104L型空氣分配閥的研制

田 宇,朱迎春,池 海,安 鴻,劉保華,吳正雨

(1.眉山中車制動科技股份有限公司,四川 眉山 620010;2.北京縱橫機電科技有限公司,北京 100094)

目前,我國鐵路客車主型分配閥為二壓力制式的104型空氣分配閥(以下稱104閥),裝車比例約80%。104閥作用部采用滑閥結(jié)構(gòu),滑閥結(jié)構(gòu)需要研磨,但研磨質(zhì)量不易控制,容易導致漏風現(xiàn)象,發(fā)生自然緩解,影響104閥性能穩(wěn)定性,縮短其檢修周期及使用壽命。

104閥檢修周期為A1修,采用滑閥副主動潤滑技術(shù)的主動潤滑104閥檢修周期可延長到A2修。由于滑閥副運動屬于金屬摩擦運動,長時間運動摩擦后不可避免地會造成金屬面劃傷,要進一步延長104閥檢修周期已很困難。根據(jù)中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題——客車新型制動閥技術(shù)研究(N2018J023)合同要求,需研制新型客車制動閥以滿足旅客列車運行速度等級提升及安全性提高的要求,新型客車制動閥即為104L型空氣分配閥(以下稱104L閥)。

1 研制的目標

104L閥需滿足以下要求:(1)適應我國鐵路客車運用環(huán)境,符合司機操作習慣;(2)采用柱塞結(jié)構(gòu)代替滑閥密封副;(3)安裝接口與現(xiàn)有104閥一致,性能與現(xiàn)有104閥一致,可以與現(xiàn)有104閥混編運用;(4)適應現(xiàn)有104型集成電空制動機安裝要求;(5)適應環(huán)境溫度±50 ℃及其他現(xiàn)有的運用環(huán)境;(6)預計檢修周期達到A3修(120萬km)。

2 主要研究內(nèi)容

104L閥是在104閥的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的,大量借鑒了現(xiàn)有的成熟結(jié)構(gòu)。104L閥包括鋁合金主閥、鋁合金緊急閥、中間體等部件(圖1)。

圖1 104L閥結(jié)構(gòu)圖

2.1 主閥結(jié)構(gòu)

104L閥與104閥的最大區(qū)別在作用部。104L閥主控機構(gòu)(作用部)采用全新的柱塞結(jié)構(gòu)(圖2)取代原104閥的滑閥結(jié)構(gòu)(圖3),通過主活塞上下動作帶動各止閥的開關(guān),實現(xiàn)原滑閥副移動所產(chǎn)生的各作用。104L閥作用性能完全由加工手段和精度控制,徹底摒棄了憑個人技藝進行滑閥研磨生產(chǎn)的情況,解決了滑閥副間漏泄這一慣性質(zhì)量問題。

圖2 104L閥作用部

圖3 104閥作用部

2.2 夾布橡膠膜板

為了滿足橡膠膜板檢修周期為A3修的運用要求,104L閥采用夾布橡膠膜板,以提高橡膠膜板的強度,延長其使用壽命。

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

104L閥采用了無滑閥結(jié)構(gòu),主膜板采用接近平面的漸梯形結(jié)構(gòu)(圖4),夾布工藝簡單,有利于質(zhì)量控制。此外,由于夾布橡膠膜板與閥體不接觸,可解決主膜板長期與閥體相互接觸、摩擦產(chǎn)生的變形與破損問題。

圖4 104L閥漸梯形結(jié)構(gòu)膜板

2.2.2 工藝驗證

夾布橡膠膜板采用漸梯形結(jié)構(gòu),由于有一定的斜度,深度不深,成型時夾布變形不大,不容易打折,合格率較高;由于增加了纖維布的骨架材料,強度大大提高,疲勞壽命遠遠高于現(xiàn)有純膠膜板的壽命。經(jīng)試驗驗證,夾布橡膠膜板低溫性能良好,能達到分配閥的靈敏度要求。

2.3 采用鋁合金鑄造技術(shù)

104L閥鋁合金主閥安裝接口與104閥主閥一致;104L閥鋁合金緊急閥是在104閥緊急閥基礎(chǔ)上,把現(xiàn)有的鑄鐵緊急閥體、緊急閥蓋、放風閥蓋改為鋁合金材質(zhì)。

2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用重力鑄造結(jié)構(gòu),閥蓋無工藝堵,杜絕了由于工藝堵密封不嚴造成漏泄的可能(圖5)。

圖5 閥蓋、閥體重力鑄造結(jié)構(gòu)

2.3.2 耐腐蝕性高

104閥可能會因為閥體自身銹蝕造成內(nèi)部清潔度不良。而104L閥的閥體、閥蓋等部件均采用鋁合金鑄造,提高了鑄件表面鑄造精度,減少了鑄件內(nèi)部腔室夾砂等缺陷,經(jīng)過表面處理后提高了鑄件的耐腐蝕性。鹽霧試驗也表明,同等條件下,ZL111鋁合金的無銹蝕時間是鑄鐵的20倍以上。

2.3.3 質(zhì)量輕

由于采用鋁合金材料,也大大減輕了閥體質(zhì)量,104L閥與104閥相比,其中主閥減輕了7.8 kg(約36.3%),緊急閥減輕了2.5 kg(約55.6%)。質(zhì)量的減輕,一方面可降低生產(chǎn)人員及各站段檢修人員的勞動強度,另一方面也減輕了車輛的自重,符合鐵道車輛輕量化的要求。

3 整機試驗驗證

對試制的104L閥樣機進行了單閥試驗、單車試驗、列車試驗、耐久試驗、振動和沖擊試驗、低溫試驗、電空試驗等各項試驗驗證。

3.1 單閥試驗

104L閥樣機在705型試驗臺上進行了單閥的性能試驗,初充氣和充氣位漏泄試驗,緊急制動位漏泄試驗,制動和緩解靈敏度、穩(wěn)定性、全緩解、均衡靈敏度試驗等,試驗結(jié)果均符合設(shè)計要求。

3.2 單車試驗

按照TB/T 1492—2017《鐵道車輛制動機單車試驗》標準,采用單車試驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)在單車試驗臺上對104L閥樣機進行了初充氣、不同減壓量的制動緩解動作點與性能的測試(圖6、圖7),結(jié)果表明,104L閥單車性能和動作點與104閥一致。104L閥與104閥基本性能和動作點對比見表1、表2。

表1 104L閥與104閥的基本性能對比(定壓600 kPa)

表2 104L閥和104閥動作點分析對比(定壓600 kPa)

圖6 單閥試驗

圖7 單車試驗

對比表1、表2數(shù)據(jù)可知,104L閥與104閥性能參數(shù)基本一致,可以滿足與104閥進行混編的需要。

3.3 列車試驗

對104L閥樣機進行了20輛專列試驗(圖8)及104L閥分別與104閥、F8閥的混編試驗。結(jié)果表明,104L閥制動、緩解動作正常,常用制動、緊急制動波速比104閥略高,緩解波速與104閥一致;混編試驗時各閥制動、緩解動作正常。

圖8 列車試驗

3.4 耐久試驗

為考驗104L閥的使用壽命與作用可靠性,在30萬次循環(huán)耐久試驗(圖9)后進行了單車試驗。結(jié)果表明,104L閥作用性能良好,分解后發(fā)現(xiàn)各膜板、夾心閥、O形圈等橡膠件無破損、開裂等現(xiàn)象,彈簧無破損、變形等現(xiàn)象,各金屬運動副之間有明顯的均勻摩擦痕,各限孔無堵塞現(xiàn)象。

圖9 耐久試驗

104L閥經(jīng)過30萬次循環(huán)耐久試驗后,整機性能試驗符合TB/T 1492—2017要求,各零部件狀態(tài)良好,能夠保證正常的運行要求,可以滿足檢修周期為A3修(120萬km)的需求。

3.5 振動和沖擊試驗

試驗樣機在電動振動試驗臺上按照GB/T 21563—2018《軌道交通 機車車輛設(shè)備 沖擊和振動試驗》中1類B級功能性隨機振動要求和沖擊試驗要求進行了振動和沖擊試驗(圖10),樣機在振動時及沖擊后又分別進行了單車性能試驗,結(jié)果均符合TB/T 1492—2017要求。

圖10 振動和沖擊試驗

3.6 低溫試驗

為考驗104L閥低溫環(huán)境下的作用性能,對3套樣機進行了-50 ℃、48 h低溫性能試驗(圖11)。試驗結(jié)果符合Q/CR 614—2017《鐵道客車104型空氣分配閥技術(shù)條件》中低溫試驗要求。

圖11 低溫試驗

3.7 電空試驗

104L閥裝在104型集成電空制動機上進行了電空試驗(圖12),試驗結(jié)果滿足Q/CR 521—2016《鐵道客車 104 型集成電空制動裝置技術(shù)條件》中104型集成電空制動功能試驗的要求。

圖12 電空試驗

4 結(jié)論

104L閥大量借鑒成熟結(jié)構(gòu),采用了無滑閥結(jié)構(gòu)設(shè)計以及新型夾布橡膠膜板、鋁合金鑄件等新技術(shù)。各項試驗表明,104L閥達到了保持104閥作用性能、提高可靠性、檢修周期達到A3修(120萬km)、適應各型車輛安裝要求的設(shè)計目標,能夠適應我國鐵路客車運用環(huán)境,符合司機操作習慣,滿足鐵路客車電空制動對分配閥的要求。