120型控制阀二局减作用对制动缸压力影响研究

李巧银，谢 磊，高 恒

(眉山中车制动科技股份有限公司，四川 眉山 620010)

二压力制式的120型控制阀(以下简称“120阀”)作为车辆制动系统的重要组成部分，主要功能为根据列车管的压力变化自动产生制动、保压和缓解动作，制动时根据列车管减压量使副风缸供给制动缸一定量的压力空气，缓解时则排出制动缸内的压力空气[1-4]。然而，在实际运行过程中二局减作用使列车管压力空气进入制动缸，从而造成制动缸压力的增加[5-6]。为研究二局减作用对制动缸压力的影响程度，本文进行了相关的理论分析与试验验证。

1 理论分析

1.1 控制阀二局减作用原理

120阀一局减开始后，主活塞两侧压差进一步增大，主活塞杆带动滑阀开始向上移动，关闭一局减通路，开通二局减通路，列车管压力空气通过二局减阀进入制动缸(图1)；然后再开通副风缸到制动缸的通路，副风缸压力空气开始进入制动缸，当制动缸压力达到二局减关闭点压力(50～70 kPa)时，二局减通路关闭。在此过程中，制动缸获得的压力空气包括列车管压力空气和副风缸压力空气，因此，二局减过程中列车管输送给制动缸的压力空气影响最终制动缸压力。

图1 120阀制动位

1.2 对制动缸压力计算公式的补充

在忽略120阀动作过程影响(包括逆流、主活塞移动时的容积效应以及保压压差等)时，进入制动缸的压力空气量等于副风缸排出的压力空气量，副风缸排出的压力空气量由列车管减压量决定。根据等温过程气体状态方程[7-8]，制动缸压力主要由副风缸与制动缸的容积比决定，其计算公式为：

(1)

式中：Pc——制动缸压力，kPa；

r——副风缸的减压量(如再充气时间足够，副风缸充满则等于列车管减压量)，kPa；

Va——副风缸容积；

Vw——制动缸无效容积(包括缓解位制动缸后盖内的容积及制动缸管路容积)；

Vc——制动缸有效容积，即制动缸活塞面积乘以活塞行程。

由式(1)可见，制动缸压力影响因素包括列车管减压量、再充气时间、副风缸容积、制动缸有效容积(活塞行程)和无效容积。但由120阀二局减作用原理分析可知，在制动过程中，制动缸压力的影响因素还包括列车管通过二局减对制动缸的压力增量。若考虑上述因素，制动缸压力计算公式则可表示为：

(2)

式中：Δj——因二局减作用造成的制动缸压力增量。

2 试验分析

为排除列车管定压和减压量、副风缸初始压力、制动缸活塞行程等因素对试验结果的影响，本文所有试验在表1条件下进行。

2.1 二局减作用对制动缸压力的影响

为了验证二局减作用对制动缸压力的影响，在列车管目标减压量为20～55 kPa的情况下，人为关闭120阀二局减作用，测量列车管实际减压量与制动缸压力分布，结果如图2黄点所示，同时测量了有局减作用时列车管实际减压量与制动缸压力分布，结果如图2蓝点所示。

图2 无局减作用与有局减作用时制动缸压力变化

由图2可得：

(1) 当列车管减压量小于35 kPa时，二局减的作用影响较大。其原因是：此时副风缸送入制动缸的空气量少，制动缸压力低于局减关闭点压力，局减阀仍然开启，将列车管空气继续送入制动缸，列车管继续减压，直到局减阀关闭为止。故此时制动缸压力约等于局减关闭点压力(50～70 kPa)。

(2) 随着列车管减压量的增大，二局减作用对制动缸压力的影响逐渐减小，即减压量r越大，制动缸压力增量Δj越小。

(3) 在相同列车管减压量下，有二局减作用时的制动缸压力高于无二局减作用时的制动缸压力，且分布范围明显大于无二局减作用时制动缸压力的分布范围，说明Δj与局减关闭点有关。

上述结论是在试验室内常温静止状态下，严格、准确控制列车管及副风缸充气压力、列车管减压量以及制动缸活塞行程的条件下得出的。

2.2 局减关闭点对制动缸压力影响

120阀二局减关闭点压力分布于50～70 kPa。为了研究在实际过程中局减关闭点所造成的制动缸压力增量，在列车管减压量分别为50 kPa、70 kPa时测量120阀局减关闭点压力分别为50 kPa、70 kPa以及二局减作用关闭时的制动缸压力，测量结果如图3所示。

图3 不同局减关闭点压力的制动缸压力分布

由图3可得：

相同列车管减压量下局减关闭点压力越高时，二局减作用造成的制动缸压力增量越大。局减关闭点压力为50 kPa时，二局减作用对制动缸压力无明显影响；局减关闭点压力为70 kPa时，二局减作用造成的制动缸压力值最大。

为研究在不同条件下二局减作用造成制动缸压力增量Δj的范围，对图3数据取平均值，计算结果如表2所示。

由表2可以看出，局减关闭点压力越高，制动缸压力增量Δj越大。局减关闭点压力为50 kPa时，Δj约为2 kPa；局减关闭点压力为70 kPa时，Δj不超过13 kPa。因此，当列车管减压量大于50 kPa时，由于二局减作用所造成的制动缸压力增量Δj的范围为2～13 kPa。

表2 二局减作用对制动缸压力的影响 kPa

3 结论

(1) 当列车管减压量越大时，二局减作用对制动缸压力的影响越小。

(2) 在相同列车管减压量下，局减关闭点压力越高，二局减作用对制动缸压力的影响越大。

(3) 列车管减压量<35 kPa时，制动缸压力约等于局减关闭点压力；列车管减压量大于50 kPa时，由于二局减作用所造成的制动缸压力增量Δj的范围为2～13 kPa。