩空气进入储气缸，当列车正常制动时，列车管的压力下降，储气缸的压力推动活塞，活塞推动阀芯打开阀门，储气缸的压缩空气进入制动缸，列车制动；储气缸的压缩空气进入制动缸后，储气缸的压力下降，阀芯在列车管压力和弹簧力的作用下逐渐关闭，最后进入平衡状态，储气缸和制动缸的通路被关闭；列车管的压力继续下降，储气缸的压力再次推动活塞，活塞再次推动阀芯打开阀门，储气缸的压缩空气继续进入制动缸，如此反复，制动缸的压力逐步升高，列车实现阶段制动，由高速逐渐减速，最后停止。缓解时列车管的压力升高，推动活塞离开，阀门关闭，制动缸的压缩空气由“O”口排出，制动缓解，如图2～5，活塞的运动轨迹如图6、图7所示。

图5紧急制动状态

图6常用全制动性能活塞的运动轨迹

图7紧急制动性能活塞的运动轨迹

2.2参数确定

（1）根据经验活塞直径φB≥φD阀芯直径，先选定φB=100，ΦD=20，ΦA=15，ΦC=10，节流孔 2先定为2个φ0.8的小孔，节流孔1和节流孔2预留G1/8螺纹孔，以后加中间带孔的螺纹丝堵调节进、排气速度；

（2）制动时活塞受气压推力F1要大于弹簧2和弹簧3的推力之和，参考1.5的要求，先按列车管压力和制动缸压力之差达到20KPa时，活塞推力等于弹簧2和弹簧3的推力之和；

20×π（φB2-φA2）/4=f2+f3

制动阀充满气时弹簧1推动活塞压缩弹簧2，靠定位机构、弹簧1和弹簧2把活塞准确定位在节流孔2的边缘。所以f1要大于f2很多，f2的力要能推动标准大气压状态下的活塞，f3要保证阀芯和阀口及制动时排气阀口处的密封。按以上方法和结构空间先确定弹簧1、弹簧2和弹簧3的尺寸，弹簧的设计最好要预留调整的空间；

（3）制动时储气缸的压缩空气进入制动缸，参考1.4的要求，假设压缩空气没有损失，忽略气体热效应，根据理想气体状态方程PV/T=常量，计算储气缸的容积V1。

600V1=450V1+1.8×450

V1=5.4

考虑列车制动时，储气缸的压缩空气会由节流孔2损失一小部分，先确定储气缸的容积为7升。

3　制动阀的结构图

3.1制动阀的结构

制动阀的结构如图8、图9所示：

图8主视图

图9剖面A-A

3.2制动阀的结构特点

（1）结构简单，性能稳定可靠，因阀口及制动时排气阀口处的密封均采用截止式密封结构，即使有少量微小粉尘，对阀的性能也无大的影响，保证列车制动的可靠性；

（2）滑动部分的密封采用新型的K形密封圈，结构紧凑，摩擦阻力小，磨损后自动补偿；

（3）充气缓解时活塞有缓冲机构，无震动冲击；

（4）充气缓解后活塞准确定位在固定位置，确保每次制动的重复精度；

（5）进气口和排气口都装有过滤器，防止杂物进入阀内。

3.3制动阀的制动性能试制

经多次调整弹簧力和螺堵孔径的大小，制动阀达到如图10、图11所示性能。

通过多次试验，在列车管气压为600KPa，制动缸的容积1.8升，储气缸的容积为7升时，该制动阀的输出压力：

P3≈2.95r-0.09P0

式中，P0为列车管制动前的初始压力（KPa）；r为列车管减压量（KPa）。

图10常用全制动压力曲线图

图11紧急制动压力曲线图

4结论

列车制动时，制动缸的压力逐步升高，列车阶段制动，由高速逐渐减速，最后停止，列车制动平稳无冲击。列车发生分离事故，列车管被拉断时，列车管气压急剧下降，制动阀活塞自动而迅速地移动到紧急制动位，事故列车能自动迅速制动直至停车。这不仅提高了列车运行的安全性，而且列车前后部开始制动作用的时间差小，即制动的一致性较好。经装车使用证明，该制动阀性能稳定、可靠，完全满足列车制动要求。

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Design of a Pneumatic Brake Valve for Track Locomotive

QI Xiaoxia1，WANG Zhaorong2
（1.WeihaiVocationalCollegeDepartmentofelectricaland Mechanical Engineering Weihai 264210；2.Weihai Bosheng Pneumatics &Hydraulics Co.，LTD.，Weihai 264204）

A kind design of a pneumatic brake valve for track locomotive，thisdesigncanmeettheneedsoftrainbrakingand mitigation of the pneumatic system，or as a backup valve when the failure is controlled by the microcomputer.

pneumatic brake valve for tracklocomotive，train brakingandmitigationofthe pneumatic system，pneumaticbackup brake valve