空氣閥控制設計【鐵路貨車空氣制動系統(tǒng)的設計】【說明書+CAD+UG】,鐵路貨車空氣制動系統(tǒng)的設計,說明書+CAD+UG,空氣閥控制設計【鐵路貨車空氣制動系統(tǒng)的設計】【說明書+CAD+UG】,氣閥,控制,節(jié)制,設計,鐵路,貨車,空氣,制動,系統(tǒng),說明書,仿單,cad,ug 設計 空氣閥控制設計 Air valve control design 學 生 姓 名 專 業(yè) 學 號 指 導 教 師 分 院 摘 要 鐵路是我國最主要的交通運輸方式之一，在我國的經濟發(fā)展中起著不可替代的重要作用，它所擔負的客貨運輸任務十分繁重。為了完成這個艱巨的任務，列車的牽引重量和運行速度都要不斷提高，所以制動技術在鐵路發(fā)展中越來越重要。 隨著鐵路向高速、重載方向發(fā)展，對制動系統(tǒng)的研究顯得尤為重要，制動問題是隨著鐵路而伴生的古老問題，其研究一直沿用傳統(tǒng)的實驗方法，一方面是由于空氣制動系統(tǒng)結構簡單、易于實驗；另一方面是由于早期的氣體流動理論的局限，難于與空氣制動系統(tǒng)相結合。由于現在鐵路高速、重載的需要，空氣制動系統(tǒng)日益復雜，單純依靠實驗手段難度不斷增加，且耗資、費時，特別是實驗中制動性能的離散性，促使人們開始轉向模擬研究。計算機運算能力的提高，為數學模型的建立創(chuàng)造了條件，促進了制動系統(tǒng)模擬研究的迅速發(fā)展。 關鍵詞：鐵路貨車 120型空氣控制閥 緊急閥 總體控制電路 UG NX4.0建模 ABSTRACT Railway is the one of most important transportations of our country, in the development of our country’s economy, it takes the important role of the freight and passenger transportation. To complete this difficulty task, the train’s pull weight and run speed always to rise, therefore, brake technology is being important in railway development. As railway develops to high speed and heavy haul, the research on braking system is very important. Brake problem is an ancient problem along with railway, its studies always use the traditional method of experiment, on the one hand, it is because of air brake system’s structure simple, is easy to test; on the other hand, it is because of the limitation of air flow dynamics in early stage, is hard to combine with air brake system. Because of the railway need develops to high speed and heavy haul for the present, and air braking system became more complex, only depend on using the method of experiment means more difficulty, more time and money consuming, especially due to the discrete of brake capability in experiment, make people begin to change research direction to simulation. The raising of computer operational ability, make the condition to work out mathematics model, and promote the brake system quickly development of simulated research. Keywords：Railroad freight 120 type air control valves Emergency valve General control circuit UG NX4.0 modeling 目 錄 引 言 1 第一章 鐵路貨車相關介紹 2 1.1 鐵路貨車概述 2 1.2 我國鐵路貨車轉向架的主要類型 3 1.3 我國鐵路貨車轉向架的結構 7 1.4 鐵路貨車轉向架制造 8 1.5 鐵路貨車制動技術的發(fā)展 8 1.5.1 國外鐵路車輛制動技術的發(fā)展 8 1.5.2 我國鐵路車輛制動技術的發(fā)展 9 1.6 鐵路貨車制動系統(tǒng)的基本要求 10 1.7 鐵路貨車空氣制動系統(tǒng)的設計原則 11 第二章 鐵路貨車制動裝置 12 2.1 鐵路貨車制動系統(tǒng)的組成 12 2.2 120閥制動系統(tǒng)組成 12 2.3 120型控制閥特點 13 2.4 120型控制閥構造 14 2.4.1 主閥 15 2.4.2 緩減閥 15 2.4.3 中間體 16 2.4.4 緊急閥 16 第三章 120閥緊急閥設計介紹 17 3.1 120閥緊急閥的結構 17 3.1.1 放風閥導向桿結構及安裝位置 18 3.1.2 緊急活塞桿結構及安裝位置 19 3.2 緊急閥關鍵部件安裝特點 20 3.3 120閥緊急活塞受力分析 21 Ⅰ 3.4 120閥緊急閥的作用原理 21 3.5 緊急閥常見故障分析 23 3.5.1 緊急制動不靈敏或不起緊急制動作用 23 3.5.2 緊急室充風時間不合格 23 3.5.3 緊急室排風時間不合格 23 3.5.4 常用制動時起緊急制動作用： 24 3.5.5 緊急制動后緊急管充氣時排風口大漏 24 第四章 總體控制電路部分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 4.1總體控制過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 4.2 壓力采集系統(tǒng)設計方案 ................................................26 4.3 元器件選擇及其參數..................................................27 4.4 總結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 第五章 基于UG NX4.0的建模設計 33 5.1 三維實體設計的內容 33 5.2 三維實體設計的方法 34 5.3 UG NX系列軟件簡介 34 5.4 UG NX4.0參數化建模 34 5.5 零部件的UG NX4.0建模過程 35 5 .6 零部件的UG NX4.0裝配過程.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 結 論 44 致 謝 45 參考文獻 46 Ⅱ 引 言 鐵路是國民經濟的大動脈，對我國經濟的發(fā)展起著十分重要的作用。特別是近年來，隨著我國國民經濟持續(xù)、快速、穩(wěn)定的發(fā)展，鐵路管理和研究部門通過一系列的體制改革、管理改革和技術革新，使我國的鐵路事業(yè)取得了令人矚目的成績。 隨著全國鐵路第六次大提速，我國鐵路旅客列車的速度在主要干線已經提高到了200km/h，現在正向300km/h的目標邁進。而貨物列車的最高速度還停留在120km/h，因而嚴重降低了鐵路線路的使用率，因此貨運快捷化勢在必行。我國根據鐵路貨運提速的要求，應盡快開發(fā)160km/h貨車，以消除鐵路全面提速的瓶頸，而160km/h快速貨車需要解決的首要問題是列車制動問題。 制動技術包括制動控制技術和基礎制動技術，是貨車重載提速的關鍵技術。制動控制技術是與產生和輸出制動動力，控制、調節(jié)和保持車輛制動力等有關的技術。基礎制動技術是與傳遞和放大制動動力，實現和保持制動力，轉換和消耗車輛動能等有關的技術。我國鐵路貨車以壓縮空氣作為制動動力源，控制系統(tǒng)采用空氣制動機，包括制動控制閥、空重車調整裝置、副風缸等輔助風缸等。基礎制動系統(tǒng)則由機械傳動裝置、閘閥間隙調整器和閘瓦等組成。 而本文對制動技術中120型空氣控制閥緊急閥進行了認真的研究和分析，從而使鐵路貨車能夠達到高速、重載的運輸要求，使我國鐵路貨車在客貨共線運營、安全可靠的前提下，實現速度、密度、重量同步提升，走出一條具有中國特色的提速、重載并舉發(fā)展之路，滿足我國國民經濟又好又快發(fā)展的要求。 1 第一章 鐵路貨車相關介紹 1.1 鐵路貨車概述 鐵路貨車按其用途不同，可分為通用貨車和專用貨車。 通用貨車是裝運普通貨物的車輛，貨物類型多不固定，也無特殊要求。鐵路貨車中這類貨車占的比重較大，一般有敞車、平車、棚車、保溫車和灌車等幾種。 專用貨車一般指只運送一種或很少幾種貨物的車輛。用途比較單一,同一種車輛要求裝載的貨物重量或外形尺寸比較統(tǒng)一。專用貨車一般有集裝箱車、長大貨物車、毒品車、家畜車、水泥車、糧食車和特種車等。 1.2 我國鐵路貨車轉向架的主要類型 我國貨車轉向架在建國前主要靠進口美、日30t級貨車轉向架，自20世紀50年代初開始自行設計，走過了仿制生產、改進設計、技術引進、再技術創(chuàng)新的道路。研制了多種貨車轉向架，如K1、K2、K3、K4、K5和K6等。下面簡單介紹幾種轉向架。 （1）K2型轉向架 K2型轉向架主要由輪對和軸承裝置、側架、搖枕、下交叉支撐裝置、搖枕彈簧、減振裝置、基礎制動裝置等組成。其主要性能參數和基本尺寸如下兩表： 2 圖1.1 K2型轉向架效果圖 表1.1 K2型轉向架主要性能參數表 軸重（t） 21 自重（t） ≤4.2 商業(yè)運行速度（km/h） 120 軌距(mm) 1435 軸型 輪徑(mm) 840 基礎制動裝置制動倍率 4 通過最小曲線半徑（m） 145 表1.2 K2型轉向架基本尺寸表 固定軸距（mm） 1750 軸頸中心距（mm） 1956 旁承中心距（mm） 1520 下心盤直徑(mm) 355 空車下心盤面距軌面高(mm) 682 下心盤面至彈性旁承頂面距離(mm) 93 （2）K4型轉向架 K4型轉向架主要由輪對和軸承裝置、側架、搖枕、彈簧托板、搖動座、搖動座支撐、彈性懸掛系統(tǒng)及減振裝置、基礎制動裝置、常接觸式彈性旁承及橫跨梁組成。 3 圖1.2 K4型轉向架效果圖 表1.3 K4型轉向架主要性能參數表 軸重（t） 21 自重（t） ≤4.2 商業(yè)運行速度（km/h） 120 軌距(mm) 1435 輪型 HDS 輪徑(mm) 840 基礎制動裝置制動倍率 6.48 通過最小曲線半徑（m） 145 表1.4 K4型轉向架基本尺寸表 固定軸距（mm） 1750 軸頸中心距（mm） 1956 旁承中心距（mm） 1520 下心盤直徑(mm) 308/355 下心盤面距軌面自由高(mm) 705 下心盤面至彈性旁承頂面距離(mm) 71 側架上平面距軌面高(mm) 743 側架下平面距軌面高(mm) 165 （3）K5型轉向架 K5型轉向架主要由輪對和軸承裝置、搖枕、側架、彈性懸掛系統(tǒng)及減振裝置、基礎制動裝置、彈性托板、搖動座、常接觸式彈簧旁承及橫跨梁等組成。 4 圖1.3 K5型轉向架效果圖 表1.5 K5型轉向架主要性能參數表 軸重（t） 25 自重（t） ≤4.7 商業(yè)運行速度（km/h） 120 軌距(mm) 1435 輪型 HEZB或HESA 軸型 輪徑(mm) 840 基礎制動裝置制動倍率 4 通過最小曲線半徑（m） 145 表1.6 K5型轉向架基本尺寸表 固定軸距（mm） 1800 軸頸中心距（mm） 1981 旁承中心距（mm） 1520 下心盤直徑(mm) 375 下心盤面距軌面自由高(mm) 703 下心盤面至彈性旁承頂面距離(mm) 83 側架上平面距軌面高(mm) 765 側架下平面距軌面高(mm) 160 （4）K6型轉向架 K6型轉向架適用于標準軌距、軸重25t、最高商業(yè)運營速度120km/h的各型提速、重載鐵路貨車。其構造主要由輪對、軸承裝置、軸箱橡膠墊、側架、搖枕、下交叉支撐裝置、搖枕彈簧、減振裝置、基礎制動裝置等組成。其主要性能參數和基本尺寸如下兩表： 5 圖1.4 K6型轉向架效果圖 表1.7 K6型轉向架主要性能參數表 軸重（t） 25 自重（t） ≤4.8 商業(yè)運行速度（km/h） 120 軌距(mm) 1435 輪型 HEZB或HESA 軸型 通過最小曲線半徑（m） 145 表1.8 K6型轉向架基本尺寸表 固定軸距（mm） 1830 軸頸中心距（mm） 1981 旁承中心距（mm） 1520 下心盤直徑(mm) 375 空車心盤面到軌面高(mm) 680 下心盤面至下旁承頂面距離(mm) 93 側架上平面距軌面高(mm) 787 55 側架下平面距軌面高(mm) 162 6 1.3 我國鐵路貨車轉向架的結構 鐵路車輛轉向架，它包括兩個側架和搖枕。搖枕具有橫向相對的端部，每個端部延伸進側架開口中并且在其內支撐在彈簧組上。每個側架在兩個端部處具有軸箱導框以容納承載鞍組件。 鐵路車輛轉向架還包括支撐在鐵路車輛轉向架搖枕和側架上的兩個制動梁組件。每個制動梁組件包括長條形主體部分、支撐部分以及在主體部分和支撐部分之間延伸的支柱。由腿部和底部構成的兩個制動梁吊架支撐著制動梁組件的端部。制動梁吊架可以反轉，從而閘瓦托支撐部分可以橫向間隔開以適應不同的軌距。另外，在搖枕的上表面上還設有改進的心盤，其中心盤包括由奧貝球鐵圓盤構成的心盤襯墊。 下圖是以K1型轉向架的結構分解圖為例，來說明我國鐵路貨車轉向架的主要結構的。 心盤組成 兩級剛度彈簧 基礎制動裝置 搖枕組成 側架組成 彈性旁承 輪對組成 四連桿支撐組成 承載鞍 轉K1型轉向架結構圖 圖1.5 K1型轉向架結構圖 7 1.4 鐵路貨車轉向架制造 為了適應鐵路貨車大批量生產的特點，轉向架的組裝工藝線都是按標準化、簡單化、專業(yè)化的原則進行設計的，實現了產品標準化、零件標準化、工藝流程標準化、裝配人員操作專業(yè)化，以提高組裝質量。目前，有一部分工藝線還具備了在線檢測功能，可對組裝前的零部件或組裝過程及成品性能進行檢查，使制造質量在組裝生產過程中得到有效控制。 轉向架制造技術主要包括搖枕、側架的鑄造及加工，輪軸加工及壓裝，搖枕、側架組成及轉向架組裝，另外還包括制動梁、交叉架、彈性托板等部件的制造工藝。 1.5 鐵路貨車制動技術的發(fā)展 1.5.1 國外鐵路車輛制動技術的發(fā)展 車輛制動技術隨著車輛的進步在不斷發(fā)展。早在1848年，沙米爾黎司達發(fā)明了利用車輪回轉力帶動空氣壓縮機產生制動力，這種制動方式的原理與現今機車應用的液力制動近似。1853年，庫雷瑪發(fā)明了彈簧式制動機，列車運轉時利用拉桿把螺旋彈簧壓縮，當需要制動時，司機在司機室通過傳動杠桿把彈簧松開，并壓在閘瓦上產生制動作用。它與現今機車使用的彈簧儲能制動原理相近。1855年，洛立吉發(fā)明了索鏈制動機，通過索鏈控制閘瓦，產生制動力，它相當于當今車輛上的手制動機。 1869年，美國的喬治·韋斯汀豪斯從空氣鉆巖機得到啟發(fā)，研究出了適合鐵道車輛使用的空氣制動機。首次使用壓力空氣來操縱列車制動機，從此，列車制動開始擺脫“人力”制動，轉入了“機力”制動的初始階段。機力制動為發(fā)展長大列車的安全運行提供了可能性。 早期的空氣制動機是直通的，當列車分離時失去了作用，不能自動停車。因此，韋斯汀豪斯于1872年又發(fā)明了自動空氣制動機。美國最早采用的貨車空氣控制閥為H型和K型閥。在1933年開發(fā)了AB型制動機，1968年改進為ABD型。1975年，為了適應長大列車進一步發(fā)展的需要，在ABD閥的基礎上增添了常用制動加速閥(簡稱“W閥”，也稱連續(xù)局減閥)而改稱為ABDW型貨車空氣控制閥，以改善常用制動性能， 8 縮短常用制動距離，并于1977年正式定型，代替ABD閥裝于新造貨車上。此后ABDW閥的運用中發(fā)現間歇式排氣效果較差，又研制了連續(xù)排氣的ABDX閥，可以改善其加速制動作用。20世紀90年代，北美在礦山的重載單元列車上開始采用ECP電控制動系統(tǒng)，可以使列車前后車輛同時制動，并且各個車輛的制動率基本一致，大大的降低了列車制動時的縱向沖擊，制動距離也有較大的縮短。 1.5.2 我國鐵路車輛制動技術的發(fā)展 我國50年代的車輛大多數是載重30t及40t貨車，軸重為12-15t。車輛使用K1和K2型三通閥，沒有空重車調整裝置，重車制動率僅為35%，而空車制動率則高達80%。因此列車速度較低。為了發(fā)展載重50t及60t貨車，必須提高重車制動率，大型貨車必須用直徑356mm制動缸來滿足提高制動率的要求。1957年鐵道部四方車輛研究所在原K2型三通閥的基礎上研究出了GK型制動機，基本上滿足了貨車運用的需要。 50年代初，為適應車輛發(fā)展的要求，曾引進前蘇聯的M-135型空氣分配閥。這種空氣分配閥具有空重車調整位和制動波速高等特點，但在試驗過程中發(fā)現產生自然緩解現象，不能與我國制動機混編使用。隨后又從捷克引進了DAKO型空氣分配閥，安裝在現車上進行試驗。列車編組為60輛時，發(fā)現尾部車輛制動機緩解時間太長，需要200s，要想使列車完全緩解，必須將列車管壓力充到制動之前的壓力值。當時，還從德國引進了裝有克諾爾制動機的車輛，發(fā)現其制動機與DAKO型空氣分配閥性能沒有區(qū)別，它們均系歐洲三壓力空氣分配閥。由于三壓力空氣分配閥的車輛不能與我國車輛混編，一些進口車輛都改裝了我國的GK型三通閥。 1958-1960年，在貨車上曾試驗過單線電空制動機，由齊齊哈爾車輛廠生產產了100輛，并且在線路上做了靜置試驗和運行試驗，試驗表明這種電空制動機性能優(yōu)越，可以滿足長大貨物列車的使用要求。由于在貨車上全面實現電空制動有許多困難，不易推廣，因而停止了試驗。1960-1970年的10年間，著重從事貨車空氣分配閥的研究，從101到102型空氣分配閥的樣機實驗，最后發(fā)展為103型貨車用空氣分配閥。103型貨車用空氣分配閥是間接作用方式，副風缸必須有足夠的容量，因此列車的初充氣時間較長，又由于采用了緊急部加速放風閥，當列車編組作業(yè)中打開折角塞門時，稍不小心便會引起意外緊急制動，浪費了壓縮空氣，延長了列車再充氣時間，造成列 9 車開車晚點。1989-1993年，為了適應重載列車的需要，著手進行了120型控制閥的研究與試驗。120型控制閥采用直接作用方式，先后完成了試驗室試驗和線路上列車試驗，并于1993年通過部級鑒定，現在新造貨車已裝用120型控制閥，一部分段修貨車也改裝120型控制閥。 在基礎制動方面，我國通過對空重車調整裝置、閘瓦間隙自動調整器、合成閘瓦等的研究、試制、運用，也有了很大發(fā)展。但是與世界先進工業(yè)國家相比，還有一定差距。如德國和法國已經在貨車制動系統(tǒng)中采用了盤形制動，并裝有無級空重車自動調整裝置及防滑器等，能使制動缸壓力隨載重按比例變化，以防止制動力過大產生滑行或造成車輪擦傷。另外還安裝了電空控制系統(tǒng)，能使列車前后制動、緩解作用同步，以縮短制動距離、降低縱向沖動。 1.6 鐵路貨車制動系統(tǒng)的基本要求 貨車空氣制動系統(tǒng)是列車產生制動和緩解的主要控制部分，為實現貨物列車安全制動和緩解，貨車空氣制動系統(tǒng)的設計應滿足以下要求: ①采用自動空氣制動機，即可在列車發(fā)生分離事故時，全列車可立即自動緊急停車。 ②具有強大的制動力，以保證列車在規(guī)定的時間內停車。 ③能保持制動力不衰減，以保證長大坡道制動過程中始終有足夠的制動力，使列車能夠安全通過坡道。 ④具有較高的制動靈敏性和制動波速，同時滿足穩(wěn)定性和安全性的要求，使制動作用能夠迅速準確地傳遞到列車尾部，確保全列車的制動作用。提高的制動靈敏性可降低列車制動時的縱向沖擊，但靈敏性過高會造成列車緩解穩(wěn)定性和常用制動安定性的降低。 ⑤具有較大的制動功率和再充氣能力，以適應長大坡道實施連續(xù)制動的要求。列車在長大坡道實施連續(xù)制動時，列車的再充氣問題是一個非常嚴峻的句題，列車在制動后的緩解過程中，列車尾部的副風缸壓力空氣能否及時得到充分的補充，是列車能否安全通過長大坡道的關鍵。 ⑥結構簡單，操縱方便。 ⑦便于維修，檢修周期較長。 10 ⑧各部件結構合理，便于制造，堅固耐用，機械效率高。 ⑨盡可能采用標準件和通用件。 1.7 鐵路貨車空氣制動系統(tǒng)的設計原則 重載貨車空氣制動系統(tǒng)在設計時除符合上述要求外，還應遵循以下設計原則: 首先，重載貨車空氣制動系統(tǒng)應能同時滿足列車管定壓500KPa和600kPa的制動要求。 其次，重載貨車空氣制動系統(tǒng)應滿足我國鐵路對重載貨物列車的制動距離的規(guī)定，制動距離是綜合反映列車制動系統(tǒng)性能和實際制動效果的主要技術指標。鐵道部最近頒布的《鐵路技術管理規(guī)程》中規(guī)定的我國鐵路貨車的緊急制動距離為:在初速12Okm/h實施緊急制動，制動距離不超過1400m。 第三，在任何條件下，車輛制動時輪軌之間均不得發(fā)生滑行，以免造成車輪擦傷。即車輛制動時的制動力不能大于車輛輪軌之間的粘著力。車輛輪軌之間的粘著力的大小由粘著系數決定，粘著系數是指車輛輪軌粘著力與車輪鋼軌間垂直載荷的比值。粘著系數的大小由車輪和鋼軌的表面狀況和車輛的運行速度決定，車輪和鋼軌的表面狀況越差，車輛的運行速度越高，粘著系數越小。重載貨車空氣制動系統(tǒng)應能保證車輛制動時最大的制動力小于粘著力的最小值。 第四，盡可能減小閘瓦壓力，減小車輪熱負荷，以提高車輪的使用壽命。在滿足車輛制動距離需要的前提下應盡可能的使閘瓦壓力最小，增大閘瓦壓力會增大基礎制動裝置中零部件的載荷，對杠桿、拉桿等零部件的受力不利，而且增大閘瓦壓力會增大車輪和閘瓦的熱負荷，熱負荷過大時會產生車輪熱裂紋、車輪擦傷等現象。因此重載貨車制動系統(tǒng)應盡可能使閘瓦壓力最小。 另外，重載貨車制動系統(tǒng)設計時還盡可能減小列車制動和緩解時的縱向沖擊。 11 第二章 鐵路貨車制動裝置 2.1 鐵路貨車制動系統(tǒng)的組成 制動系統(tǒng)是為使列車能實施制動和緩解而安裝在車輛上的一套設備系統(tǒng)。貨車制動系統(tǒng)主要由制動機(空氣制動部分)和基礎制動部分組成，制動機是制動系統(tǒng)中可直接受司機的操縱控制并產生制動力的來源部分，基礎制動裝置則是將制動缸產生的推力放大后均勻的傳遞到各個閘瓦(或制動盤等)并產生制動作用的部分。 2.2 120閥制動系統(tǒng)組成 120閥制動系統(tǒng)由120閥、旋壓密封式制動缸、ST2-250型閘調器、副風缸、17升降壓氣室、11升加速緩解風缸、組合式集塵器、手動二級空重車調整裝置等組成。下圖是以漣鋼C64型自備敞車制動系統(tǒng)配置為例說明的。 12 1—旋壓密封式制動缸；2—17升降壓氣室；3—空車安全閥；4—空重轉換塞門；5—120閥； 6—組合式集塵器；7—11升加速緩解風缸；8—列車主風管；9—副風缸；10—空重車調整裝置；11—ST2-250型雙向閘瓦間隙調整器 圖2.1 120閥制動系統(tǒng)組成圖 2.3 120型控制閥特點 120型控制閥的設計制造，結合了103型分配閥結構和性能方面的優(yōu)點，吸取了國外鐵路貨車空氣控制閥結構和性能的優(yōu)點。主要具有如下特點： ①120型控制閥具有充氣、減速充氣、緩減、加速緩減、常有制動、保壓、緊急制動等功能，適用于列車管500KPa和600KPa不同的壓力標準，在兩種定壓下，它的各種性能沒有差異。按AAR標準方法計算時，其緊急制動波速達到250m/s以上；常用制動波速達到225-255m/s；緩減波速應達到190m/s。緊急制動時，制動缸壓力二階段上升，躍升壓力為120-160KPa；制動缸總升壓時間為（101）s；制動缸排氣時間自350KPa降到40KPa為（151）s。 ②120型空氣控制閥仍采用二壓力機構，可與現有的鐵路貨車控制閥很好地混編，獲得較好的混編性能。 ③120 型空氣控制閥采用直接作用方式。而原來認為的直接作用方式存在的一些問題，卻由于這些年來采用了制動新技術以及使用條件的變化，已部分地得到解決。如：通過加裝適當的縮孔堵，解決了對不同直徑制動缸適應性的問題；配套采用閘瓦間隙自動調整器和密封式制動缸，解決了制動力衰減的問題；在控制閥以外設空重車自動調制裝置，解決了空重車對制動缸壓力需求不同的問題。 ④120型空氣控制閥主控機構仍采用密封性好、結構簡單的橡膠膜板和使用壽命較長的金屬滑閥結構。 ⑤在120型空氣控制閥的主閥中增設加速緩減閥，達到加快制動管充氣和提高緩減波速的目的。 ⑥120型空氣控制閥設有緊急閥及局減室，采用常用制動與緊急制動分部作用的方式以及完善的兩階段局減作用；設有緊急二段閥，以緩和列車的縱向動力作用。 ⑦在緊急放風閥中設有先導閥結構，提高了緊急制動波速。 ⑧適應壓力保持操縱。120型空氣控制閥在主閥作用部的滑閥上設了一個呼吸 13 孔，可在長大下坡道上配合機車采用一把閘操縱以及在制動保壓時機車對制動管泄漏有自動補風（壓力保持）功能。 ⑨在120型空氣控制閥中增設了半自動緩減閥，作用可靠，操作方便。在緩減操作時，節(jié)省了人力并減少了耗風量。 ⑩零件的通用性和互換性較強，并能與多種制動新技術配套使用。120型空氣控制閥能與JZ-7、26-L、ET\6、DK-1等型機車制動機匹配，并能適應機車制動機壓力，保持操縱要求；能與空氣車調制裝置、球芯折角塞門、密封式制動缸、雙向閘瓦自動調整器、高摩擦系數合成閘瓦等新制動配件配套使用。 2.4 120型控制閥構造 120型控制閥由中間體、主閥、半自動緩減閥（下簡稱緩減閥）和緊急閥等四部分組成。主閥和緊急閥分別用四套和兩套螺柱和螺母安裝在中間體的兩個相鄰垂直面上。緩減閥用兩套螺柱和螺母安裝在主閥體的側面安裝座上，它們相貼合的安裝面也有橡膠座墊。如下圖所示。 緊急閥 主閥 中間體 緩解閥 14 圖2.2 120型控制閥構造圖 2.4.1 主閥 主閥是控制閥的心臟部分，它根據制動管不同的壓力變化，控制制動機實現充氣、緩減、制動、保壓等作用。主閥（包括緩減閥）由作用部（主控部）、減速部、局減閥、加速緩減閥和緊急二段閥等五個部分組成。 作用部仍采用與103閥相同的S形橡膠膜板及滑閥結構。它由主活塞壓板、節(jié)制閥彈簧、節(jié)制閥、滑閥彈簧、滑閥、滑閥銷、滑閥座、穩(wěn)定裝置等零件組成。 減速部在作用部下面，位于主閥下蓋內，由減速彈簧、減速彈簧座組成。 局減閥由局減閥套、局減閥桿、局減膜板、局減活塞壓板、局減活塞體、局減閥彈簧、毛氈、壓墊等零件組成。 加速緩減閥由加速緩減閥套、加速緩減彈簧、夾心閥、加速緩減彈簧座、擋圈、加速緩減膜板、加速活塞壓板、加速活塞體、活塞緊固螺釘、頂桿等組成。 緊急二段閥位于主閥安裝面旁，由緊急二段閥桿、緊急二段閥彈簧、緊急二段閥套等零件組成。 主閥體設置有用來安裝作用部（包括減速部）、局減閥、加速緩減閥、緊急二段閥等零部件的空腔。空腔內裝有與各部件相配的銅套，內部鑄造或加工各部相應的通路。 2.4.2 緩減閥 緩減閥的用途是利用人工拉動緩減閥手柄，主閥排氣口開始排氣或緩減閥排氣口開始排氣，只要制動缸壓力空氣一開始排氣，就可松開拉手，制動缸壓力空氣會自動地排完，使制動機緩解。也可一直拉著緩減閥拉手，將整個制動系統(tǒng)（包括制動缸、副風缸、加速緩減風缸、制動管等）的壓力空氣全部排出。 15 緩減閥由手柄部和活塞部兩部分組成。手柄部由手柄、手柄座、手柄座套、頂桿、閥座、止回閥（16夾心閥）、止回閥彈簧等組成，活塞部由緩減閥膜板、壓板、活塞體、活塞桿、緩減閥彈簧、O型密封圈（D162.4和D142.25）、緩減閥套、排風閥、上閥座、下閥座等組成。 2.4.3 中間體 中間體用鑄鐵鑄成，外形呈長方體形，用來安裝主閥和緊急閥，并通過4個突耳上的22孔，用螺栓和螺母將整個閥直接吊裝在車體底架上，在廠修時和必須更換時才卸下。 中間體外部四個立面分別作為主閥、緊急閥安裝座和制動管、加速緩解風缸管、副風缸管和制動缸管的安裝座。內部設有兩個獨立的空腔經通道與主閥安裝座或緊急閥安裝座相關孔連通。 中間體靠車體外側的立面為緊急閥安裝座，與緊急閥安裝座相鄰的左側立面為主閥安裝座，分別用兩套和四套螺柱和螺母加裝緊急閥墊和主閥墊來緊固。 中間體內靠緊急閥安裝座側的上部為容積1.5L的緊急室，下部為容積0.6L的局減室。 2.4.4 緊急閥 緊急閥，其功用是在施行列車管緊急減壓時，產生動作使制動管緊急排氣，進一步加快制動管減壓速度，提高緊急制動作用的靈敏度，確保后部車輛產生緊急制動作用，提高緊急制動波速。 本設計說明書主要是針對鐵路貨車空氣緊急閥的設計，故在下章將對該閥做詳細介紹。 16 第三章 120閥緊急閥設計介紹 3.1 120閥緊急閥的結構 緊急閥主要由活塞部，先導閥部和放風閥部等組成。 活塞部由活塞（包括緊急閥上、下活塞，S形橡膠膜板）、活塞桿、安定彈簧，還有螺母和濾塵套等部件組成。 先導閥部由先導閥、先導閥彈簧、先導閥頂桿等組成。 放風閥部由放風閥組件、放風閥閥座、放風閥導向桿、放風閥彈簧等組成。 17 1.緊急閥上蓋；2.濾塵套；3.緊急活塞桿；4.緊急閥上活塞；5.緊急閥下活塞；6.緊急活塞膜板；7.緊急閥體；8.濾塵網；9.先導閥頂桿；10.縮孔堵；11.先導閥彈簧座；12.緊急閥下蓋；13.放風閥彈簧；14.先導閥彈簧；15.先導閥；16.放風閥導向桿；17.放風閥組件；18.安定彈簧；19.螺母（M161.5）；20.螺柱（M1040）； 21.螺母M10； Ⅲ.限孔（2.3）；Ⅳ.限孔（0.5）；Ⅴ.限孔（1.1）；Ⅵ.縮孔（1.0） 圖3.1 緊急閥主視圖全剖視圖 3.1.1 放風閥導向桿結構及安裝位置 放風閥導向桿是一個中空的銅質套管，下部外圓柱桿作為上下移動的導向桿，內部中空部分形成上、下兩個空腔，兩個空腔之面成為先導閥的閥座，上腔內裝入先導閥、先導閥彈簧。 先導閥頂桿 放風閥閥座 放風閥組件 先導閥 放風閥導向桿 放風閥套 放風閥彈簧 緊急閥下蓋 縮孔堵 放風閥導向桿安裝位置： 圖3.2 放風閥導向桿安裝位置圖 18 3.1.2 緊急活塞桿結構及安裝位置 120型緊急閥緊急活塞桿為中空結構，其作用是充氣時將制動管壓縮空氣導入緊急室內，在緊急制動時緊急室內壓縮空氣在緊急活塞上部形成背壓，推動緊急活塞下移，打開放風閥，確保緊急制動作用；活塞桿上部有一開口為13 mm 的凹形槽，深1.4mm，邊緣有的傾角，為14mm異型橡膠密封圈的安裝位置；其下部有一的空腔，為濾塵套的安裝位置。 空心的緊急活塞桿上部設一徑向限孔Ⅳ，中部軸向設一限孔Ⅲ，下部設一徑向限孔Ⅴ。 各限孔的功用： 限孔Ⅲ：緊急活塞桿中部軸向限孔，常用減壓，保證制動機的安定性；緊急減壓，限制了緊急室的壓縮空氣向制動管的逆流速度，確保緊急制動作用的產生，提高緊急制動靈敏度。 限孔Ⅳ：緊急活塞桿上部徑向限孔，限制制動管壓縮空氣向緊急室的充氣速度，防止過快充氣而引起意外緊急制動。 限孔Ⅴ：緊急活塞桿下部徑向孔，提高緊急制動靈敏度，并限制緊急制動后，緊急室的排氣速度。 縮孔Ⅵ：緊急閥活塞部下腔通放風閥彈簧室限孔，當緊急減壓時，緊急活塞桿推先導閥頂桿，開啟先導閥，消除放風閥背壓時，從而使緊急活塞較容易地下移推開放風閥，產生緊急局減。 限孔Ⅳ 限孔Ⅲ 限孔Ⅴ 圖3.3 緊急活塞桿結構圖 19 緊急活塞桿的安裝位置： 1.安定彈簧；2.緊急閥下活塞；3.緊急閥上活塞；4.緊急活塞桿；5.緊急閥上蓋； 6.緊急活塞膜板；7.緊急閥體；8.緊急閥上蓋定位點 圖3.4 緊急活塞桿安裝位置圖 3.2 緊急閥關鍵部件安裝特點 （1）緊急活塞桿頂面圓槽中嵌密封圈稍突出頂面。在充氣緩解時，緊急活塞下方制動管壓力高于上側緊急室壓力，加之安定彈簧彈力的作用，緊急活塞處于上部極端位置。 （2）放風閥套嵌于緊急閥下蓋內，下蓋與閥體用兩套螺栓緊固，放風閥導向桿上密封圈是為防止制動管壓縮空氣向大氣漏泄而設的，導向桿下方通制動管是為了克服放風閥關閉狀態(tài)下制動管壓縮空氣作用在放風閥面上的壓力的，也即不論制動管壓力如何變化，只要末發(fā)生緊急排氣作用，放風閥上下受的制動管壓力總是相互抵消的，放風閥的開閉狀態(tài)只受放風閥彈簧的彈力作用。 （3）緊急活塞處于上方極端位時，活塞桿下端距離關閉的放風閥面有4mm間隙，防止制動管常用制動減壓時，緊急活塞稍下移即推開放風閥產生意外緊急制動作用。 （4）放風閥導向桿中空部分為兩個空腔，中部為先導閥彈簧座。平時在先導閥彈簧作用下，先導閥與放風閥導向桿密貼。當先導閥被其頂桿頂開時，放風閥導向桿下腔內的制動管壓縮空氣經導向桿上徑向孔→緊急閥排氣口→排向大氣，緊急活塞更迅速地下移推開放風閥，產生制動管緊急排氣，即制動管緊急局部減壓作用。 20 3.3 120閥緊急活塞受力分析 由圖可列出平衡方程為： 式中為膜板阻力；為安定彈簧彈力，4.29N；G為緊急活塞桿組成質量,0.22kg；為緊急活塞有效面積，約45；為列車管壓力；為緊急室壓力。 圖3.5 緊急活塞受力分析圖 當列車管壓力和緊急室壓力發(fā)生變化后，活塞桿在合外力作用下產生位移。隨著合外力的變化，緊急活塞桿分別處于3個作用位置（初充氣時位置、常用制動時位置、緊急制動時位置），下面將分別介紹。 3.4 120閥緊急閥的作用原理 緊急閥由緊急活塞膜板隔離為上、下兩個腔。 緊急活塞的上腔經緊急閥上蓋和緊急閥體內的通道與中間體內的緊急室相通，緊急活塞的下腔經安裝面上大的通孔及中間體內的通路與列車管（制動管）相通。 放風閥導向桿的下腔經緊急閥下蓋和緊急閥體內的暗道與列車管相通。 （1）初充氣時，緊急閥活塞處于上位，列車制動管壓力空氣經緊急活塞下方→緊急活塞桿下端面孔口→中心限制孔Ⅲ→緊急活塞桿上部徑向孔Ⅳ→緊急活塞上方→緊急閥上蓋與閥體內通路→中間體內緊急室。 （2）常用制動時，緊急活塞下方的列車制動管壓力下降，緊急閥活塞在充氣位基礎上略向下移動，處于中位。緊急活塞上方的緊急室壓力空氣經緊急活塞上部限孔 21Ⅳ、中部限孔Ⅲ和緊急活塞桿下端面孔口向列車制動管逆流，緊急活塞兩側不會形成很大的足以壓縮安定彈簧很大壓縮量的壓力差，加之緊急活塞桿的下端面與先導閥頂桿之間有3mm 的距離，故先導閥及放風閥均處于關閉狀態(tài)。 （3）緊急制動時，緊急閥活塞繼續(xù)下移，處于中下位(先導閥開放)或下位(放風閥開放)。緊急活塞上方的緊急室壓力空氣先經緊急活塞桿的限制孔Ⅳ、Ⅲ向列車制動管逆流，繼而緊急活塞兩側形成足以壓縮安定彈簧的更大的壓力差，緊急活塞下移。下移量超過3mm 時，緊急活塞桿的下端面與先導閥頂桿接觸并克服先導閥彈簧的阻力，先導閥頂桿向下頂開先導閥，于是，放風閥導向桿下方的壓力空氣經開啟的先導閥口與放風閥導向桿的徑向孔排入大氣。 與此同時，放風閥上方的列車制動管壓力空氣因縮孔堵Ⅵ的限制，不能更多地流向放風閥導向桿的下方。因為經先導閥口排出很多，經縮孔堵Ⅵ流入很少，因此，放風閥的背壓急劇降低。 當緊急活塞再下移超過1mm，即總下移量超過4mm時，緊急活塞桿的下端面頂開放風閥面，列車制動管壓力空氣迅速排入大氣，形成緊急制動放風(局減)作用。 放風閥被壓開后，緊急活塞桿限孔Ⅴ（孔徑1.1mm）的徑向外孔口開啟，緊急室壓力空氣只能通過這個限制孔限制性地流到緊急活塞下方排入大氣，所以緊急活塞被壓下的狀況總要保持15秒左右，從而保證了緊急制動作用的可靠性。 緊急制動排氣 緊急閥保壓位 緊急閥初充氣 圖3.6 緊急閥作用原理圖 緊急閥的性能如何主要表現為安定性和靈敏度，對于緊急活塞動作的影響有兩類：一是緊急活塞兩側的空氣壓力差；二是緊急活塞的動作阻力。只有在緊急活塞兩側形成足以克服緊急活塞動作阻力的壓力空氣差時，才能推動緊急活塞動作,繼而帶 22 動各部動作，產生緊急制動和緩解作用。 3.5 緊急閥常見故障分析 3.5.1 緊急制動不靈敏或不起緊急制動作用 原因分析： 1.緊急模板穿孔，當列車管急劇減壓時，緊急室壓力空氣通過穿孔處流向緊急活塞下側，因而形不成使緊急活塞下移的壓力差，或形成壓差較晚； 　　2.緊急活塞中心限孔過大，使緊急活塞兩測形成的壓力差較小，難以推動先導閥頂桿； 　　3.安定彈簧過強，緊急活塞兩側壓力差，雖然形成，但緊急活塞因安定彈簧過強而難以下移； 　　4.先導閥桿別勁，放風閥彈簧過強或導向桿卡位，雖然緊急活塞兩側的壓力差大且緊急活塞也下移，但緊急活塞桿壓不開或不易壓開先導閥和放風閥，所以造成不起緊急制動作用或緊急制動靈敏度差。 3.5.2 緊急室充風時間不合格 原因分析： 1.緊急室充氣時間過長：緊急活塞桿上的徑向限孔Ⅳ（Φ0.5）或軸向限孔Ⅲ（Φ2.3）或濾塵套被雜質堵塞或接觸部有漏風。 　　2.緊急室充氣時間過短：充氣限孔過大；緊急活塞桿頂部凹穴密封圈漏泄；緊急膜板穿孔，不入槽，上下活塞漏泄，制動管壓力空氣除經限孔向緊急室充氣外，還通過漏泄部位向緊急室充氣。 3.5.3 緊急室排風時間不合格 原因分析： 23 1. 緊急室排氣時間過長：緊急活塞桿上的橫孔過小或被臟物堵塞。 2. 緊急室排氣時間過短：緊急活塞桿上的橫孔過大或活塞桿端面與先導閥頂桿 上端面接觸不平，嚴重漏風造成的；還有就是緊急膜板穿孔。 3.5.4 常用制動時起緊急制動作用： 原因分析： 　　1.安定彈簧弱，緊急活塞兩側形成的壓力差極易壓縮安定彈簧； 　　2.緊急活塞軸向限孔過小或被異物堵塞，當制動管減壓時，緊急室的壓力空氣要經活塞桿軸向孔向制動管逆流，但由于限孔堵塞，很快就在緊急活塞兩側形成較大的壓力差，使緊急活塞下移，產生緊急制動。 3.5.5 緊急制動后緊急管充氣時排風口大漏 原因分析： 1.放風閥與閥座間有夾雜物，造成制動管壓力空氣向排風口大漏； 2.放風閥套內粗糙度差，使放風閥別勁，放風閥彈簧過弱或折損，因此即使緊急室壓力空氣己經全部排盡，但放風閥仍不能恢復到原來的關閉位置； 3.先導閥頂桿配合太緊，阻力大，而先導閥彈簧和放風閥彈簧又弱，當緊急制動以后，制動管再充氣，由于放風閥導向桿上的先導閥口不能關閉或關閉不嚴，所以放風閥口將大量排放列車管的風，影響列車正常運行。 第四章 總體控制電路部分 4.1總體控制過程 鐵路列車的制動系統(tǒng)由機車制動裝置和車輛制動裝置組成，它是保證列車安全運行的關鍵設備。其基本原理是將列車運行的動能轉化為熱能或其他能力，是列車能按運行要求減速或停車，并在緊急情況下保證列車停車的安全性。按其作用原理，制動過程可分為制動、保壓和緩解三個過程，各種過程作用基本原理如下： 24 （1）制動過程——列車管減壓，車輛制動機使副風缸內的壓力空氣進入制動缸，再通過基礎制動裝置，使閘瓦壓在車輪踏面上或閘片壓在制動盤上，使車輪減速，再利用車輪和鋼軌間的摩擦力，產生組織列車向前運動的制動力。列車管減壓可以分步減壓，以產生階段制動作用。 （2）保壓過程——列車管減壓后停止繼續(xù)減壓，保持列車管、副風缸和制動缸的壓力不變，但摩擦系數隨速度變化而有變化，因此制動力也有所變化。 （3）緩解過程——在制動或保壓作用以后，司機操縱制動控制裝置使列車管增壓，此時車輛制動機動作使列車管壓力空氣充入副風缸，制動缸壓力空氣排入大氣，從而松開閘瓦或閘片，消除輪軌間的制動力。自動空氣制動機只有一次緩解作用，而使用電空制動控制可實施分步增壓的階段緩解作用。 當制動閥手柄置于緩解位Ⅲ時，總風缸的風經制動閥進到列車管（充風增壓），并進入三通閥，將其中的（主）活塞推至右極端（緩解位）并經三通閥活塞套上部的“充氣溝”進入副風缸。此時，制動缸經三通閥（緩解槽和排氣孔）通大氣。如制動缸原來在制動狀態(tài)則可得到緩解。當制動閥手柄置于制動位Ⅰ時，列車管經制動閥通大氣（排風減壓），副風缸的風壓將三通閥（主）活塞推向左極端（制動位），從而打 25開了三通閥上通往制缸的孔路，使副風缸的風可通往制動缸，產生制動作用。當制動閥手柄置于保壓位Ⅱ時，列車管既不通總風缸也不通大氣，列車管空氣強保持不變。此時，副風缸仍繼續(xù)向制動缸供風，副風缸空氣壓強仍在下降。當副風缸的空氣壓強降至列車管空氣壓強略低時，列車管風壓會將三通閥（主）活塞向右反推至中間位置（中立位或保壓位），剛好使三通閥通制動缸的孔被關閉（遮斷），副風缸停止向制動缸供風，副風缸空氣壓強不再下降，處于保壓狀態(tài)，制動缸空氣壓強不再上升，也處于保壓狀態(tài)。如在制動缸升壓過程中將手柄反復置于制動位和保壓位，則制動缸空氣壓強變可分階段上升，即實現階段制動。 氣動控制 空氣制動執(zhí)行 輪軌關系 4.2壓力采集系統(tǒng)設計方案 整個壓力采集系統(tǒng)分別由數據采集、數據處理、數據傳輸、數據接收單元4部分組成。數據采集單元負責采集制動缸、列車管和副風缸的壓力信號，數據處理單元負責將檢測到的壓力信號經過信號調理電路放大并通過A/D轉換器進行數模轉換然后接入單片機進行編碼并轉存到外擴存儲器中。信號傳輸單元負責將外擴存儲器收集的壓力數據經過無線發(fā)射裝置傳送到中央PC進行數據分析與處理。 數據采集單元 數據處理單元 數據傳輸單元 數據接收單元 壓力傳感器 A/D轉換