104L型空氣分配閥的研制

田 宇,朱迎春,池 海,安 鴻,劉保華,吳正雨

(1.眉山中車(chē)制動(dòng)科技股份有限公司,四川 眉山 620010;2.北京縱橫機(jī)電科技有限公司,北京 100094)

目前,我國(guó)鐵路客車(chē)主型分配閥為二壓力制式的104型空氣分配閥(以下稱104閥),裝車(chē)比例約80%。104閥作用部采用滑閥結(jié)構(gòu),滑閥結(jié)構(gòu)需要研磨,但研磨質(zhì)量不易控制,容易導(dǎo)致漏風(fēng)現(xiàn)象,發(fā)生自然緩解,影響104閥性能穩(wěn)定性,縮短其檢修周期及使用壽命。

104閥檢修周期為A1修,采用滑閥副主動(dòng)潤(rùn)滑技術(shù)的主動(dòng)潤(rùn)滑104閥檢修周期可延長(zhǎng)到A2修。由于滑閥副運(yùn)動(dòng)屬于金屬摩擦運(yùn)動(dòng),長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)摩擦后不可避免地會(huì)造成金屬面劃傷,要進(jìn)一步延長(zhǎng)104閥檢修周期已很困難。根據(jù)中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題——客車(chē)新型制動(dòng)閥技術(shù)研究(N2018J023)合同要求,需研制新型客車(chē)制動(dòng)閥以滿足旅客列車(chē)運(yùn)行速度等級(jí)提升及安全性提高的要求,新型客車(chē)制動(dòng)閥即為104L型空氣分配閥(以下稱104L閥)。

1 研制的目標(biāo)

104L閥需滿足以下要求:(1)適應(yīng)我國(guó)鐵路客車(chē)運(yùn)用環(huán)境,符合司機(jī)操作習(xí)慣;(2)采用柱塞結(jié)構(gòu)代替滑閥密封副;(3)安裝接口與現(xiàn)有104閥一致,性能與現(xiàn)有104閥一致,可以與現(xiàn)有104閥混編運(yùn)用;(4)適應(yīng)現(xiàn)有104型集成電空制動(dòng)機(jī)安裝要求;(5)適應(yīng)環(huán)境溫度±50 ℃及其他現(xiàn)有的運(yùn)用環(huán)境;(6)預(yù)計(jì)檢修周期達(dá)到A3修(120萬(wàn)km)。

2 主要研究?jī)?nèi)容

104L閥是在104閥的基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)的,大量借鑒了現(xiàn)有的成熟結(jié)構(gòu)。104L閥包括鋁合金主閥、鋁合金緊急閥、中間體等部件(圖1)。

圖1 104L閥結(jié)構(gòu)圖

2.1 主閥結(jié)構(gòu)

104L閥與104閥的最大區(qū)別在作用部。104L閥主控機(jī)構(gòu)(作用部)采用全新的柱塞結(jié)構(gòu)(圖2)取代原104閥的滑閥結(jié)構(gòu)(圖3),通過(guò)主活塞上下動(dòng)作帶動(dòng)各止閥的開(kāi)關(guān),實(shí)現(xiàn)原滑閥副移動(dòng)所產(chǎn)生的各作用。104L閥作用性能完全由加工手段和精度控制,徹底摒棄了憑個(gè)人技藝進(jìn)行滑閥研磨生產(chǎn)的情況,解決了滑閥副間漏泄這一慣性質(zhì)量問(wèn)題。

圖2 104L閥作用部

圖3 104閥作用部

2.2 夾布橡膠膜板

為了滿足橡膠膜板檢修周期為A3修的運(yùn)用要求,104L閥采用夾布橡膠膜板,以提高橡膠膜板的強(qiáng)度,延長(zhǎng)其使用壽命。

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

104L閥采用了無(wú)滑閥結(jié)構(gòu),主膜板采用接近平面的漸梯形結(jié)構(gòu)(圖4),夾布工藝簡(jiǎn)單,有利于質(zhì)量控制。此外,由于夾布橡膠膜板與閥體不接觸,可解決主膜板長(zhǎng)期與閥體相互接觸、摩擦產(chǎn)生的變形與破損問(wèn)題。

圖4 104L閥漸梯形結(jié)構(gòu)膜板

2.2.2 工藝驗(yàn)證

夾布橡膠膜板采用漸梯形結(jié)構(gòu),由于有一定的斜度,深度不深,成型時(shí)夾布變形不大,不容易打折,合格率較高;由于增加了纖維布的骨架材料,強(qiáng)度大大提高,疲勞壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有純膠膜板的壽命。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,夾布橡膠膜板低溫性能良好,能達(dá)到分配閥的靈敏度要求。

2.3 采用鋁合金鑄造技術(shù)

104L閥鋁合金主閥安裝接口與104閥主閥一致;104L閥鋁合金緊急閥是在104閥緊急閥基礎(chǔ)上,把現(xiàn)有的鑄鐵緊急閥體、緊急閥蓋、放風(fēng)閥蓋改為鋁合金材質(zhì)。

2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用重力鑄造結(jié)構(gòu),閥蓋無(wú)工藝堵,杜絕了由于工藝堵密封不嚴(yán)造成漏泄的可能(圖5)。

圖5 閥蓋、閥體重力鑄造結(jié)構(gòu)

2.3.2 耐腐蝕性高

104閥可能會(huì)因?yàn)殚y體自身銹蝕造成內(nèi)部清潔度不良。而104L閥的閥體、閥蓋等部件均采用鋁合金鑄造,提高了鑄件表面鑄造精度,減少了鑄件內(nèi)部腔室?jiàn)A砂等缺陷,經(jīng)過(guò)表面處理后提高了鑄件的耐腐蝕性。鹽霧試驗(yàn)也表明,同等條件下,ZL111鋁合金的無(wú)銹蝕時(shí)間是鑄鐵的20倍以上。

2.3.3 質(zhì)量輕

由于采用鋁合金材料,也大大減輕了閥體質(zhì)量,104L閥與104閥相比,其中主閥減輕了7.8 kg(約36.3%),緊急閥減輕了2.5 kg(約55.6%)。質(zhì)量的減輕,一方面可降低生產(chǎn)人員及各站段檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,另一方面也減輕了車(chē)輛的自重,符合鐵道車(chē)輛輕量化的要求。

3 整機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)試制的104L閥樣機(jī)進(jìn)行了單閥試驗(yàn)、單車(chē)試驗(yàn)、列車(chē)試驗(yàn)、耐久試驗(yàn)、振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、電空試驗(yàn)等各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 單閥試驗(yàn)

104L閥樣機(jī)在705型試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了單閥的性能試驗(yàn),初充氣和充氣位漏泄試驗(yàn),緊急制動(dòng)位漏泄試驗(yàn),制動(dòng)和緩解靈敏度、穩(wěn)定性、全緩解、均衡靈敏度試驗(yàn)等,試驗(yàn)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 單車(chē)試驗(yàn)

按照TB/T 1492—2017《鐵道車(chē)輛制動(dòng)機(jī)單車(chē)試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn),采用單車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在單車(chē)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)104L閥樣機(jī)進(jìn)行了初充氣、不同減壓量的制動(dòng)緩解動(dòng)作點(diǎn)與性能的測(cè)試(圖6、圖7),結(jié)果表明,104L閥單車(chē)性能和動(dòng)作點(diǎn)與104閥一致。104L閥與104閥基本性能和動(dòng)作點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1、表2。

表1 104L閥與104閥的基本性能對(duì)比(定壓600 kPa)

表2 104L閥和104閥動(dòng)作點(diǎn)分析對(duì)比(定壓600 kPa)

圖6 單閥試驗(yàn)

圖7 單車(chē)試驗(yàn)

對(duì)比表1、表2數(shù)據(jù)可知,104L閥與104閥性能參數(shù)基本一致,可以滿足與104閥進(jìn)行混編的需要。

3.3 列車(chē)試驗(yàn)

對(duì)104L閥樣機(jī)進(jìn)行了20輛專列試驗(yàn)(圖8)及104L閥分別與104閥、F8閥的混編試驗(yàn)。結(jié)果表明,104L閥制動(dòng)、緩解動(dòng)作正常,常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)波速比104閥略高,緩解波速與104閥一致;混編試驗(yàn)時(shí)各閥制動(dòng)、緩解動(dòng)作正常。

圖8 列車(chē)試驗(yàn)

3.4 耐久試驗(yàn)

為考驗(yàn)104L閥的使用壽命與作用可靠性,在30萬(wàn)次循環(huán)耐久試驗(yàn)(圖9)后進(jìn)行了單車(chē)試驗(yàn)。結(jié)果表明,104L閥作用性能良好,分解后發(fā)現(xiàn)各膜板、夾心閥、O形圈等橡膠件無(wú)破損、開(kāi)裂等現(xiàn)象,彈簧無(wú)破損、變形等現(xiàn)象,各金屬運(yùn)動(dòng)副之間有明顯的均勻摩擦痕,各限孔無(wú)堵塞現(xiàn)象。

圖9 耐久試驗(yàn)

104L閥經(jīng)過(guò)30萬(wàn)次循環(huán)耐久試驗(yàn)后,整機(jī)性能試驗(yàn)符合TB/T 1492—2017要求,各零部件狀態(tài)良好,能夠保證正常的運(yùn)行要求,可以滿足檢修周期為A3修(120萬(wàn)km)的需求。

3.5 振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)

試驗(yàn)樣機(jī)在電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上按照GB/T 21563—2018《軌道交通 機(jī)車(chē)車(chē)輛設(shè)備 沖擊和振動(dòng)試驗(yàn)》中1類(lèi)B級(jí)功能性隨機(jī)振動(dòng)要求和沖擊試驗(yàn)要求進(jìn)行了振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)(圖10),樣機(jī)在振動(dòng)時(shí)及沖擊后又分別進(jìn)行了單車(chē)性能試驗(yàn),結(jié)果均符合TB/T 1492—2017要求。

圖10 振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)

3.6 低溫試驗(yàn)

為考驗(yàn)104L閥低溫環(huán)境下的作用性能,對(duì)3套樣機(jī)進(jìn)行了-50 ℃、48 h低溫性能試驗(yàn)(圖11)。試驗(yàn)結(jié)果符合Q/CR 614—2017《鐵道客車(chē)104型空氣分配閥技術(shù)條件》中低溫試驗(yàn)要求。

圖11 低溫試驗(yàn)

3.7 電空試驗(yàn)

104L閥裝在104型集成電空制動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了電空試驗(yàn)(圖12),試驗(yàn)結(jié)果滿足Q/CR 521—2016《鐵道客車(chē) 104 型集成電空制動(dòng)裝置技術(shù)條件》中104型集成電空制動(dòng)功能試驗(yàn)的要求。

圖12 電空試驗(yàn)

4 結(jié)論

104L閥大量借鑒成熟結(jié)構(gòu),采用了無(wú)滑閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及新型夾布橡膠膜板、鋁合金鑄件等新技術(shù)。各項(xiàng)試驗(yàn)表明,104L閥達(dá)到了保持104閥作用性能、提高可靠性、檢修周期達(dá)到A3修(120萬(wàn)km)、適應(yīng)各型車(chē)輛安裝要求的設(shè)計(jì)目標(biāo),能夠適應(yīng)我國(guó)鐵路客車(chē)運(yùn)用環(huán)境,符合司機(jī)操作習(xí)慣,滿足鐵路客車(chē)電空制動(dòng)對(duì)分配閥的要求。