铁路加速制动阀相关问题研究

王璐

摘要：介绍了铁路货车常用加速制动阀的设计原则、样机结构及工作原理。

关键词：加速制动阀；设计；结构；原理

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1671-864X（2016）03-0165-01

一、研制背景

铁路货车正向提速、重载方向发展，对货车车辆的制动系统提出了更高的要求。目前，我国货车车辆主型制动机是120型空气制动机，其核心部件是120型空气控制阀（以下简称120阀）。在120阀设计之初，由于当时列车编组为5000～6000吨，车速较低，因此120阀并未设计常用加速制动功能。随着我国铁路的飞速发展，120阀的常用制动波速已不能满足长大重载列车的需要。为此，研制常用加速制动阀，在120阀常用制动时对列车管进行局部减压，使列车常用制动时间缩短，从而实现缩短制动距离、快速停车的目的。

二、设计原则

加速制动阀设计所要达到的性能是：在120阀常用制动时，能够实现对列车管的局减，并在减压结束后及时关闭；不影响120阀的作用过程。

为验证加速制动阀性能，我们设计了试验样机。样机的主要目的是调试并确定设计参数，如缩孔大小、腔室容积等，并能在样机上实现所要达到对列车管局减及局减后及时关闭的目的。为此，设计时遵循缩孔大小可调，腔室容积可调，腔室压力可测的原则，设计出加速制动阀样机图样。

三、样机结构

加速制动阀样机由上盖、加速制动阀套组成、加速制动阀簧、膜板活塞组成、中间体组成、夹心膜板（下膜板）、复位弹簧、下盖、调容活塞等组成。为便于介绍，按压力空气的流向，将加速制动阀体内分成6个腔室。

（一）阀体分为上盖、中间体、下盖三部分，由三条螺钉固定联接。

（二）上盖体有两个接口和一个排气口，Rc1/2接口接列车管，Rc1/8接口可接传感器测量列车管压力空气压强，排气口将局减的压力空气排向大气，排气口通上膜板下腔通路中设有缩堵Ⅲ。上盖体内装有加速制动阀套组成，阀套内有夹心阀，起到开启或关闭对列车管排气的作用。在列车管接口和夹心阀之间设有一缩孔，用以控制局减时压力空气的排量。当加速制动阀与列车管相接时，列车管压力空气一部分经缩孔至夹心阀上部，另一部分经体内通道进入中间体。

（三）中间体组成由中间体、上阀套、下阀套构成，上阀套和下阀套压装于中间体内，下阀套中有一缩堵Ⅱ，上下阀套之间形成一空腔（即腔室5）。进入中间体的压力空气经中间体的一个上下贯通孔进入下盖体上部（即腔室2），此条通路为气路Ⅰ。中间体与上膜板、下膜板之间形成三个腔室（即腔室4、腔室5、腔室6），设有三个Rc1/8接口接传感器测量各腔室内压力空气压强。

图1 加速制动阀样机爆炸图

1.上盖；2.加速制动阀套组成；3.挡圈；4.加速制动阀簧；5.膜板活塞组成；6.上阀套；7.中间体；8.下阀套；9.夹心膜板（下膜板）；10.复位弹簧；11.下盖；12.调容活塞

加速制动阀样机结构

1.上盖；2.加速制动阀套；3.O型密封圈；4.夹心阀；5.夹心阀簧；6.缩堵Ⅲ；7.顶杆；8.加速制动阀簧；9.S型橡胶膜板（上膜板）；10.上阀套；11.中间体；12.缩堵Ⅱ；

13.下阀套；14.夹心膜板（下膜板）；15.复位弹簧；16.缩堵Ⅰ；17.下盖；18.调容活塞； 19.O型密封圈

（4）上盖与中间体之间由上膜板密封。此膜板上下各有一活塞，紧固螺钉将上活塞、上膜板及下活塞连接形成膜板活塞。紧固螺钉上端的小孔内装有一顶杆，此顶杆经加速制动阀套中部轴向孔，可在上下移动时顶开或关闭夹心阀。膜板活塞上方有加速制动阀簧，在弹簧装配压力作用下，会将膜板活塞向下紧压于中间体上阀套阀口处，形成上阀口。上阀套与膜板活塞之间形成空腔（即腔室6）。

（5）下盖部分由下盖、缩堵Ⅰ、调容活塞、挡板等组成。缩堵联通气路Ⅰ与下盖腔室，调容活塞可调节腔室容积。

（6）中间体与下盖之间有一夹心膜板密封。夹心膜板下方有一复位弹簧，在弹簧装配压力作用下，夹心膜板紧压于中间体下阀套阀口处，形成下阀口。下盖体内有两条通路，一路与中间体上下贯通孔及上盖体内通路形成气路Ⅰ，另一路从下盖腔室进入夹心膜板与下阀套阀口形成的空腔内（即腔室4），形成气路Ⅱ。下盖内的缩堵Ⅰ即是气路Ⅰ与气路Ⅱ之间的限制孔。

（7）当加速制动阀与列车管相接时，列车管压力空气一部分经上盖缩孔至夹心阀上部，另一部分经气路Ⅰ到达腔室2，经缩堵Ⅰ进入腔室3后，再经气路Ⅱ进入腔室4，从而为制动局减做好准备。

四、工作原理

夹心阀的打开与关闭，控制着加速制动阀对列车管的局减。

（一）打开过程：腔室1接口接列车支管。在缓解状态下，腔室1、2、3、4内的压强均与列车管压强相等，6腔、7腔通大气。常用制动时，列车管开始减压，2腔压力空气通过气路Ⅰ流向1腔，3腔与4腔压力空气受缩堵Ⅰ限制下降较慢，这样压力空气在下膜板的上下侧形成压差。当上下压差达到一定值时，作用在下膜板有效作用面积上的压力空气克服复位弹簧的装配压力和下侧空气向上压力，打开下阀口通往5腔的通路。此路气体首先作用在上阀口面积上，因该腔容积较小，压强升高较快，克服制动阀簧压力推动膜板向上移动，打开上阀口。上阀口打开后，5腔压力空气快速流向6腔，压强降低，但作用面积随之变大。通过计算腔室容积，可以保证上阀口打开。因缩堵Ⅲ直径小于缩堵Ⅱ直径，5腔、6腔压强在下阀口未关闭前持续增大，推动上膜板带动顶杆上移，将夹心阀顶开，从而打开了列车管与7腔的通路，列车管局减压力空气经排气口排出。此过程为制动阀打开的过程。

（二）关闭过程：下阀口打开后，3腔与4腔内的压力空气涌向上腔，压强迅速降低，当4腔压力降至不能克服复位弹簧装配压力与下腔压强向上作用力时，复位弹簧回到装配位，下阀口关闭。此时关闭了通往5腔的通路，5腔没有压力空气继续补充。6腔压力空气继续经缩堵Ⅲ由排气口排出，当6腔压力空气降至不能克服制动阀簧和夹心阀簧的作用力时，制动阀簧回到装配位，夹心阀和上阀口关闭，列车管此排气通路关闭，一次排气过程结束。

（三） 再打开过程：由关闭过程可知，当下阀口关闭时，4腔压强仍大于2腔压强。3腔压力空气通过缩堵Ⅰ向2腔逆流，但速度较慢。如果1腔列车管继续减压，当下膜板上下压差达到开启条件时，下阀口将再次打开。由于上阀口在上次关闭时，腔室5内存留了一定压强的压力空气，这样下膜板再次打开时上下的压差会比第一次打开时的压差稍小。下阀口打开后的过程与前述过程相同。