軌道機(jī)車(chē)用氣動(dòng)制動(dòng)閥的設(shè)計(jì)

戚曉霞　王兆榮

（1.威海職業(yè)學(xué)院，威海 264210；2.威海博勝氣動(dòng)液壓有限公司，威海 264204）

軌道機(jī)車(chē)用氣動(dòng)制動(dòng)閥的設(shè)計(jì)

戚曉霞1王兆榮2

（1.威海職業(yè)學(xué)院，威海 264210；2.威海博勝氣動(dòng)液壓有限公司，威海 264204）

介紹了一種軌道機(jī)車(chē)制動(dòng)用控制閥的設(shè)計(jì)思路。該設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足需要純氣動(dòng)的控制統(tǒng)中，列車(chē)的制動(dòng)和緩解，或系統(tǒng)微機(jī)控制失效時(shí)作為氣動(dòng)備用制動(dòng)閥，保證機(jī)車(chē)的制動(dòng)作用。

軌道機(jī)車(chē)制動(dòng)用氣動(dòng)控制閥列車(chē)的制動(dòng)和緩解氣動(dòng)備用制動(dòng)閥

引言

在軌道機(jī)車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中，經(jīng)常要求有一個(gè)純氣動(dòng)的制動(dòng)閥，在無(wú)電的情況下或系統(tǒng)微機(jī)控制失效時(shí)，保證機(jī)車(chē)的制動(dòng)作用，是制動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。該制動(dòng)閥是一種經(jīng)由感受列車(chē)管路壓力變化，使氣體經(jīng)過(guò)它進(jìn)入不同工作氣路，完成機(jī)車(chē)制動(dòng)與緩解的閥。

1制動(dòng)閥的要求

本文通過(guò)一種列車(chē)對(duì)制動(dòng)閥的要求來(lái)闡述設(shè)計(jì)過(guò)程。

（1）列車(chē)運(yùn)行時(shí)列車(chē)管氣壓為600KPa，列車(chē)制動(dòng)缸的容積1.8L，列車(chē)管減壓時(shí)制動(dòng)缸充氣，列車(chē)制動(dòng)；

（2）制動(dòng)閥要求階段制動(dòng)，一次緩解；

常用制動(dòng)性能

（3）常用制動(dòng)緩解時(shí)間為4.5～7s；

（4）緊急制動(dòng)性能：列車(chē)管減壓速率大于80KPa/s時(shí)，列車(chē)管減壓100KPa之前，制動(dòng)閥應(yīng)起緊急制動(dòng)，且制動(dòng)缸壓力在3.5s內(nèi)上升到420KPa以上，最終上升到450± 20KPa；

（5）制動(dòng)靈敏度：列車(chē)管氣壓以5～10KPa/s的速率下降減壓40KPa后制動(dòng)閥應(yīng)產(chǎn)生制動(dòng)作用，制動(dòng)缸壓力應(yīng)大于10KPa；

（6）緩解穩(wěn)定性：列車(chē)管氣壓以1KPa/s的速率下降制動(dòng)閥不得制動(dòng)，以避免緩慢漏氣引起列車(chē)制動(dòng)。

圖1管路連接圖

圖2充氣狀態(tài)（緩解狀態(tài)）

圖3充滿(mǎn)氣狀態(tài)（緩解狀態(tài)）

圖4常用全制動(dòng)狀態(tài)

2制動(dòng)閥的工作原理圖

2.1工作原理

工作原理如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示：

說(shuō)明：管路連接如圖1。充氣時(shí)列車(chē)管的壓縮空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣缸，當(dāng)列車(chē)正常制動(dòng)時(shí)，列車(chē)管的壓力下降，儲(chǔ)氣缸的壓力推動(dòng)活塞，活塞推動(dòng)閥芯打開(kāi)閥門(mén)，儲(chǔ)氣缸的壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)缸，列車(chē)制動(dòng)；儲(chǔ)氣缸的壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)缸后，儲(chǔ)氣缸的壓力下降，閥芯在列車(chē)管壓力和彈簧力的作用下逐漸關(guān)閉，最后進(jìn)入平衡狀態(tài)，儲(chǔ)氣缸和制動(dòng)缸的通路被關(guān)閉；列車(chē)管的壓力繼續(xù)下降，儲(chǔ)氣缸的壓力再次推動(dòng)活塞，活塞再次推動(dòng)閥芯打開(kāi)閥門(mén)，儲(chǔ)氣缸的壓縮空氣繼續(xù)進(jìn)入制動(dòng)缸，如此反復(fù)，制動(dòng)缸的壓力逐步升高，列車(chē)實(shí)現(xiàn)階段制動(dòng)，由高速逐漸減速，最后停止。緩解時(shí)列車(chē)管的壓力升高，推動(dòng)活塞離開(kāi)，閥門(mén)關(guān)閉，制動(dòng)缸的壓縮空氣由“O”口排出，制動(dòng)緩解，如圖2～5，活塞的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖6、圖7所示。

圖5緊急制動(dòng)狀態(tài)

圖6常用全制動(dòng)性能活塞的運(yùn)動(dòng)軌跡

圖7緊急制動(dòng)性能活塞的運(yùn)動(dòng)軌跡

2.2參數(shù)確定

（1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)活塞直徑φB≥φD閥芯直徑，先選定φB=100，ΦD=20，ΦA(chǔ)=15，ΦC=10，節(jié)流孔 2先定為2個(gè)φ0.8的小孔，節(jié)流孔1和節(jié)流孔2預(yù)留G1/8螺紋孔，以后加中間帶孔的螺紋絲堵調(diào)節(jié)進(jìn)、排氣速度；

（2）制動(dòng)時(shí)活塞受氣壓推力F1要大于彈簧2和彈簧3的推力之和，參考1.5的要求，先按列車(chē)管壓力和制動(dòng)缸壓力之差達(dá)到20KPa時(shí)，活塞推力等于彈簧2和彈簧3的推力之和；

20×π（φB2-φA2）/4=f2+f3

制動(dòng)閥充滿(mǎn)氣時(shí)彈簧1推動(dòng)活塞壓縮彈簧2，靠定位機(jī)構(gòu)、彈簧1和彈簧2把活塞準(zhǔn)確定位在節(jié)流孔2的邊緣。所以f1要大于f2很多，f2的力要能推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下的活塞，f3要保證閥芯和閥口及制動(dòng)時(shí)排氣閥口處的密封。按以上方法和結(jié)構(gòu)空間先確定彈簧1、彈簧2和彈簧3的尺寸，彈簧的設(shè)計(jì)最好要預(yù)留調(diào)整的空間；

（3）制動(dòng)時(shí)儲(chǔ)氣缸的壓縮空氣進(jìn)入制動(dòng)缸，參考1.4的要求，假設(shè)壓縮空氣沒(méi)有損失，忽略氣體熱效應(yīng)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV/T=常量，計(jì)算儲(chǔ)氣缸的容積V1。

600V1=450V1+1.8×450

V1=5.4

考慮列車(chē)制動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)氣缸的壓縮空氣會(huì)由節(jié)流孔2損失一小部分，先確定儲(chǔ)氣缸的容積為7升。

3　制動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)圖

3.1制動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)

制動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)如圖8、圖9所示：

圖8主視圖

圖9剖面A-A

3.2制動(dòng)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠，因閥口及制動(dòng)時(shí)排氣閥口處的密封均采用截止式密封結(jié)構(gòu)，即使有少量微小粉塵，對(duì)閥的性能也無(wú)大的影響，保證列車(chē)制動(dòng)的可靠性；

（2）滑動(dòng)部分的密封采用新型的K形密封圈，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦阻力小，磨損后自動(dòng)補(bǔ)償；

（3）充氣緩解時(shí)活塞有緩沖機(jī)構(gòu)，無(wú)震動(dòng)沖擊；

（4）充氣緩解后活塞準(zhǔn)確定位在固定位置，確保每次制動(dòng)的重復(fù)精度；

（5）進(jìn)氣口和排氣口都裝有過(guò)濾器，防止雜物進(jìn)入閥內(nèi)。

3.3制動(dòng)閥的制動(dòng)性能試制

經(jīng)多次調(diào)整彈簧力和螺堵孔徑的大小，制動(dòng)閥達(dá)到如圖10、圖11所示性能。

通過(guò)多次試驗(yàn)，在列車(chē)管氣壓為600KPa，制動(dòng)缸的容積1.8升，儲(chǔ)氣缸的容積為7升時(shí)，該制動(dòng)閥的輸出壓力：

P3≈2.95r-0.09P0

式中，P0為列車(chē)管制動(dòng)前的初始?jí)毫Γ↘Pa）；r為列車(chē)管減壓量（KPa）。

圖10常用全制動(dòng)壓力曲線圖

圖11緊急制動(dòng)壓力曲線圖

4結(jié)論

列車(chē)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)缸的壓力逐步升高，列車(chē)階段制動(dòng)，由高速逐漸減速，最后停止，列車(chē)制動(dòng)平穩(wěn)無(wú)沖擊。列車(chē)發(fā)生分離事故，列車(chē)管被拉斷時(shí)，列車(chē)管氣壓急劇下降，制動(dòng)閥活塞自動(dòng)而迅速地移動(dòng)到緊急制動(dòng)位，事故列車(chē)能自動(dòng)迅速制動(dòng)直至停車(chē)。這不僅提高了列車(chē)運(yùn)行的安全性，而且列車(chē)前后部開(kāi)始制動(dòng)作用的時(shí)間差小，即制動(dòng)的一致性較好。經(jīng)裝車(chē)使用證明，該制動(dòng)閥性能穩(wěn)定、可靠，完全滿(mǎn)足列車(chē)制動(dòng)要求。

［1］許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動(dòng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］左建民.液壓與氣壓［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［4］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［5］應(yīng)云飛，秦娟蘭.城市軌道交通車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.

［6］李益民.電力機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

［7］殳企平.城市軌道交通車(chē)輛制動(dòng)技術(shù)［M］.北京：知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2011.

［8］饒忠.列車(chē)制動(dòng)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

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