朱 宇， 申燕飛， 劉文軍， 劉亞梅， 杜 霞

(眉山中車制動科技股份有限公司， 四川眉山 620010)

在列車制動領(lǐng)域，三通閥也叫分配閥，它的主要功能是根據(jù)列車管減壓量自動控制列車中各機車車輛制動缸的壓力，是列車自動制動系統(tǒng)的核心部件。2003年我國引進了德國CCBⅡ微機控制機車制動機，其上搭載DBTV三通閥可靠性高，檢修期為6年。2010年中車株洲電力機車有限公司研制完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DK-2型機車制動機，也實現(xiàn)了微機控制，但其上搭載的109H分配閥，檢修期僅為1年，與DBTV三通閥6年檢修期相比有較大差距，是DK-2機車制動機的一大短板。

109H分配閥是一種金屬滑閥結(jié)構(gòu)分配閥，靠精密研磨的金屬平面之間的油膜密封，但這層油膜在滑閥相對運動過程中容易隨壓力空氣流失，使滑閥密封性能失效。另外，109H分配閥的主膜板結(jié)構(gòu)存在設(shè)計缺陷，在運用過程中，容易破損。因此，109H分配閥每使用一年，必須加注潤滑油，更換主膜板，以保證其性能。

2015年眉山中車制動科技股份有限公司研制完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的長檢修期三通閥，型號為ZYF。該三通閥全部采用成熟可靠的O形密封圈柱塞結(jié)構(gòu)，在軸向和徑向多層次布局，代替滑閥和主膜板，實現(xiàn)了二壓力制動機的基本功能，相關(guān)型式試驗表明該閥功能適用，性能可靠，可以適應(yīng)6年檢修期要求。2015年首批ZYF三通閥試裝車，到目前為止，在未檢修的情況下連續(xù)使用3年，狀態(tài)正常。2017年ZYF三通閥開始量產(chǎn)，在新造的DK-2制動機正式裝車，彌補了DK-2制動機的短板，使我國機車制動機整體技術(shù)指標(biāo)達到了世界先進水平。

1 ZYF三通閥技術(shù)參數(shù)

1.1 應(yīng)用環(huán)境

環(huán)境溫度：-40℃ ～ +70℃。

振動和沖擊：GB/T 21563-2008中I類的規(guī)定。

工作介質(zhì)：壓縮空氣，其質(zhì)量應(yīng)符合ISO 8573-1-2001中規(guī)定的固體顆粒3級、濕度等級2級、含油量3級的要求。

防護等級：IP54。

1.2 性能參數(shù)

適用于列車管定壓500 kPa和600 kPa。當(dāng)列車管定壓600 kPa，與11 dm3工作風(fēng)缸和3.8 dm3作用風(fēng)缸匹配時，技術(shù)參數(shù)如下：

(1)充氣性能：工作風(fēng)缸由0上升至500 kPa的時間小于70 s。

(2)穩(wěn)定性：在緩解狀態(tài)下，列車管以小于40 kPa/min速率減壓，不發(fā)生制動作用。

(3)制動性能：列車管以10～40 kPa/s速率從定壓開始減壓，在減壓35 kPa之前能起制動作用，作用風(fēng)缸壓力為80～130 kPa。具有階段制動功能，響應(yīng)靈敏度10 kPa，見圖1?？焖僦苿訒r，作用風(fēng)缸壓力由0上升至400 kPa的時間為3～6 s。

緩解性能：在制動保壓狀態(tài)下，只要列車管壓力上升大于工作風(fēng)缸5～15 kPa時，作用風(fēng)缸能直接緩解到零。作用風(fēng)缸壓力由400 kPa下降至40 kPa的時間為4～7 s。

2 ZYF三通閥安裝接口

為了便于替代進口產(chǎn)品，ZYF三通閥的安裝接口與動車組上引進德國克諾爾公司制動系統(tǒng)中搭載的FE115型三通閥完全一致，可直接替換。ZYF三通閥為平面安裝，預(yù)留3個M8安裝螺釘孔，有一個防錯裝的定位銷，外接列車管、工作風(fēng)缸和作用風(fēng)缸，見圖1。

3 ZYF三通閥結(jié)構(gòu)組成

ZYF三通閥全部為O形密封圈柱塞結(jié)構(gòu)。下蓋、閥體、主控套和上蓋與相應(yīng)的O形密封圈和螺釘?shù)冉M合成相對固定的閥體組成。主活塞、主活塞桿和穩(wěn)定桿與相應(yīng)的O形密封圈和螺母等組合成相對固定的主活塞組成?；瑒犹咨咸籽b有相應(yīng)的O形密封圈。這3個組成可以相對運動，從徑向看，主活塞桿和滑動套、滑動套和主控套之間有2層O形密封圈，從軸向看，主活塞桿上4個O形密封圈控制滑動套上2條氣路通斷，滑動套上5個O形密封圈控制主控套上3 條氣路通斷，主活塞組成和滑動套可在軸向相對移動一定距離，形成三通閥的不同作用位，見圖2。

圖1 ZYF三通閥接口圖

1-下蓋；2-閥體；3-主控套；4-上蓋；5-主活塞；6-主活塞桿；7-穩(wěn)定桿；8-滑動套。圖2 ZYF三通閥結(jié)構(gòu)圖

4 ZYF三通閥工作原理

ZYF三通閥是一種二壓力機構(gòu)的自動制動機，具有階段制動、直接緩解的特性。主活塞上方通列車管，下方與工作風(fēng)缸連通，列車管和工作風(fēng)缸兩種壓力控制主活塞組成沿軸向移動，同時，帶動滑動套沿軸向移動，形成了不同作用位置，這就是二壓力機構(gòu)。ZYF三通閥有充氣緩解、初制動、制動和保壓4個作用位置，實現(xiàn)機車或車輛的緩解、制動和保壓功能。

4.1 充氣緩解位(圖3)

當(dāng)列車管充氣壓力上升時，壓力空氣經(jīng)安裝面列車管孔以及閥體組成內(nèi)部暗道，首先進入主活塞上方，將主活塞組成推到下極限位，主活塞桿推動滑動套一起下移到下極限位，使ZYF三通閥處于充氣緩解位。

1-列車管；2-工作風(fēng)缸；3-作用風(fēng)缸；4-排大氣。圖3 充氣緩解位

(1)列車管給工作風(fēng)缸充風(fēng)

列車管壓力空氣經(jīng)安裝面列車管孔→閥體組成內(nèi)部暗道→主控套充氣限孔Ⅰ→滑動套徑向孔→主活塞桿軸向孔向下→穩(wěn)定彈簧座→下蓋安裝面工作風(fēng)缸孔→工作風(fēng)缸。

還有一路經(jīng)主活塞桿軸向孔向上→主活塞下方。

(2)作用風(fēng)缸排氣緩解

當(dāng)列車管減壓制動后再充氣緩解時，此時作用風(fēng)缸有壓力空氣，作用風(fēng)缸排氣緩解。通路如下：

作用風(fēng)缸→下蓋安裝面作用風(fēng)缸孔→閥體組成內(nèi)部暗道→主控套最下一圈徑向孔→滑動套聯(lián)絡(luò)環(huán)槽→主控套中間一圈徑向孔→閥體排氣口→大氣。

(3)穩(wěn)定性

為了使三通閥在列車管發(fā)生輕微漏泄時，仍穩(wěn)定在緩解位，不引起意外制動，三通閥在設(shè)計上，從下列兩個措施來實現(xiàn)其穩(wěn)定性。

①列車管壓力以緩慢速度減壓(列車管發(fā)生輕微漏泄)時，工作風(fēng)缸可以通過充氣限孔Ⅰ向列車管逆流，主活塞兩側(cè)形成不了足以使其上移的壓力差。

②主活塞組成與閥體和滑動套之間O形密封圈的靜摩擦力等阻力的作用，也阻礙了主活塞組成上移至制動位。

4.2 初制動位(圖4)

當(dāng)列車管以常用制動速率減壓時，主活塞上方以較快速率減壓，下方工作風(fēng)缸壓力空氣通過充氣限孔Ⅰ向列車管逆流，減壓速率較慢，于是在主活塞兩側(cè)產(chǎn)生了一定的壓力差，促使主活塞組成上移。由于滑動套與主控套間的O形密封圈靜摩擦力大于主活塞桿與滑動套間O形密封圈摩擦力，在制動開始階段，只是主活塞組成上移，而滑動套未動，直到穩(wěn)定桿剛好碰到滑動套瞬間，ZYF三通閥處于初制動位。此時，主活塞桿最上2個外露的O形密封圈切斷工作風(fēng)缸向列車管逆流的通路。

初制動位是ZYF三通閥在從充氣緩解位到制動位瞬間過程，非常短暫，也可以理解為制動的第1階段。

1-列車管；2-工作風(fēng)缸；3-作用風(fēng)缸；4-排大氣。圖4 初制動位

4.3 制動位(圖5)

1-列車管；2-工作風(fēng)缸；3-作用風(fēng)缸；4-排大氣。圖5 制動位

初制動位時，由于工作風(fēng)缸向列車管逆流通路被切斷，列車管繼續(xù)減壓加大了主活塞兩側(cè)的壓差，于是主活塞組成帶動滑動套克服與主控套間的摩擦阻力繼續(xù)上移至上極限位——制動位。此時主控套和滑動套最下一圈徑向孔對齊，形成了工作風(fēng)缸向作用風(fēng)缸充氣通路，作用風(fēng)缸壓力上升，產(chǎn)生制動作用。

工作風(fēng)缸壓力→下蓋安裝面工作風(fēng)缸孔→穩(wěn)定桿軸向孔及徑向孔→滑動套最下一圈徑向孔→主控套最下一圈徑向孔→閥體內(nèi)部暗道→下蓋安裝面作用風(fēng)缸孔→作用風(fēng)缸。

4.4 制動保壓位(圖6)

在制動過程中，當(dāng)列車管停止減壓，初期由于主活塞和滑動套都還在制動位，工作風(fēng)缸仍在向作用風(fēng)缸充氣，主活塞下方工作風(fēng)缸壓力繼續(xù)降低，但上方列車管壓力停止下降，就形成壓差，使主活塞組成下移而滑動套不動，直到主活塞桿與滑動套上端面剛好接觸，主活塞桿最下面2個密封圈切斷了工作風(fēng)缸與作用風(fēng)缸的通路，工作風(fēng)缸停止向作用風(fēng)缸充風(fēng)，工作風(fēng)缸和作用風(fēng)缸壓力保持，主活塞上下壓力平衡，主活塞組成不再移動，此時的ZYF三通閥處于制動保壓位。

1-列車管；2-工作風(fēng)缸；3-作用風(fēng)缸；4-排大氣。圖6 制動保壓位

ZYF三通閥在制動保壓位時，如果列車管繼續(xù)減壓，還可以進入制動位，使作用風(fēng)缸壓力繼續(xù)上升，這就是階段制動特性。

ZYF三通閥在制動保壓位時，如果列車管壓力上升，就會進入緩解位，即使列車管壓力停止上升，ZYF三通閥仍然處于緩解位，作用風(fēng)缸的壓力會直接緩解到零，這就是直接緩解特性。

ZYF三通閥制動緩解曲線見圖7。

圖7 ZYF三通閥制動緩解曲線

5 結(jié)束語

ZYF三通閥是我國首次研制成功并量產(chǎn)的長檢修期制動系統(tǒng)閥類部件，基本結(jié)構(gòu)成熟可靠，總體布局巧妙新穎，是一種全新的設(shè)計。ZYF三通閥已在DK-2機車制動機成功運用，下一步將嘗試在我國動車組制動系統(tǒng)中替代國外產(chǎn)品，打破國外技術(shù)壁壘。