ZYF三通阀简介

2019-03-18申燕飞刘文军刘亚梅

铁道机车车辆 2019年1期

朱宇，申燕飞，刘文军，刘亚梅，杜霞

(眉山中车制动科技股份有限公司，四川眉山 620010)

在列车制动领域，三通阀也叫分配阀，它的主要功能是根据列车管减压量自动控制列车中各机车车辆制动缸的压力，是列车自动制动系统的核心部件。2003年我国引进了德国CCBⅡ微机控制机车制动机，其上搭载DBTV三通阀可靠性高，检修期为6年。2010年中车株洲电力机车有限公司研制完成了具有自主知识产权的DK-2型机车制动机，也实现了微机控制，但其上搭载的109H分配阀，检修期仅为1年，与DBTV三通阀6年检修期相比有较大差距，是DK-2机车制动机的一大短板。

109H分配阀是一种金属滑阀结构分配阀，靠精密研磨的金属平面之间的油膜密封，但这层油膜在滑阀相对运动过程中容易随压力空气流失，使滑阀密封性能失效。另外，109H分配阀的主膜板结构存在设计缺陷，在运用过程中，容易破损。因此，109H分配阀每使用一年，必须加注润滑油，更换主膜板，以保证其性能。

2015年眉山中车制动科技股份有限公司研制完成了具有自主知识产权的长检修期三通阀，型号为ZYF。该三通阀全部采用成熟可靠的O形密封圈柱塞结构，在轴向和径向多层次布局，代替滑阀和主膜板，实现了二压力制动机的基本功能，相关型式试验表明该阀功能适用，性能可靠，可以适应6年检修期要求。2015年首批ZYF三通阀试装车，到目前为止，在未检修的情况下连续使用3年，状态正常。2017年ZYF三通阀开始量产，在新造的DK-2制动机正式装车，弥补了DK-2制动机的短板，使我国机车制动机整体技术指标达到了世界先进水平。

1 ZYF三通阀技术参数

1.1 应用环境

环境温度：-40℃ ～ +70℃。

振动和冲击：GB/T 21563-2008中I类的规定。

工作介质：压缩空气，其质量应符合ISO 8573-1-2001中规定的固体颗粒3级、湿度等级2级、含油量3级的要求。

防护等级：IP54。

1.2 性能参数

适用于列车管定压500 kPa和600 kPa。当列车管定压600 kPa，与11 dm3工作风缸和3.8 dm3作用风缸匹配时，技术参数如下：

(1)充气性能：工作风缸由0上升至500 kPa的时间小于70 s。

(2)稳定性：在缓解状态下，列车管以小于40 kPa/min速率减压，不发生制动作用。

(3)制动性能：列车管以10～40 kPa/s速率从定压开始减压，在减压35 kPa之前能起制动作用，作用风缸压力为80～130 kPa。具有阶段制动功能，响应灵敏度10 kPa，见图1。快速制动时，作用风缸压力由0上升至400 kPa的时间为3～6 s。

缓解性能：在制动保压状态下，只要列车管压力上升大于工作风缸5～15 kPa时，作用风缸能直接缓解到零。作用风缸压力由400 kPa下降至40 kPa的时间为4～7 s。

2 ZYF三通阀安装接口

为了便于替代进口产品，ZYF三通阀的安装接口与动车组上引进德国克诺尔公司制动系统中搭载的FE115型三通阀完全一致，可直接替换。ZYF三通阀为平面安装，预留3个M8安装螺钉孔，有一个防错装的定位销，外接列车管、工作风缸和作用风缸，见图1。

3 ZYF三通阀结构组成

ZYF三通阀全部为O形密封圈柱塞结构。下盖、阀体、主控套和上盖与相应的O形密封圈和螺钉等组合成相对固定的阀体组成。主活塞、主活塞杆和稳定杆与相应的O形密封圈和螺母等组合成相对固定的主活塞组成。滑动套上套装有相应的O形密封圈。这3个组成可以相对运动，从径向看，主活塞杆和滑动套、滑动套和主控套之间有2层O形密封圈，从轴向看，主活塞杆上4个O形密封圈控制滑动套上2条气路通断，滑动套上5个O形密封圈控制主控套上3 条气路通断，主活塞组成和滑动套可在轴向相对移动一定距离，形成三通阀的不同作用位，见图2。

图1 ZYF三通阀接口图

1-下盖；2-阀体；3-主控套；4-上盖；5-主活塞；6-主活塞杆；7-稳定杆；8-滑动套。图2 ZYF三通阀结构图

4 ZYF三通阀工作原理

ZYF三通阀是一种二压力机构的自动制动机，具有阶段制动、直接缓解的特性。主活塞上方通列车管，下方与工作风缸连通，列车管和工作风缸两种压力控制主活塞组成沿轴向移动，同时，带动滑动套沿轴向移动，形成了不同作用位置，这就是二压力机构。ZYF三通阀有充气缓解、初制动、制动和保压4个作用位置，实现机车或车辆的缓解、制动和保压功能。

4.1 充气缓解位(图3)

当列车管充气压力上升时，压力空气经安装面列车管孔以及阀体组成内部暗道，首先进入主活塞上方，将主活塞组成推到下极限位，主活塞杆推动滑动套一起下移到下极限位，使ZYF三通阀处于充气缓解位。

1-列车管；2-工作风缸；3-作用风缸；4-排大气。图3 充气缓解位

(1)列车管给工作风缸充风

列车管压力空气经安装面列车管孔→阀体组成内部暗道→主控套充气限孔Ⅰ→滑动套径向孔→主活塞杆轴向孔向下→稳定弹簧座→下盖安装面工作风缸孔→工作风缸。

还有一路经主活塞杆轴向孔向上→主活塞下方。

(2)作用风缸排气缓解

当列车管减压制动后再充气缓解时，此时作用风缸有压力空气，作用风缸排气缓解。通路如下：

作用风缸→下盖安装面作用风缸孔→阀体组成内部暗道→主控套最下一圈径向孔→滑动套联络环槽→主控套中间一圈径向孔→阀体排气口→大气。

(3)稳定性

为了使三通阀在列车管发生轻微漏泄时，仍稳定在缓解位，不引起意外制动，三通阀在设计上，从下列两个措施来实现其稳定性。

①列车管压力以缓慢速度减压(列车管发生轻微漏泄)时，工作风缸可以通过充气限孔Ⅰ向列车管逆流，主活塞两侧形成不了足以使其上移的压力差。

②主活塞组成与阀体和滑动套之间O形密封圈的静摩擦力等阻力的作用，也阻碍了主活塞组成上移至制动位。

4.2 初制动位(图4)

当列车管以常用制动速率减压时，主活塞上方以较快速率减压，下方工作风缸压力空气通过充气限孔Ⅰ向列车管逆流，减压速率较慢，于是在主活塞两侧产生了一定的压力差，促使主活塞组成上移。由于滑动套与主控套间的O形密封圈静摩擦力大于主活塞杆与滑动套间O形密封圈摩擦力，在制动开始阶段，只是主活塞组成上移，而滑动套未动，直到稳定杆刚好碰到滑动套瞬间，ZYF三通阀处于初制动位。此时，主活塞杆最上2个外露的O形密封圈切断工作风缸向列车管逆流的通路。

初制动位是ZYF三通阀在从充气缓解位到制动位瞬间过程，非常短暂，也可以理解为制动的第1阶段。

1-列车管；2-工作风缸；3-作用风缸；4-排大气。图4 初制动位

4.3 制动位(图5)

1-列车管；2-工作风缸；3-作用风缸；4-排大气。图5 制动位

初制动位时，由于工作风缸向列车管逆流通路被切断，列车管继续减压加大了主活塞两侧的压差，于是主活塞组成带动滑动套克服与主控套间的摩擦阻力继续上移至上极限位——制动位。此时主控套和滑动套最下一圈径向孔对齐，形成了工作风缸向作用风缸充气通路，作用风缸压力上升，产生制动作用。

工作风缸压力→下盖安装面工作风缸孔→稳定杆轴向孔及径向孔→滑动套最下一圈径向孔→主控套最下一圈径向孔→阀体内部暗道→下盖安装面作用风缸孔→作用风缸。

4.4 制动保压位(图6)

在制动过程中，当列车管停止减压，初期由于主活塞和滑动套都还在制动位，工作风缸仍在向作用风缸充气，主活塞下方工作风缸压力继续降低，但上方列车管压力停止下降，就形成压差，使主活塞组成下移而滑动套不动，直到主活塞杆与滑动套上端面刚好接触，主活塞杆最下面2个密封圈切断了工作风缸与作用风缸的通路，工作风缸停止向作用风缸充风，工作风缸和作用风缸压力保持，主活塞上下压力平衡，主活塞组成不再移动，此时的ZYF三通阀处于制动保压位。