120型控制閥二局減作用對制動缸壓力影響研究

李巧銀，謝 磊，高 恒

(眉山中車制動科技股份有限公司，四川 眉山 620010)

二壓力制式的120型控制閥(以下簡稱“120閥”)作為車輛制動系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能為根據(jù)列車管的壓力變化自動產(chǎn)生制動、保壓和緩解動作，制動時(shí)根據(jù)列車管減壓量使副風(fēng)缸供給制動缸一定量的壓力空氣，緩解時(shí)則排出制動缸內(nèi)的壓力空氣[1-4]。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中二局減作用使列車管壓力空氣進(jìn)入制動缸，從而造成制動缸壓力的增加[5-6]。為研究二局減作用對制動缸壓力的影響程度，本文進(jìn)行了相關(guān)的理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 理論分析

1.1 控制閥二局減作用原理

120閥一局減開始后，主活塞兩側(cè)壓差進(jìn)一步增大，主活塞桿帶動滑閥開始向上移動，關(guān)閉一局減通路，開通二局減通路，列車管壓力空氣通過二局減閥進(jìn)入制動缸(圖1)；然后再開通副風(fēng)缸到制動缸的通路，副風(fēng)缸壓力空氣開始進(jìn)入制動缸，當(dāng)制動缸壓力達(dá)到二局減關(guān)閉點(diǎn)壓力(50～70 kPa)時(shí)，二局減通路關(guān)閉。在此過程中，制動缸獲得的壓力空氣包括列車管壓力空氣和副風(fēng)缸壓力空氣，因此，二局減過程中列車管輸送給制動缸的壓力空氣影響最終制動缸壓力。

圖1 120閥制動位

1.2 對制動缸壓力計(jì)算公式的補(bǔ)充

在忽略120閥動作過程影響(包括逆流、主活塞移動時(shí)的容積效應(yīng)以及保壓壓差等)時(shí)，進(jìn)入制動缸的壓力空氣量等于副風(fēng)缸排出的壓力空氣量，副風(fēng)缸排出的壓力空氣量由列車管減壓量決定。根據(jù)等溫過程氣體狀態(tài)方程[7-8]，制動缸壓力主要由副風(fēng)缸與制動缸的容積比決定，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：Pc——制動缸壓力，kPa；

r——副風(fēng)缸的減壓量(如再充氣時(shí)間足夠，副風(fēng)缸充滿則等于列車管減壓量)，kPa；

Va——副風(fēng)缸容積；

Vw——制動缸無效容積(包括緩解位制動缸后蓋內(nèi)的容積及制動缸管路容積)；

Vc——制動缸有效容積，即制動缸活塞面積乘以活塞行程。

由式(1)可見，制動缸壓力影響因素包括列車管減壓量、再充氣時(shí)間、副風(fēng)缸容積、制動缸有效容積(活塞行程)和無效容積。但由120閥二局減作用原理分析可知，在制動過程中，制動缸壓力的影響因素還包括列車管通過二局減對制動缸的壓力增量。若考慮上述因素，制動缸壓力計(jì)算公式則可表示為：

(2)

式中：Δj——因二局減作用造成的制動缸壓力增量。

2 試驗(yàn)分析

為排除列車管定壓和減壓量、副風(fēng)缸初始壓力、制動缸活塞行程等因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，本文所有試驗(yàn)在表1條件下進(jìn)行。

2.1 二局減作用對制動缸壓力的影響

為了驗(yàn)證二局減作用對制動缸壓力的影響，在列車管目標(biāo)減壓量為20～55 kPa的情況下，人為關(guān)閉120閥二局減作用，測量列車管實(shí)際減壓量與制動缸壓力分布，結(jié)果如圖2黃點(diǎn)所示，同時(shí)測量了有局減作用時(shí)列車管實(shí)際減壓量與制動缸壓力分布，結(jié)果如圖2藍(lán)點(diǎn)所示。

圖2 無局減作用與有局減作用時(shí)制動缸壓力變化

由圖2可得：

(1) 當(dāng)列車管減壓量小于35 kPa時(shí)，二局減的作用影響較大。其原因是：此時(shí)副風(fēng)缸送入制動缸的空氣量少，制動缸壓力低于局減關(guān)閉點(diǎn)壓力，局減閥仍然開啟，將列車管空氣繼續(xù)送入制動缸，列車管繼續(xù)減壓，直到局減閥關(guān)閉為止。故此時(shí)制動缸壓力約等于局減關(guān)閉點(diǎn)壓力(50～70 kPa)。

(2) 隨著列車管減壓量的增大，二局減作用對制動缸壓力的影響逐漸減小，即減壓量r越大，制動缸壓力增量Δj越小。

(3) 在相同列車管減壓量下，有二局減作用時(shí)的制動缸壓力高于無二局減作用時(shí)的制動缸壓力，且分布范圍明顯大于無二局減作用時(shí)制動缸壓力的分布范圍，說明Δj與局減關(guān)閉點(diǎn)有關(guān)。

上述結(jié)論是在試驗(yàn)室內(nèi)常溫靜止?fàn)顟B(tài)下，嚴(yán)格、準(zhǔn)確控制列車管及副風(fēng)缸充氣壓力、列車管減壓量以及制動缸活塞行程的條件下得出的。

2.2 局減關(guān)閉點(diǎn)對制動缸壓力影響

120閥二局減關(guān)閉點(diǎn)壓力分布于50～70 kPa。為了研究在實(shí)際過程中局減關(guān)閉點(diǎn)所造成的制動缸壓力增量，在列車管減壓量分別為50 kPa、70 kPa時(shí)測量120閥局減關(guān)閉點(diǎn)壓力分別為50 kPa、70 kPa以及二局減作用關(guān)閉時(shí)的制動缸壓力，測量結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同局減關(guān)閉點(diǎn)壓力的制動缸壓力分布

由圖3可得：

相同列車管減壓量下局減關(guān)閉點(diǎn)壓力越高時(shí)，二局減作用造成的制動缸壓力增量越大。局減關(guān)閉點(diǎn)壓力為50 kPa時(shí)，二局減作用對制動缸壓力無明顯影響；局減關(guān)閉點(diǎn)壓力為70 kPa時(shí)，二局減作用造成的制動缸壓力值最大。

為研究在不同條件下二局減作用造成制動缸壓力增量Δj的范圍，對圖3數(shù)據(jù)取平均值，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，局減關(guān)閉點(diǎn)壓力越高，制動缸壓力增量Δj越大。局減關(guān)閉點(diǎn)壓力為50 kPa時(shí)，Δj約為2 kPa；局減關(guān)閉點(diǎn)壓力為70 kPa時(shí)，Δj不超過13 kPa。因此，當(dāng)列車管減壓量大于50 kPa時(shí)，由于二局減作用所造成的制動缸壓力增量Δj的范圍為2～13 kPa。

表2 二局減作用對制動缸壓力的影響 kPa

3 結(jié)論

(1) 當(dāng)列車管減壓量越大時(shí)，二局減作用對制動缸壓力的影響越小。

(2) 在相同列車管減壓量下，局減關(guān)閉點(diǎn)壓力越高，二局減作用對制動缸壓力的影響越大。

(3) 列車管減壓量<35 kPa時(shí)，制動缸壓力約等于局減關(guān)閉點(diǎn)壓力；列車管減壓量大于50 kPa時(shí)，由于二局減作用所造成的制動缸壓力增量Δj的范圍為2～13 kPa。