120型控制閥二局減作用對制動缸壓力影響研究

李巧銀，謝 磊，高 恒

(眉山中車制動科技股份有限公司，四川 眉山 620010)

二壓力制式的120型控制閥(以下簡稱“120閥”)作為車輛制動系統的重要組成部分，主要功能為根據列車管的壓力變化自動產生制動、保壓和緩解動作，制動時根據列車管減壓量使副風缸供給制動缸一定量的壓力空氣，緩解時則排出制動缸內的壓力空氣[1-4]。然而，在實際運行過程中二局減作用使列車管壓力空氣進入制動缸，從而造成制動缸壓力的增加[5-6]。為研究二局減作用對制動缸壓力的影響程度，本文進行了相關的理論分析與試驗驗證。

1 理論分析

1.1 控制閥二局減作用原理

120閥一局減開始后，主活塞兩側壓差進一步增大，主活塞桿帶動滑閥開始向上移動，關閉一局減通路，開通二局減通路，列車管壓力空氣通過二局減閥進入制動缸(圖1)；然后再開通副風缸到制動缸的通路，副風缸壓力空氣開始進入制動缸，當制動缸壓力達到二局減關閉點壓力(50～70 kPa)時，二局減通路關閉。在此過程中，制動缸獲得的壓力空氣包括列車管壓力空氣和副風缸壓力空氣，因此，二局減過程中列車管輸送給制動缸的壓力空氣影響最終制動缸壓力。

圖1 120閥制動位

1.2 對制動缸壓力計算公式的補充

在忽略120閥動作過程影響(包括逆流、主活塞移動時的容積效應以及保壓壓差等)時，進入制動缸的壓力空氣量等于副風缸排出的壓力空氣量，副風缸排出的壓力空氣量由列車管減壓量決定。根據等溫過程氣體狀態方程[7-8]，制動缸壓力主要由副風缸與制動缸的容積比決定，其計算公式為：

(1)

式中：Pc——制動缸壓力，kPa；

r——副風缸的減壓量(如再充氣時間足夠，副風缸充滿則等于列車管減壓量)，kPa；

Va——副風缸容積；

Vw——制動缸無效容積(包括緩解位制動缸后蓋內的容積及制動缸管路容積)；

Vc——制動缸有效容積，即制動缸活塞面積乘以活塞行程。

由式(1)可見，制動缸壓力影響因素包括列車管減壓量、再充氣時間、副風缸容積、制動缸有效容積(活塞行程)和無效容積。但由120閥二局減作用原理分析可知，在制動過程中，制動缸壓力的影響因素還包括列車管通過二局減對制動缸的壓力增量。若考慮上述因素，制動缸壓力計算公式則可表示為：

(2)

式中：Δj——因二局減作用造成的制動缸壓力增量。

2 試驗分析

為排除列車管定壓和減壓量、副風缸初始壓力、制動缸活塞行程等因素對試驗結果的影響，本文所有試驗在表1條件下進行。

2.1 二局減作用對制動缸壓力的影響

為了驗證二局減作用對制動缸壓力的影響，在列車管目標減壓量為20～55 kPa的情況下，人為關閉120閥二局減作用，測量列車管實際減壓量與制動缸壓力分布，結果如圖2黃點所示，同時測量了有局減作用時列車管實際減壓量與制動缸壓力分布，結果如圖2藍點所示。

圖2 無局減作用與有局減作用時制動缸壓力變化

由圖2可得：

(1) 當列車管減壓量小于35 kPa時，二局減的作用影響較大。其原因是：此時副風缸送入制動缸的空氣量少，制動缸壓力低于局減關閉點壓力，局減閥仍然開啟，將列車管空氣繼續送入制動缸，列車管繼續減壓，直到局減閥關閉為止。故此時制動缸壓力約等于局減關閉點壓力(50～70 kPa)。

(2) 隨著列車管減壓量的增大，二局減作用對制動缸壓力的影響逐漸減小，即減壓量r越大，制動缸壓力增量Δj越小。

(3) 在相同列車管減壓量下，有二局減作用時的制動缸壓力高于無二局減作用時的制動缸壓力，且分布范圍明顯大于無二局減作用時制動缸壓力的分布范圍，說明Δj與局減關閉點有關。

上述結論是在試驗室內常溫靜止狀態下，嚴格、準確控制列車管及副風缸充氣壓力、列車管減壓量以及制動缸活塞行程的條件下得出的。

2.2 局減關閉點對制動缸壓力影響

120閥二局減關閉點壓力分布于50～70 kPa。為了研究在實際過程中局減關閉點所造成的制動缸壓力增量，在列車管減壓量分別為50 kPa、70 kPa時測量120閥局減關閉點壓力分別為50 kPa、70 kPa以及二局減作用關閉時的制動缸壓力，測量結果如圖3所示。

圖3 不同局減關閉點壓力的制動缸壓力分布

由圖3可得：

相同列車管減壓量下局減關閉點壓力越高時，二局減作用造成的制動缸壓力增量越大。局減關閉點壓力為50 kPa時，二局減作用對制動缸壓力無明顯影響；局減關閉點壓力為70 kPa時，二局減作用造成的制動缸壓力值最大。

為研究在不同條件下二局減作用造成制動缸壓力增量Δj的范圍，對圖3數據取平均值，計算結果如表2所示。

由表2可以看出，局減關閉點壓力越高，制動缸壓力增量Δj越大。局減關閉點壓力為50 kPa時，Δj約為2 kPa；局減關閉點壓力為70 kPa時，Δj不超過13 kPa。因此，當列車管減壓量大于50 kPa時，由于二局減作用所造成的制動缸壓力增量Δj的范圍為2～13 kPa。

表2 二局減作用對制動缸壓力的影響 kPa

3 結論

(1) 當列車管減壓量越大時，二局減作用對制動缸壓力的影響越小。

(2) 在相同列車管減壓量下，局減關閉點壓力越高，二局減作用對制動缸壓力的影響越大。

(3) 列車管減壓量<35 kPa時，制動缸壓力約等于局減關閉點壓力；列車管減壓量大于50 kPa時，由于二局減作用所造成的制動缸壓力增量Δj的范圍為2～13 kPa。