120型空气制动机（共3篇）
120型空气制动机 篇1
1 铁路货车制动的重要意义及发展
1.1 货车制动系统的重要意义
铁路是国民经济的大动脉, 对国民经济的发展起着十分重要的作用。特别是近年来, 随着我国国民经济的持续、快速、稳定的发展, 铁路管理和研究部门通过一系列的体制改革、管理改革和技术革新, 使我国的铁路事业取得了令人瞩目的成绩。然而为了适应快速增长的客、货运量的要求, 从1997年起, 铁道部先后进行了6次大提速。随着列车速度的提高, 载重量的增加, 安全问题的重要性日益突出。因此, 制动系统作为列车运行中安全保障的最有效装备之一, 其技术的发展意义非常重大。
1.2 铁路货车制动阀的发展
目前, 我国铁路货车制动阀的主型产品是120型空气制动阀。而在120型空气控制阀大批量投入运用之前, 我国的铁路通用货车采用的空气制动机经历了从K型空气控制阀到GK型空气控制阀, 从103型空气控制阀到120型空气控制阀发展阶段。目前, 长大重载列车发展到120-1型空气控制阀。其中, K型阀和GK阀主要应用于四五十年代的30吨级至50吨级货车制动系统中。随着铁路货车重载要求的提高, K型阀或者是GK阀的作用性能已经逐渐不能满足使用要求。铁道部科研机构联合有关车辆厂研究了103阀以及目前的120型制动阀。
2 120型空气控制阀的结构及作用
2.1 120型空气制动阀的组成结构
120型空气制动阀主要由中间体、主阀体、紧急阀3部分组成。其中, 主阀体由作用部、减速部、加速缓解部、紧急二段部、局减部以及半自动缓解阀等几部分组成。
2.2 120型空气制动阀的作用原理
120型制动阀的控制作用有初始充气及减速充气、常用制动、制动保压、充气缓解及紧急制动等作用。
120型控制阀的系统结构如图1所示:
2.2.1 初始充气及减速充气位的作用原理
列车在编组后的初始状态为列车管以及各种制动支管、120阀体各管路内均无空气。为了能使120阀发生制动作用, 就需要列车管向各个阀体的通路内冲入空气。充气状态时, 列车管内的空气一部分进入紧急阀;另一部分由中间体通路, 经滑阀上的充气孔分别向副风缸和加速缓解风缸冲入空气。还有一部分空气直接进入作用部的上端。由于货车编组数量大, 前部列车充气较快。因此, 在前端车辆中进入活塞上部的空气, 就会压缩作用部活塞带动滑阀下移, 关闭滑阀上的正常充气孔, 连通了滑阀上的减速充气孔, 如此就实现了前端列车的减速充气、后部列车快速充气的作用, 实现了整列列车的充气一致性。当副风缸的压力与列车管的压力均达到600 k Pa的定压时, 处于减速充气位的活塞又会带动滑阀一起向上移动恢复初始位置。所不同的是, 各管路中已经充满了空气。
2.2.2 常用制动的作用原理
常用制动分为第一阶段局减和第二阶段局减两个过程。在第一阶段局减中, 列车管减压较快, 副风缸内的空气推动作用部主活塞带动节制阀向上移动, 由于摩擦力的作用, 滑阀并没有移动。这样就关闭了主阀与副风缸和加速缓解风缸的通路, 而打开了主阀通向中间体内局减室的通路, 列车管内的空气, 就可以通过中间体内局减室连通大气的通路, 排向大气。当列车管的压力继续减小, 作用部主活塞继续上移至极点, 滑阀在空气的压力作用下也向上移动, 关闭了列车管和中间体内局减室的通路, 打开了列车管和局减阀的通路, 此时, 列车管的空气经局减阀的通路进入制动缸。通过制动活塞带动基础制动装置的移动, 实现了制动作用。
2.2.3 制动保压的作用原理
在常用制动过程中, 副风缸的风源源不断的进入制动缸。当副风缸的压力小于560 k Pa时, 作用部活塞带动节制阀下移, 而滑阀仍然不动, 这样就关闭了副风缸和制动缸的通路。实现了制动保压的作用。
2.2.4 充气缓解的作用原理
在充气缓解中, 作用部的活塞受空气压力的影响, 带动滑阀一起向下移动。制动缸内的空气便会通过滑阀上的缓解槽通道, 经由加速缓解阀活塞外侧与大气的连接通路排向大气。由于这个通路的排气孔较小, 因此, 在空气还没有全部排入大气时, 加速缓解活塞外侧已经积累了一定得压力。这时便会推动加速缓解活塞下移, 同时推动加速缓解阀的顶杆, 打开加速缓解阀内的夹心阀, 此时加速缓解风缸的空气便由此通路进入列车管, 从而保证了后部车辆的快速充气缓解作用。
2.2.5 紧急制动的作用原理
当列车遇到突发情况, 就需要进行紧急制动。此时列车管迅速排气, 作用部活塞上部会立刻减压, 迅速移动到最上端。副风缸的空气经滑阀迅速充入制动缸。同时, 列车管的迅速减压, 也会促使紧急阀活塞下部的空气压力迅速降低, 紧急阀活塞就会向下移动, 推动紧急阀顶杆向下移动, 打开放风阀内的夹心阀, 将列车管内的空气迅速排入大气。如此, 制动缸的压力一直保持最大, 列车就会发生紧急制动作用。
3 120型空气制动阀在应用中的常见故障及处理方法
3.1 120阀在应用中主要存在以下故障:
充气后主阀排气口排风不止。产生此种故障主要有两种原因:一是滑阀与滑阀座, 或节制阀与滑阀背面贴合不严, 漏出的是副风缸的压力空气。另外一种原因是, 紧急二段阀O形密封圈故障, 引起列车管压力空气漏向大气。
单一车辆不出闸。单一车辆不出闸的原因有多个。其中的一个原因是半自动缓解阀拉手使用时被卡住, 缓解阀顶杆没有复位。
3.1.1 在制动保压位中, 部分车辆发生自动缓解作用。
发生此种故障除了机车原因外, 很有可能就是缓解阀排气口, 或者是调整阀排气口有泄漏的原因。
3.1.2 在常用制动缓解时不能发生缓解作用
产生这样故障的原因之一是120制动阀的作用部发生故障, 使得制动缸排气口不能排气。
3.1.3 在紧急制动位时不能发生紧急制动
主要原因是紧急活塞杆径向排气孔孔径过大。
3.2 120型制动阀常见故障的处理方法
我们可以看出, 出现以上故障多是由于120型控制阀的内部部件发生故障。因此, 处理以上故障的方法多为更换120控制阀的各种部件即可。对于部分无法修复的问题, 需要更换新的120阀。
4 120型制动阀应用中的几点建议。
基于120型控制阀在应用中出现的常见故障, 为增强120制动阀的使用寿命及最大性能的发挥, 特提出以下3点建议。
4.1 更换性能更加优良的油脂
由于目前使用的油脂在润滑方面还有一定的不足, 常常使得滑阀与滑阀座的摩擦力过大, 导致不能发生正确的制动控制作用。
4.2 更换现用的橡胶垫模版
目前, 我国使用的橡胶模版的使用寿命都很短, 而且密封性也会有不同程度的欠缺。建议使用外国车体中采用的, 中间带有纤布结构的橡胶垫。当然, 这同时也需要对阀体进行部分改造。
4.3 加装列车管空气净化装置
在120型空气控制阀的检修过程中, 经常会发现, 因为在使用中的空气灰尘较多而造成制动阀的故障。因此, 保证空气的清洁, 也是延长120型空气制动阀使用寿命的有效措施。
摘要：为了适应铁路快速增长的客、货运量的要求, 从1997年起, 铁道部先后进行了6次大提速。随着铁路货车提速、重载的需求, 安全问题日益突出。制动系统作为列车运行中安全保障的最有效装备之一, 其技术的发展有着非常重要的意义, 而制动系统的核心部件就是制动阀, 制动阀性能对列车的行车安全起着决定性的作用。我国铁路货车制动阀的主型产品是120型空气制动阀, 本文对该制动阀的作用原理进行了介绍, 并就实际应用对120阀提了几点建议。
关键词：制动,120阀,作用原理
参考文献
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120型空气制动机 篇2
关键词：车辆,GK型制动机,升级,制动倍率
1 GK型制动机的概况
制动机的意义及在铁路运输中的作用:一方面是使列车在任何情况下减速或停车, 确保行车的安全;另一方面也是提高列车的运行速度, 提高牵引重量, 即提高铁路运输能力的重要手段。列车制动力是一种可以由司机控制和调节的人为引起的阻力, 是由机车、车辆制动装置产生的通过轮轨粘着作用形成的阻止列车运行的外力。
GK型三通阀是我国货车用主型三通阀, 数量约占全部货车三通阀总数的3/4。GK型三通阀是在K2型三通阀的基础上改进而成的, 构造上由四大部分组成:递动部、作用部、减速部、紧急部。GK型三通阀有六个作用位置:减速充气减速缓解位、全充气全缓解位、常用急制动位、常用全制动位、制动保压位、紧急制动位。
我国客货车辆制动机使用的各型三通阀, 均系制动机发展过程中早期产品。货车用GK型三通阀虽然在结构和作用上有所改进, 但基本作用原理没有改变。它们均系二压力机构直接作用方式, 作用性能简单, 结构形式落后, 作用灵敏度低, 制动波速低, 运用中制动力衰减严重, 不适应高速、长大列车的需要。同时, 由于使用金属研磨件多, 造成检修工作量大, 检修周期短。
2 我单位现有车辆现状
我单位现有两台载重60吨的平板车, 安装GK型空气制动装置, 手动空重车自动调整装置, ST2-250型闸瓦间隙自动调整器制动缸直径356mm。此种制动机作用灵敏度低, 制动波速相对也低, 因而列车纵向波动大, 造成列车后部车辆常发生制动不良或缓解较慢现象。当制动缸发生漏泄或活塞行程发生变化时, 制动缸压力也随之变化, 制动机的不衰减性较差。
3 GK型制动机现车改120型制动机可行性分析
为保证改造顺利进行, 首先要确保制动机改造后车辆制动倍率满足设计需要, 其次在尽量少改变原有车辆装置的情况下达到制动系统匹配, 完成改造任务。
3.1 改装时车辆制动倍率验证
改装后的车辆制动倍率应适中, 制动倍率过小, 要保证足够的闸瓦压力, 必须考虑提高制动管定压, 或增大制动缸直径, 则会造成空气制动系统耐压强度及漏泄严重的问题, 或者增大制动缸直径带来不便安装布置的困难;制动倍率过大, 又会带来闸瓦磨耗, 引起制动缸活塞行程显著伸长, 影响制动效果, 检修工作量大的问题。因而改装首先要保证制动倍率符合要求。以下为制动倍率计算简图:
依据以上制动倍率计算简图制动缸活塞推力传达到第Ⅱ位轴闸瓦, 经过制动缸前杠杆和前转向架的制动杠杆两个杠杆, 计算如下β2=L1/L2× (L3+L4) /L4。
计算说明从制动缸到第Ⅱ位轴闸瓦的制动倍率, 等于作用力传递所经过的传动杠杆的主动力臂乘积与从动臂乘积的比值。因此, 同理可以求的其他各轴的制动倍率。
第Ⅰ位轴制动倍率制动缸活塞推力传达到第1位轴闸瓦, 经过制动缸前杠杆, 前转向架的制动杠杆和固定杠杆三个杠杆, 其制动倍率为β1=L1/L2× (L3+L4) /L4。
第Ⅲ位轴制动倍率制动缸活塞推力传达到第Ⅲ位轴闸瓦, 经过制动缸前杠杆, 制动缸后杠杆和后转向架的制动杠杆等三个杠杆, 其制动倍率为:β3=L1/L2× (L3+L4) /L4。
第Ⅳ位轴制动倍率制动缸活塞推力传达到Ⅳ位轴闸瓦, 经过制动缸前杠杆、制动缸后杠杆、后转向架的制动杠杆和固定杠杆等四个杠杆, 其制动倍率为:β4=L1/L2× (L3+L4) /L4。
从上述计算结果可知, 各轴的制动倍率相等, 即每一轴的制动倍率都等于制动缸杠杆对上拉杆传力的放大倍数L1/L2与制动杠杆由上拉杆向中部制动梁传力的放大倍数 (L3+L4) /L4的乘积。如果不计闸瓦悬挂的影响, 则全车制动倍率为:β=4×L1/L2× (L3+L4) /L4。
制动倍率是基础制动装置的重要指标, 制动倍率的大小与制动缸活塞行程及闸瓦与车轮踏面之间的间隙 (闸瓦间隙) 大小无关, 仅与基础制动动装置各杠杆的孔距尺寸有关。
3.2 制动系统匹配实际验证
我单位现有GK型制动机车辆装有:副风缸 (59升) 、制动缸 (356×254) 、降压风缸 (60吨以上车辆为17升) 、ST2-250型闸瓦间隙自动调整器、空重车调整装置 (手动) 。
标准120型制动机要求为:副风缸 (60升) 、制动缸 (356×254) 、降压风缸 (60吨以上车辆为17升) 、加速缓解风缸 (11升) 、ST2-250型闸瓦间隙自动调整器、空重车调整装置。
以上对比可得, GK型制动机与120型空气制动机的副风缸制动缸容积比都为3.25。副风缸容积与制动缸容积比并不是一个常数, 在制动计算中取容积比为3.25、实际上不是真正的容积比, 而是考虑了各种因素之后的一种“换算容积比”。改造时可不改变副风缸容积及制动缸鞲鞴直径, 只需在原有车辆 (载重60吨) 基础之上加装一个加速缓解风缸 (11升) 、120分配阀管座, 另外更换分配阀, 改装相应管路, 即可达到所需要求。
4 结论
综上分析说明, 改装后的120制动机制动时制动缸内的最大压力仍可保证与原有GK制动机一致, 不会引起制动缸压力过高。另外基础制动杠杆尺寸没有变化, 最终制动倍率仍可与原有车辆相匹配, 不会因为制动倍率过大或过小而造成种种问题。改造后, 可保证其具有新型120制动机的各种优越性, 消除了因为制动机型号较多, 给检修、材料配备等方面带来不便, 车辆制动波速相对低的不足, 车辆混编时的种种不便。
参考文献
[1]车辆制动装置.中国铁道出版社, 2001.
120型空气制动机 篇3
空压机排气温度过高也直接影响到气缸活塞环的使用寿命和气缸的气密性, 且气缸内的润滑油由于温度过高而分解, 容易烧坏活塞环, 情况严重时会引起爆炸, 因此在空压机试验中对排气温度的监测不可或缺。
1 VV120 型空压机的结构及工作原理
VV120 型空压机由380 V三相交流电机驱动, 采用3 缸 ( 1 个高压缸, 2 个低压缸) 两级压缩结构 ( 见图1) 。其工作原理是: 外部气流通过空气滤清器清洁后进入2 个低压缸中进行一级压缩, 然后经过中间冷却器冷却, 冷却后的压缩空气再进入高压缸进行二级压缩, 压缩后的空气再次回流至冷却器进行冷却, 形成高压低温的气体, 进入干燥器进行干燥清洁处理, 最终进入列车空气回路。
2 理论计算
根据VV120 型空压机工作原理和热力学理论[1], 推断出空压机排气温度的计算公式如下:
式中: T1为气缸的进气温度, K; T2为气缸的排气温度, K; P1为气缸的进气压力, MPa; P2为气缸的排气压力, MPa; N为空气压缩过程的多变指数。
由式 ( 1) 可知, 气缸的压缩比 ( P2/ P1) 、T1、N是影响空压机排气温度的3 项主要因素。如果空压机运行时排气温度超标, 则该3 项指标超过标准值, 在持续超标的温度下工作进而引发空压机故障。
若不考虑管道阻力, 低压缸的进气压力P低1即为当地的大气压力减去空气过滤器的阻力, 低压缸的排气压力P低2即为冷却器的一级进气压力, 因此在正常情况下低压缸的压缩比P低2/ P低1变化很小;如果空压机运行中由低压排气至高压进气间管道堵塞导致阻力增大, 或当低压缸的排气阀或高压缸的吸气阀发生故障时, 低压缸排气压力P低2增大, 从而使低压缸的压缩比P低2/ P低1增大。若不考虑管道与冷却器的阻力, 高压缸的进气压力P高1即等于低压缸的排气压力P低2, 当低压缸工作正常时其变化不大, P高2则主要根据车辆运行状态而调整, 在满足车辆运行气压的前提下, 此压力越低, 则空压机耗电更少, 工作更经济, 排气温度也随之降低。如果空压机运行中高、低压缸的吸、排气阀发生故障或管路和冷却器堵塞导致阻力增大时, 都会使高压缸排气压力P高2增大, 从而使高压缸的压缩比P高2/ P高1增大, 排气温度升高。
第1 级气缸 ( 低压缸) 的进气温度T低1即为室外温度, 该温度随不同的季节而变化, 但由于空压机本身散热对周围温度的影响, 空压机的进气温度总是略高于室外温度。若不考虑进气管道的热损失, 第2 级气缸 ( 高压缸) 的进气温度T高1即为经过冷却器一次冷却后的的出口温度。而冷却器的冷却效率直接影响一次冷却后的出口温度, 进而影响高压缸的排气温度。
多变指数N受冷却器的影响, 根据冷却器的热平衡公式推算可导出[2]:
式中: F—冷却器的冷却面积, m2; k—冷却器的传热系数, 一般取20 ~ 25 kcal/m2h℃ ; Δtcp—冷却器管壁的平均温差, ℃; T空出、T空入—进入冷却器的空气出、入口空气温度, ℃; t风入、t风出—通过冷却器的冷却风温度, ℃; r—压缩空气密度, kg/m3; v—通过冷却器的空气容积, m3/ h; Cp空—空气定压比热, 0. 24 kcal/kg℃ ; W—通过冷却器的冷却风消耗量, kg / h。
由 ( 2) 式可以看出, 对于空压机的二级冷却系统, 压缩空气经过冷却器后的出口空气温度T空出与进入冷却器的入口空气温度T空入和进入冷却器的压缩空气量v成正比, 而与冷却风的温差, 冷却器的面积F、冷却风量W和传热系数k成反比。在冷却风扇功率恒定和冷却器不变的情况下, 为了得到较低的出口空气温度, 空压机运行中应首先保证两级压缩缸工作正常, 气缸排气温度不能过高, 其次保证冷却器的传热效率[3,4]。
空压机运行过程中可以通过冷却系数和欠冷值2 项指标来判断空压机冷却是否良好。
根据冷却器设计计算值, 对于工作良好的冷却器, θ 值应在0. 45 ~ 0. 7 之间, 如 θ 值大于0. 7 则表明冷却器冷却风量不足、冷却面积不够, 气路堵塞、传热效率下降, 这时必须对空压机进行检查。欠冷值为空压机排气温度T空出与通过冷却器进口风t风入的差值, 此值应不大于30 ~ 40 ℃。
3 数据监测与分析
根据上述理论分析, 对广州地铁一号线大修车辆的VV120 型空压机进行实测, 其中1 号机为新机, 性能正常, 用于测量对比高压缸进气温度, 2 ~ 5 号机为大修前机组。因低压缸排气温度比高压缸的低, 且测量温度值受空压机内部管路热传导影响较大, 故对低压缸不再分析。测量时在高压缸进气和排气管路、低压缸的排气管路和冷却器散热风出口处装有温度传感器。机组测试报告如图2 所示, 横坐标为测试时间 ( s) , 左侧纵坐标为气压 ( bar) , 右侧纵坐标为温度 ( ℃) , 测试结果如表1 所示。
由表1 可以看出, 除1 号机和4 号机外, 2、3、5号机的排气温度都在60 ℃以上, 通过对2、3、5 号机及后续进行大修的40 台空压机组进行拆解和分析, 空压机排气温度过高的主要因素为:
( 1) 冷却器工作状态不良, 热传导性能不足, 故障率约占10% 。拆解2、3 号机的冷却器, 发现冷却器内腔积碳, 需进行清洗, 增大冷却器的通风量, 才能降低压缩机的排气温度;
( 2) 进气过滤系统状态不良, 吸气阻力过大, 此项占大修空压机故障比例最高, 达到69% 。对比低压缸进气压力和检查吸气滤芯发现, 2、3、5 号压缩机的吸气滤芯表面尘堵, 需要更换新品以减少吸气阻力, 降低压缩机功耗;
( 3) 设备本身缺陷, 此故障比例约占21% 。如高、低压缸的吸 ( 排) 气阀不严、气管管路结垢堵塞、输气截面缩小、阻力增大、活塞环漏气、气缸余隙容积过大等都会导致排气温度升高, 需对空压机进行检查和清洗, 更换相关故障部件。
4 日常维护
针对上述分析, 可采取相关措施, 如修订检修规程, 日常维护过程中定期更新空压机油和进气滤芯等, 同时在空压机大修规程中更新相应的故障备件, 保证空压机正常运行。此外检修人员在运行中对空压机要进行监测, 发现异常立即落车进行维修处理。根据空压机运行时的进气温度、进排气压力和温度, 计算相应的欠冷值和冷却系数, 专业技术人员即可对空压机运行工况进行评价, 及时对空压机进行维护, 保障地铁列车运行的安全。
参考文献
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