關(guān)于停放制動(dòng)氣路中縮堵的分析

摘 要：停放制動(dòng)在動(dòng)車、機(jī)車、城軌和客車等車型中大量應(yīng)用，停放制動(dòng)氣路中大多有節(jié)流縮堵，縮堵減緩了停放管路氣體流動(dòng)速度，尤其是當(dāng)下游管路漏風(fēng)時(shí)起到避免壓力開(kāi)關(guān)誤報(bào)停放緩解信息及防止車輛帶閘行駛的作用。該文使用Amesim軟件對(duì)停放氣路進(jìn)行仿真建模，從仿真結(jié)果中分析選用合適孔徑的縮堵，既可實(shí)現(xiàn)避免壓力開(kāi)關(guān)誤報(bào)的功能，也可實(shí)現(xiàn)停放缸較快的充風(fēng)和停放快速緩解。

關(guān)鍵詞：停放制動(dòng)；氣路原理；縮堵；停放缸；仿真

中圖分類號(hào)：U279 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）28-0070-04

Abstract： The parking brake is widely used in high-speed trains， locomotives， urban rail vehicles， and passenger trains. Most of the parking brake units are equipped with throttling orifice， which serve to reduce the gas flow speed in the parking pipeline. This is particularly important in order to prevent misreporting of parking relief by the pressure switch， as well as to avoid driving with brake when there is a downstream pipeline air leak. In this paper， Amesim software was utilized for simulating the parked gas circuit. The simulation results indicate that throttling orifice with an appropriate aperture not only prevents false alarms from the pressure switch， but also achieve faster charging of the parking cylinder and rapid parking relief.

Keywords： parking brake; pneumatic scheme; throttling orifice; parking cylinder; simulation

停放制動(dòng)可以保持機(jī)車車輛在線路或庫(kù)內(nèi)停放，通常使用蓄能彈簧的方式產(chǎn)生制動(dòng)力。在停放裝置中，一般有電磁閥、雙向閥、塞門、減壓閥、壓力開(kāi)關(guān)和縮堵等零部件，這些零部件統(tǒng)一集成到閥板上或以管接形式連接到管路中，其中集成式停放裝置中縮堵對(duì)停放功能的實(shí)現(xiàn)有重要的作用，本文就停放氣路中縮堵的作用和規(guī)格選用進(jìn)行分析和研究。

1 初步原理分析

目前停放制動(dòng)裝置主流形式是將各類閥、壓力開(kāi)關(guān)、塞門和各種附件集成到閥塊上，所以指示停放狀態(tài)的壓力開(kāi)關(guān)或者壓力傳感器距離停放缸過(guò)遠(yuǎn)，可能會(huì)造成不能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映停放的施加或緩解，影響司機(jī)對(duì)當(dāng)前車輛的判斷，導(dǎo)致錯(cuò)誤操作車輛，最終造成車輛故障。

圖1是常見(jiàn)的城軌停放制動(dòng)控制裝置的氣路原理圖，在減壓閥（.05）的下游位置往往會(huì)配置節(jié)流縮堵（.06），從氣路方面分析，此處縮堵可減緩充氣速度，但因?yàn)橥７鸥壮錃鈺r(shí)間要求不高，選擇孔徑合適縮堵也能滿足充風(fēng)時(shí)間要求。但是如果在靠近停放缸附近出現(xiàn)快速漏風(fēng)情況時(shí)，停放缸壓力下降，進(jìn)而導(dǎo)致停放施加，縮堵減緩向下游的充風(fēng)速率，壓力開(kāi)關(guān)處壓力不能得到補(bǔ)充，壓力值降低，觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)下限動(dòng)作值，向司機(jī)屏發(fā)送停放制動(dòng)施加狀態(tài)，提醒司機(jī)車輛存在故障并及時(shí)查找處理，避免車輛在停放施加時(shí)行駛。

2 仿真建模

根據(jù)氣路原理分析，影響仿真建模的關(guān)鍵部件是減壓閥、縮堵、壓力開(kāi)關(guān)和管路直徑等，減壓閥[1]、縮堵和停放缸等直接使用Amesim軟件設(shè)計(jì)庫(kù)中子模型，其余部件如停放電磁閥、雙向閥等使用等效管徑代替。而壓力開(kāi)關(guān)在Amesim中現(xiàn)有庫(kù)中沒(méi)有對(duì)應(yīng)元件，需要搭建壓力開(kāi)關(guān)子模型。

圖2是壓力開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖[2]，分析其中活動(dòng)質(zhì)量塊、壓力作用面和彈簧等，選取機(jī)械庫(kù)和氣動(dòng)部件庫(kù)設(shè)計(jì)子模型，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選取參數(shù)，建模結(jié)果如圖3（a）所示，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值輸出高低電平信號(hào)，高低電平的變化代表觸點(diǎn)的切換，如圖3（b）所示，壓力上升到或下降到5 bar時(shí)，反饋信號(hào)的高低電平變化。

為簡(jiǎn)化停放裝置仿真模型，在Amesim將壓力開(kāi)關(guān)模型轉(zhuǎn)變成超級(jí)元件，如圖4所示，保留進(jìn)氣口S和輸出的反饋信號(hào)。

參照氣路原理圖，搭建仿真模型，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定總風(fēng)進(jìn)氣壓力、減壓閥設(shè)定值、管路長(zhǎng)度和管徑，同時(shí)增加下游管路泄露點(diǎn)，使用電磁閥排氣代替，其中模型中2個(gè)單壓力開(kāi)關(guān)等效替換雙壓力開(kāi)關(guān)，如圖5所示。

3 結(jié)果分析

停放制動(dòng)裝置模型分別使用無(wú)縮堵和直徑2.5 mm縮堵建模，其他條件都相同，前25 s模型充風(fēng)，后15 s電磁閥得電動(dòng)作，模擬下游管路漏風(fēng)，仿真結(jié)果曲線如圖6所示，圖中左側(cè)縱坐標(biāo)為停放缸內(nèi)壓力，右側(cè)縱坐標(biāo)為壓力開(kāi)關(guān)高低電平變化。

從圖6中可以明顯看出，有縮堵的模型壓力上升快于無(wú)縮堵模型，充風(fēng)階段觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作（壓力開(kāi)關(guān)反饋信號(hào)電平切換）時(shí)間晚4 s，10 s時(shí)停放缸壓力都已升至5 bar以上，停放制動(dòng)已經(jīng)緩解。當(dāng)下游管路漏風(fēng)時(shí)，有縮堵模型中壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，無(wú)縮堵模型壓力開(kāi)關(guān)處壓力仍在4.8 bar，無(wú)法觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，其中此時(shí)停放缸壓力如圖7所示，壓力不足2 bar，表明已有停放制動(dòng)力，有縮堵模型可以較早觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，防止車輛帶閘行駛。

泄露位置也會(huì)影響壓力開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，設(shè)置距離停放缸1、5和10 m 3組泄露點(diǎn)，建模計(jì)算壓力開(kāi)關(guān)的動(dòng)作情況，具體如圖8所示。

數(shù)據(jù)顯示距離停放缸越近的泄漏點(diǎn)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作點(diǎn)越靠后，所以靠近停放處的泄露更能模擬嚴(yán)苛的環(huán)境條件，以下測(cè)試中都以距離停放缸1m的泄露點(diǎn)進(jìn)行仿真建模。

關(guān)于縮堵孔徑多大適合在制動(dòng)控制裝置中使用，同樣可以建模進(jìn)行仿真對(duì)比，條件仍是前25 s模型充風(fēng)，后15 s電磁閥得電動(dòng)作，模擬下游管路漏風(fēng)。縮堵分別使用孔徑1、2、2.5、3和4 mm，計(jì)算結(jié)果匯總在圖9中。圖9中展示了壓力開(kāi)關(guān)處壓力曲線，其中孔徑1 mm縮堵在25 s時(shí)壓力達(dá)到了2.6 bar，充氣速率偏小?？讖? mm的曲線在下游管路漏風(fēng)時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)處壓力仍高于4 bar，不會(huì)觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

圖10顯示的是停放缸處壓力曲線，10 s時(shí)孔徑2 mm縮堵模型中停放缸壓力還未達(dá)到4 bar，壓力開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，其他孔徑2.5 mm縮堵、孔徑3 mm縮堵、孔徑4 mm縮堵模型中停放缸壓力可以達(dá)到5 bar，此時(shí)這3組試驗(yàn)中壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，顯示屏上顯示停放制動(dòng)得到緩解。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述仿真計(jì)算，有縮堵的停放制動(dòng)裝置對(duì)比無(wú)縮堵的有明顯優(yōu)勢(shì)，發(fā)生泄漏時(shí)可以觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作。另外，不同孔徑的縮堵經(jīng)過(guò)對(duì)比仿真計(jì)算，孔徑2.5 mm和3 mm既能滿足充風(fēng)速率的要求，也可以在下游漏風(fēng)時(shí)觸發(fā)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作，保證行車安全。

通過(guò)仿真試驗(yàn)，可以減小試制和試驗(yàn)成本，避免出現(xiàn)常見(jiàn)經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。同時(shí)仿真可以從零部件、模塊到系統(tǒng)各個(gè)層次進(jìn)行，配置各項(xiàng)不同參數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)最優(yōu)參數(shù)，提高整車制動(dòng)系統(tǒng)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉曉京，李培署，楊樂(lè).停放制動(dòng)減壓閥故障仿真分析與改進(jìn)[J].鐵道車輛，2021，59（3）：78-81.

[2] 劉豪.壓力開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)及其類型[J].企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2011（6）：296.