《列車制動技術(shù)》第二章自動空氣制動機綜述

第二章自動空氣制動機綜述,本章的主要內(nèi)容：自動空氣制動機的基本性能、機構(gòu)形式和控制方法；提高制動機性能的主要手段；列車管內(nèi)的空氣波、空氣波速率；列車的制動波、制動波速率；,第一節(jié)緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度,一、三通閥發(fā)生制動作用的條件列車管開始排風(fēng)減壓。足夠快的減壓速度。一定的動作時間。原因：當三通閥主活塞在緩解位時，列車管和副風(fēng)缸在充氣溝處是相通的。列車管減壓速度低，副風(fēng)缸的風(fēng)可經(jīng)過充氣溝向列車管逆流；減壓速度高，則逆流來不及。,二、緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度的概念,緩解穩(wěn)定性：制動機不會因列車管的正常泄漏而造成意外制動的特性（列車管容積很大，不可能保持絕對密封，少量泄漏是難免的）。制動靈敏度：同樣是對制動機性能的要求，指的是當司機施行常用制動而操縱列車管進行減壓時，制動機則必須發(fā)生制動作用。,三、緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度的極限值,緩解穩(wěn)定性要求的減壓速度臨界值為0.51.0kpa/s，意味著列車管的減壓速度在此臨界值之下，就不會發(fā)生制動作用。制動靈敏度要求的減壓速度臨界值為510kpa/s，意味著列車管的減壓速度超過此臨界值，就必須發(fā)生制動作用。注意：緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度都是對列車管減壓速度的要求。,四、影響緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度的因素,充氣溝橫斷面的大小。充氣溝橫斷面的大，逆流速度快，緩解穩(wěn)定性就好，但制動靈敏度就差一些。主活塞移動阻力。阻力小則閥的制動靈敏度高，如果阻力太小了，緩解穩(wěn)定性又可能不合格了。,結(jié)論：保證制動機的緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度往往是相互矛盾的。設(shè)計制動機時，緩解穩(wěn)定性和制動靈敏度必須統(tǒng)籌兼顧，既要保證在列車管減壓速度低于緩解穩(wěn)定性要求的臨界值時不會發(fā)生自然制動，又要保證在減壓速度達到制動靈敏度規(guī)定的臨界值時必定能起制動作用。,第二節(jié)列車管局部減壓,一、早期三通閥的問題列車管減壓只是靠機車制動閥排風(fēng)來實現(xiàn)的。排風(fēng)口大則排風(fēng)速度快，列車管減壓速度也快。常用制動和緊急制動的區(qū)別。機車制動閥排風(fēng)口由一變二，排風(fēng)速度的不同，可讓列車管獲得兩種不同的減壓速度。受列車管空氣壓強控制的機車車輛的各個三通閥據(jù)此區(qū)分常用制動與緊急制動。,自然緩解。列車編組加長，如果機車制動閥排風(fēng)口過大，排風(fēng)速度太快，則列車前部減壓速度雖然可以很快，但是沿列車長度的減壓速度衰減也很厲害，列車后部的壓力空氣向前涌時列車前部的空氣壓強將回升并發(fā)生自然緩解。,解決這個問題的辦法在機車制動閥排風(fēng)減壓之后，每輛車的三通閥動作時，使列車管壓力空氣在該閥也獲得一個排氣出口，或讓列車管的風(fēng)排一部分到制動缸去，既可以逐輛加強列車管減壓，又可以使每輛車的制動缸獲得一定程度的增壓。,二、局部減壓,定義：對于機車或車輛上受列車管控制而且只控制本車制動作用的閥，排列車管的風(fēng)時，就認為是“附加排氣”或“局部減壓”(簡稱“局減”)。機車制動閥是控制列車管空氣壓強從而操縱全列車制動作用的閥，它的排風(fēng)減壓就不是“局部減壓”。,機構(gòu)設(shè)計及工作原理：為了使每個三通閥都能實現(xiàn)緊急局部減壓，在主活塞的外側(cè)加了一個“遞動彈簧”，在閥的下部加了一個緊急部。參看圖21。工作原理：,初充風(fēng)：列車管緊急減壓：副風(fēng)缸的風(fēng)r孔制動缸；副風(fēng)缸的風(fēng)t孔壓下緊急活塞緊急活塞桿壓下緊急閥緊急閥口開放；緊急閥室Y的壓力空氣開放的緊急閥口制動缸；緊急閥室Y的空氣壓強驟降，低于列車管的空氣壓強，止回閥被頂開：列車管的壓力空氣止回閥緊急閥室Y開放的緊急閥口制動缸；,列車管常用減壓：主活塞兩側(cè)壓差較小，無力壓縮遞動彈簧，t孔不開放，緊急局減作用不會發(fā)生。緊急局減停止：緊急制動時列車管空氣壓強要一直減到零，主活塞始終在緊急制動位。緊急活塞上方的副風(fēng)缸空氣壓強和列車管的空氣壓強都不斷降低，緊急活塞下方的制動缸空氣壓強不斷增加，緊急活塞上下壓差不斷縮小，緊急閥和緊急活塞在緊急閥和止回閥之間的彈簧作用下，會向上移動，緊急閥關(guān)閉，止回閥也隨之關(guān)閉，緊急局減停止。,緊急局減時讓列車管壓力空氣通往制動缸的弊端：制動缸壓強的上升較快，緊急局減停止較快，現(xiàn)代機車車輛制動機已改為將列車管的風(fēng)排向大氣既可獲得強烈可靠的緊急局減，又可防止制動力過大導(dǎo)致車輪滑行擦傷。,第三節(jié)常用安定性和緊急靈敏度,一、常用(制動)安定性和緊急(制動)靈敏度的概念常用(制動)安定性：列車管的減壓速度沒有超過常用(制動)安定性指標時要求制動機只能起常用制動而不能起緊急制動的性質(zhì)。緊急(制動)靈敏度：減壓速度達到緊急靈敏度指標時制動機必須起緊急制動的性質(zhì)。,二、常用(制動)安定性和緊急(制動)靈敏度的指標,常用安定性要求的列車管減壓速度臨界值范圍一般在3136kPas之間。制動靈敏度是常用制動時列車管減壓速度的下限，常用安定性則為上限，列車管減壓速度高于制動靈敏度指標，低于常用安定性指標，則制動機只能發(fā)生常用制動。,緊急靈敏度的范圍一般在5080kPas之間。如果列車管減壓速度高于緊急靈敏度指標，則制動機一定要發(fā)生緊急制動。常用(制動)安定性和緊急(制動)靈敏度的指標同樣是對列車管減壓速度的要求，列車管的減壓速度可由司機通過制動閥來控制。,三、常用安定性和緊急靈敏度的影響因素。,遞動彈簧的剛度：遞動彈簧的剛度太大，常用安定性要好，但不易起緊急；遞動彈簧的剛度太小，緊急靈敏度要好，常用安定性就差可能發(fā)生意外的緊急制動。副風(fēng)缸的減壓速度與列車管減壓速度是否相匹配，即緊急制動孔和常用制動孔的大小是否合適：緊急制動孔太大，緊急靈敏度就差，常用安定性就好一些。,四、結(jié)論,制動機的常用安定性和緊急靈敏度也是相互矛盾的。常用制動與緊急制動決定于主活塞的位置，只是幾毫米之差，常常容易顧此失彼，提高常用安定性就降低了緊急靈敏度，緊急靈敏度提高又易引起意外緊急制動。現(xiàn)代機車車輛普遍都把緊急部獨立設(shè)置成直接受列車管空氣壓強控制的緊急閥，與主閥相互獨立。,第四節(jié)常用急制動、減速充氣緩解與加速緩解,一、常用急制動需求：列車越來越長，列車前后部制動作用的時間差越來越大，僅僅在緊急制動時各個機車車輛有強烈的局部減壓已經(jīng)不能滿足要求了。人們希望在常用制動的時候也能有較好的列車前后部制動作用的一致性。,常用局減的機構(gòu)及工作原理(見圖22),機構(gòu)設(shè)計：在緊急部的緊急室Y的左側(cè)開小孔y，通向滑閥；在滑閥上開設(shè)急制動聯(lián)絡(luò)孔o和q。工作原理：常用減壓時，主活塞兩側(cè)的壓差使主活塞位于常用急制動位，可產(chǎn)生輕微的局部減壓。緊急室Y的壓力空氣y孔o孔q孔緊急活塞四周間隙制動缸；緊急室Y的空氣壓力降低，止回閥被列車管的壓力空氣頂開：列車管的壓力空氣緊急室Yy孔o孔q孔緊急活塞四周間隙制動缸；,常用局減結(jié)束條件：設(shè)計意圖：列車管的常用局減可使主活塞兩側(cè)壓差進一步擴大，使主活塞能稍稍壓縮遞動彈簧，左移到全制動位，使y孔和o孔錯開，局減結(jié)束。實際情況：常用制動都是急制動，急制動的停止是在機車制動閥置于保壓位之后，主活塞稍稍右移到急制動保壓位而實現(xiàn)的。,應(yīng)用：常用局減還是既要可靠，又要有增壓。我國103、l04和120等型制動機采用的兩階段局減，第一階段局減讓列車管的風(fēng)排大氣，第二階段局減讓列車管的風(fēng)排入制動缸。,二、減速充氣緩解,作用：提高列車前后部充氣緩解的一致性，減小列車的縱向沖動。機構(gòu)：在主活塞的活塞桿尾部右側(cè)，加上一個減速彈簧。,減速彈簧,原理:減速充氣緩解位：三通閥處于列車前部時，列車管增壓較快，主活塞尾部能壓縮減速彈簧，使主活塞到達右極端位（減速充氣緩解位）。，列車管的風(fēng)只能通過凸起部上一條很小的“限制充氣溝”進入滑閥室和副風(fēng)缸，充氣速度減慢；緩解速度減慢。全緩解位：當三通閥處于列車后部時，列車管增壓較慢、較弱，主活塞尾部不能壓縮減速彈簧，主活塞停在全緩解位，限制充氣溝不起作用，充氣不受限制；制動缸通過大通路排大氣，緩解也不受限制。,三、加速緩解,問題的提出：列車越來越長，列車管總?cè)莘e越來越大，列車管增壓速度也越來越低。解決辦法：仿照供制動時局部減壓模式，給每個車輛再配上一個供加速緩解或局部增壓用的風(fēng)缸（稱為加速緩解風(fēng)缸），緩解初期由加速緩解風(fēng)缸向列車管充風(fēng)，來提高列車管增壓速度。,原理：,加設(shè)加速緩解風(fēng)缸和加速緩解閥。緩解時，制動缸壓力空氣經(jīng)由分配閥或控制閥的排氣管路進入加速緩解閥，打開加速緩解風(fēng)缸到列車管的通路，然后才排入大氣，加速緩解風(fēng)缸的壓力空氣加速緩解閥列車管，產(chǎn)生局部增壓。初充氣時，列車管在向副風(fēng)缸充風(fēng)的同時，也通過止回閥向加速緩解風(fēng)缸充風(fēng)。,應(yīng)用：我國的Jz7、F8、104c、120等型制動機都具有這種加速緩解的性能。,第五節(jié)二壓力、三壓力機構(gòu)及制動機性能的“軟”和“硬”,一、制動機的分類參與主活塞平衡的壓力多少：制動機可分為二壓力機構(gòu)和三壓力機構(gòu)兩種。列車管壓強和主活塞動作是否直接控制其制動缸的制動與緩解：制動機可分為直接作用和間接作用兩種。,二、直接作用的二壓力制動機,前面介紹的三通閥就是一種二壓力機構(gòu)的直接作用的制動機，GK、120等型制動機就屬于這一類。結(jié)構(gòu)及特點：,主活塞的動作與否決定于作用在它兩側(cè)的空氣壓力平衡與否。其中一側(cè)是列車管的空氣壓力，另一側(cè)是副風(fēng)缸的空氣壓力。主活塞直接控制著制動缸的制動和緩解。副風(fēng)缸既參與主活塞的平衡，又承擔(dān)在制動時向制動缸供風(fēng)的任務(wù)，供風(fēng)量與制動缸的容積無關(guān)。制動缸壓強在長大下坡道固漏泄而衰減時也不能由副風(fēng)缸給予補充，否則會使三通閥發(fā)生自然緩解。,制動與否還取決于列車管減壓速度。當減壓速度低于緩解穩(wěn)定性的臨界值時，副風(fēng)缸來得及逆流，減壓量即使很大也不起制動作用。列車管是副風(fēng)缸唯一的風(fēng)源，具有一次輕易緩解性能，緩解較快。如果給副風(fēng)缸增加第二個風(fēng)源，例如L、GL型制動機的附加風(fēng)缸，則也可以有階段緩解性能。,三、直接作用的三壓力制動機,構(gòu)造（如圖）：主活塞和活塞桿是垂直放置，活塞桿中空。主活塞上方通列車管，下方通工作風(fēng)缸，第二活塞上方通制動缸，下方通大氣。,原理：三壓力：列車管、工作風(fēng)缸、制動缸的壓力共同決定活塞的位置。無風(fēng)狀態(tài)：主活塞及活塞桿因自重落下，供排氣閥和充氣止回閥關(guān)閉，制動缸經(jīng)活塞桿中心孔和徑向孔通大氣。初充風(fēng)，制動機處于緩解狀態(tài)：列車管的壓力空氣主活塞上方；列車管的壓力空氣充氣止回閥副風(fēng)缸；列車管的壓力空氣充氣止回閥工作風(fēng)缸；,制動：列車管減壓，工作風(fēng)缸的空氣壓力推動主活塞上移，使活塞桿上方端接觸供排氣閥，將排氣的小閥口(活塞桿中心孔上端)關(guān)閉，活塞桿繼續(xù)上移，頂起供排氣閥，副風(fēng)缸的壓力空氣制動缸；保壓：列車管停止減壓，制動缸不斷增壓，當列車管、工作風(fēng)缸、制動缸的壓力處于新的平衡狀態(tài)時，活塞桿稍稍下移，關(guān)閉供排氣閥，活塞桿中心孔上端仍貼在供排氣閥上，處于關(guān)閉狀態(tài)。副風(fēng)缸停止向制動缸供風(fēng)，制動缸也沒有連通大氣。,緩解：列車管獲得一定的增壓量，向下作用于主活塞的力增大，活塞桿下移，活塞桿上端排氣的小閥口開放，制動缸的壓力空氣中空的活塞桿大氣。緩解同樣有保壓位。特點：主活塞的動作與否決定于三種壓力的平衡與否。副風(fēng)缸只承擔(dān)在制動時向制動缸供風(fēng)的任務(wù)而不參與主活塞的平衡。具有階段緩解的性能，但緩解比較慢。,具有徹底的制動力不衰減性。制動缸因漏泄而降壓時，副風(fēng)缸將經(jīng)過供氣閥口自動給制動缸補風(fēng)，恢復(fù)其原有的空氣壓強。制動與否只取決于列車管減壓量而與減壓速度無關(guān)，即緩慢減壓也制動。,四、制動機性能的“硬”和“軟”,軟性制動機定義：一般指的是二壓力制動機，其制動作用僅僅取決于列車管與副風(fēng)缸的壓差。制動時列車管風(fēng)壓稍低于副風(fēng)缸風(fēng)壓，就能起制動作用，而緩解時列車管風(fēng)壓稍高于副風(fēng)缸風(fēng)壓，即發(fā)生完全緩解作用。,特點：具有一定的緩解穩(wěn)定性。具有必要的制動靈敏度。列車管壓力高于副風(fēng)缸2030kpa，制動機一次緩解完畢。三通閥的作用只取決于主活塞兩側(cè)的壓差，與定壓無關(guān)，因此適用于不同的列車管定壓。例：列車管定壓由500kpa更改為600kpa，閥的作用不變。,硬性制動機三壓力機構(gòu)的制動機，其制動與緩解作用除受列車管壓力變化控制外，還要受到工作彈簧（也稱定壓彈簧）和制動缸壓力的控制。硬性制動機的特點：緩慢減壓也制動，即沒有穩(wěn)定性。這主要是因為工作彈簧的壓力沒有衰減性造成的。具有階段緩解的性能，列車管必須達到工作彈簧的定壓，制動機才能夠徹底緩解，而且緩解的快慢受列車管增壓速度的制約。,列車管的定壓在應(yīng)用中不能改變，如果工作彈簧是按照500kpa設(shè)置的，則列車管風(fēng)壓即使增加到600kpa也起不到效果，制動時列車管減壓至500kpa以上時是不會發(fā)生制動作用的。結(jié)束語：制動機性能的軟和硬也是相對的。不能說三壓力就都是硬性制動機，二壓力就都是軟性制動機，它們也是可以轉(zhuǎn)化的，都可以變成半軟半硬的制動機。（如下圖）,半硬性制動機,硬性制動機,第六節(jié)列車管空氣壓強對制動缸的間接控制,一、機車上采用間接控制制動機的原因如采用直接控制的制動機，機車上除了要有總風(fēng)缸外，還要有一個容積不小的副風(fēng)缸。由于長大下坡道“交互涼閘”的需要，機車必須有單獨制動和單獨緩解的性能。制動缸的制動和緩解受列車管空氣壓強間接作用機構(gòu)應(yīng)運而生。,二、機車分配閥,結(jié)構(gòu)：（如圖）主閥部：相當于一個三通閥，只是副風(fēng)缸換為工作風(fēng)缸（容積?。?、原制動缸的位置換成了作用室。作用部：分別通總風(fēng)缸、作用室和制動缸。第二活塞下方通作用室上方通機車制動缸。,均衡部作用部,作用原理列車管減壓制動：主活塞左移：工作風(fēng)缸的壓力空氣作用室；第二活塞上移，活塞桿頂開制動缸供排氣閥：總風(fēng)缸供排氣閥口制動缸；列車管增壓緩解：主活塞右移：作用室的壓力空氣滑閥緩解溝大氣；第二活塞下移，活塞桿頂部離開制動缸供排氣閥：制動缸的壓力空氣中空的活塞桿大氣,機車單獨制動或緩解：通過單獨制動管或單獨緩解管直接控制作用室的壓力便可實現(xiàn)。,三、車輛分配閥,結(jié)構(gòu)及原理：可參照機車分配閥，大同小異。作用部和均衡部的叫法有些區(qū)別,優(yōu)點：長大下坡道制動缸漏泄時副風(fēng)缸可以自動給制動缸補風(fēng)而沒有發(fā)生自然緩解的問題。閘瓦磨耗后制動缸行程增大時，制動缸壓強不會降低。因為制動缸空氣壓力參與了第二活塞的平衡。,第七節(jié)自動制動閥對列車管空氣壓強的間接控制,一、問題的提出列車的編組輛數(shù)越來越多，各個列車的編組輛數(shù)也不一致，對操縱控制機構(gòu)的靈敏度、準確性和充排氣容量的要求也日益提高。解決方法：對列車管空氣壓強的控制是間接作用，在自動制動閥與列車管之間插進了一個均衡風(fēng)缸和一個中繼機構(gòu)。,控制關(guān)系：自動制動閥均衡風(fēng)缸中繼閥列車管壓強。二、機構(gòu)形式內(nèi)燃機車JZ7型制動機和電力機車DK1型制動機用的“膜板活塞加雙閥口”而且?guī)н^充的中繼閥。司機通過控制均衡風(fēng)缸的風(fēng)壓來間接控制列車管壓強。蒸汽機車ET6等型制動機用的“給風(fēng)閥加均衡活塞”的中繼機構(gòu)。,作用原理：充氣緩解：均衡風(fēng)缸增壓，膜板活塞右移，供氣閥1開放，總風(fēng)缸的壓力空氣總風(fēng)管7供氣閥1列車管6；,過充：為了加快列車管的充氣速度，中繼閥膜板左側(cè)沒有過充活塞4和過充風(fēng)缸9，過充風(fēng)缸的風(fēng)壓通過在過充活塞膜板活塞的平衡。列車管壓強必須超過額定壓強，才能使膜板活塞回到保壓位。過充風(fēng)缸的風(fēng)會慢慢排向大氣，列車管將慢慢恢復(fù)定壓。,保壓：中繼閥膜板左側(cè)均衡風(fēng)缸的壓力和右側(cè)列車管的壓力平衡。供氣閥、排氣閥均關(guān)閉。充氣時，均衡風(fēng)缸壓強是多少，列車管壓強也必須充到多少才結(jié)束；排氣時，均衡風(fēng)缸減到什么壓強，列車管也必須減到什么壓強。,制動：均衡風(fēng)缸減壓，膜板活塞左移，排氣閥2開放，列車管6的壓力空氣排氣閥2排氣口8大氣。,三、有關(guān)總風(fēng)缸給列車管補風(fēng)的問題,緩解狀態(tài)給列車管補風(fēng)，以保持列車管的定壓，這是沒有問題的。在制動保壓狀態(tài)給列車管補風(fēng)的問題，補風(fēng)有可能引起制動機緩解。具有階段緩解性能的制動機緩解不了多少，無關(guān)大局。沒有階段緩解性能的制動機來說，一旦緩解就徹底緩解，是很危險的。,采取的措施：ET6型和DKl型制動機都在自動制動閥施行制動時切斷了總風(fēng)缸(或給風(fēng)閥)與列車管的聯(lián)絡(luò)通道。Jz7型制動機上有一個總風(fēng)遮斷閥和一個客貨車轉(zhuǎn)換閥，當轉(zhuǎn)換閥置于貨車位時，自動制動閥只要施行制動，也會自動切斷總風(fēng)源。,第八節(jié)列車管減壓量與制動缸壓強的關(guān)系及列車管有效減壓范圍,一、基本原理自動空氣制動機的工作過程中，壓力空氣的壓強和容積不斷在變化。壓強與容積的變化是有一定的關(guān)系的。為簡化計算起見，通常把制動機內(nèi)壓強和容積的變化過程看作是等溫變化過程。根據(jù)波義耳馬略特定律，等溫過程中空氣壓強與容積之間的關(guān)系為：,二、三通閥的有關(guān)計算列車管減壓量對制動缸壓強的影響：忽略因素：制動時副風(fēng)缸向列車管的逆流；局部減壓。制動前以及制動保壓時，副風(fēng)缸的壓強和列車管壓強相等。,三通閥制動前后的壓容關(guān)系可列式如下（制動前制動缸容積可認為是0）：,列車管額定絕對壓強,列車管減壓量,制動缸額定絕對壓強,計算結(jié)果：換算成相對壓強，取副風(fēng)缸與制動缸的等效容積比為3.25：,結(jié)論：在運用中，副風(fēng)缸與制動缸容積比已經(jīng)是定值，所以制動缸壓強只取決于列車管減壓量。司機操縱列車制動時，只要控制列車管減壓量，即可掌握制動力的大小。,列車管有效減壓量最小有效減壓量：由式分析，r30.8kpa，制動缸活塞就應(yīng)移動。制動缸緩解彈簧一般按制動缸活塞的“背壓”為35kPa來設(shè)計計算。應(yīng)有：r42kpa。,實際試驗中，列車管減壓量約為20kPa時即能將制動缸活塞推動。原因：緩解彈簧的阻力隨其壓縮量而增大，它只是在制動缸活塞行程達到200mm時才相當于背壓35kPa。規(guī)定：單車試驗時的最小減壓量為40kpa；列車試驗和列車運用中為50kpa。,最大有效減壓量：僅由式分析:r越大，制動缸壓強越大，但這是有限制的。當副風(fēng)缸向制動缸充風(fēng)充到兩者壓強相等，在此之后，列車管如再繼續(xù)減壓，制動缸壓強也不會再增加，屬無效減壓量。,計算分析：當副風(fēng)缸向制動缸充風(fēng)充到兩者壓強相等時，制動前后的壓容關(guān)系：,當列車管定壓為500kpa時，制動缸最大壓強為360kpa，列車管最大有效減壓量為140kpa；當列車管定壓為600kpa時，制動缸最大壓強為430kpa，列車管最大有效減壓量為170kpa。,客車,貨車,三、分配閥的有關(guān)計算計算分析：工作風(fēng)缸壓強與列車管壓強在制動前后相等（有效減壓量內(nèi)）；制動缸的壓強等于容積室的壓強；容積室在制動前后均有空氣。,理論公式：,103型制動機的半經(jīng)驗公式：重車位的空氣壓強：空車位的空氣壓強：,空車系數(shù),第九節(jié)空氣波和空氣波速,一、概述機車制動閥排出列車管的壓力空氣使列車管減壓，機