120型控制閥二局減作用對(duì)制動(dòng)缸壓力影響研究

李巧銀，謝 磊，高 恒

(眉山中車制動(dòng)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(jiǎn)稱“120閥”)作為車輛制動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生制動(dòng)、保壓和緩解動(dòng)作，制動(dòng)時(shí)根據(jù)列車管減壓量使副風(fēng)缸供給制動(dòng)缸一定量的壓力空氣，緩解時(shí)則排出制動(dòng)缸內(nèi)的壓力空氣[1-4]。然而，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中二局減作用使列車管壓力空氣進(jìn)入制動(dòng)缸，從而造成制動(dòng)缸壓力的增加[5-6]。為研究二局減作用對(duì)制動(dòng)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(dòng)滑閥開始向上移動(dòng)，關(guān)閉一局減通路，開通二局減通路，列車管壓力空氣通過(guò)二局減閥進(jìn)入制動(dòng)缸(圖1)；然后再開通副風(fēng)缸到制動(dòng)缸的通路，副風(fēng)缸壓力空氣開始進(jìn)入制動(dòng)缸，當(dāng)制動(dòng)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(guò)程中，制動(dòng)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(guò)程中列車管輸送給制動(dòng)缸的壓力空氣影響最終制動(dòng)缸壓力。

圖1 120閥制動(dòng)位

1.2 對(duì)制動(dòng)缸壓力計(jì)算公式的補(bǔ)充

在忽略120閥動(dòng)作過(guò)程影響(包括逆流、主活塞移動(dòng)時(shí)的容積效應(yīng)以及保壓壓差等)時(shí)，進(jìn)入制動(dòng)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(guò)程氣體狀態(tài)方程[7-8]，制動(dòng)缸壓力主要由副風(fēng)缸與制動(dòng)缸的容積比決定，其計(jì)算公式為：

(1)

式中：Pc——制動(dòng)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(dòng)缸無(wú)效容積(包括緩解位制動(dòng)缸后蓋內(nèi)的容積及制動(dòng)缸管路容積)；

Vc——制動(dòng)缸有效容積，即制動(dòng)缸活塞面積乘以活塞行程。

由式(1)可見，制動(dòng)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(dòng)缸有效容積(活塞行程)和無(wú)效容積。但由120閥二局減作用原理分析可知，在制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)缸壓力的影響因素還包括列車管通過(guò)二局減對(duì)制動(dòng)缸的壓力增量。若考慮上述因素，制動(dòng)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(dòng)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?jí)毫Α⒅苿?dòng)缸活塞行程等因素對(duì)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(duì)制動(dòng)缸壓力的影響

為了驗(yàn)證二局減作用對(duì)制動(dòng)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(cè)量列車管實(shí)際減壓量與制動(dòng)缸壓力分布，結(jié)果如圖2黃點(diǎn)所示，同時(shí)測(cè)量了有局減作用時(shí)列車管實(shí)際減壓量與制動(dòng)缸壓力分布，結(jié)果如圖2藍(lán)點(diǎn)所示。

圖2 無(wú)局減作用與有局減作用時(shí)制動(dòng)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(dòng)缸的空氣量少，制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)制動(dòng)缸壓力的影響逐漸減小，即減壓量r越大，制動(dòng)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(dòng)缸壓力高于無(wú)二局減作用時(shí)的制動(dòng)缸壓力，且分布范圍明顯大于無(wú)二局減作用時(shí)制動(dòng)缸壓力的分布范圍，說(shuō)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(dòng)缸活塞行程的條件下得出的。

2.2 局減關(guān)閉點(diǎn)對(duì)制動(dòng)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(guò)程中局減關(guān)閉點(diǎn)所造成的制動(dòng)缸壓力增量，在列車管減壓量分別為50 kPa、70 kPa時(shí)測(cè)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(dòng)缸壓力，測(cè)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(dòng)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(dòng)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(duì)制動(dòng)缸壓力無(wú)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(dòng)缸壓力值最大。

為研究在不同條件下二局減作用造成制動(dòng)缸壓力增量Δj的范圍，對(duì)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(dòng)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(guò)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(dòng)缸壓力增量Δj的范圍為2～13 kPa。

表2 二局減作用對(duì)制動(dòng)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(duì)制動(dòng)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(duì)制動(dòng)缸壓力的影響越大。

(3) 列車管減壓量<35 kPa時(shí)，制動(dòng)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(dòng)缸壓力增量Δj的范圍為2～13 kPa。