摘要：随着我国铁路机车速度日益增高及牵引重量不断增长，对机车制动机的安全性、可靠性及可维护性等提出了更高的要求。机车制动机采用对列车管及制动缸管的压力进行控制以实现机车制动作用，而传统机车制动缸压力控制一般采用分配阀进行控制，分配阀主要根据列车管压力变化而动作，使机车实现制动、保压和缓解作用。
关键词：机车；制动缸；压力控制；改进设计
1传统制动缸压力控制部件结构原理
我国传统电力机车制动缸压力控制部件一般采用109型分配阀。109型分配阀主要由主阀部、均衡部和紧急增压部三部分构成，其中主阀根据列车管压力变化来控制容积室压力，均衡部根据作用管压力变化控制机车制动缸压力，紧急增压部用于紧急制动时容积室压力快速增压。
1.1主阀部主要功能
主阀部是分配阀最关键的组成部分，主阀部鞲鞴利用列车管和工作风缸的压力差使主阀部鞲鞴带动节制阀相对于滑阀以及带动滑阀相对于滑阀座移动，分别使对应通路连通或切断，从而产生充风、缓解、局减、制动和保压作用。
1.2 均衡部主要功能
分配阀均衡部根据主阀部产生的容积室或单独控制的作用管压力变化，使均衡部相关部件动作，以控制制动缸的充风、保压和排风，实现制动、保压和缓解作用。
1.3紧急增压部主要功能
紧急增压部由增压阀杆、增压阀弹簧和增压阀套等组成。只有当列车管压力下降，而下侧的容机室压力增大，并增大到一定值或者列车管降低到较低压力时，增压阀杆向上移动到上部位置，打开紧急增压通路与容积室连通通路，形成容积室的增压作用。
2传统制动缸压力控制结构特点分析
分配阀作为我国传统机车制动机制动缸压力控制的关键部件，从多年的运用情况来看，其有以下优点：1）分配阀集成了主阀部、均衡部、紧急增压等功能，其结构紧凑、性能可靠，同时考虑了结构和性能上的继承性，便于运用人员掌握、维护和检修。2）紧急增压部具有紧急制动时向容积室充风及补风功能，确保制动缸压力不会因为容积室漏泄造成机车制动缸压力缓解。同时，分配阀也存在着以下缺点：1）随着交流机车检修技术要求的提升，要求制动系统零部件检修周期加长，而主阀部滑阀结构实际检修维护周期已经不适应现代交流机车检修要求。2）分配阀的滑阀结构采用的是金属接触密封结构，其加工精度、风源的清洁度及检修维护要求高，容易因润滑脂流失导致卡滞、漏风等故障。从以上分析可以看出分配阀有着自己独特的优点，但由于现代制动系统安全性、可靠性、可维护性要求提升，在机车制动系统设计时应充分考虑机车实际运用工况及检修维护要求，对传统制动缸压力控制进行优化改进。
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3机车制动缸压力控制改进方案
3.1制动缸压力控制原理
改进后的制动缸压力控制原理采用了气路、部件冗余等方式，制动缸压力控制由容积室压力控制、常用制动压力控制、紧急制动压力控制组成，其控制部件主要由三通阀、容积室增压阀、作用阀、紧急旁路控制部件等组成，分别实现分配阀的主阀部、均衡部及紧急增压部的功能。
3.2容积室压力控制
容积室压力主要由三通阀控制的容积室压力以及容积室增压阀输出压力经预控双向阀比较后输出而成。其中三通阀主要用来实现分配阀主阀部功能，它采用橡胶密封的柱塞式结构，其主要运动部件由主活塞以及滑动套组成，滑动套可相对于主活塞移动，模拟节制阀动作，同时主活塞可带动滑动套上下移动，模拟滑阀与滑阀座相对移动的相关通路。正常工作时，三通阀根据列车管及工作风缸的压差带动主活塞上下移动，并带动主活塞与滑动套的相对运动实现列车管、工作风缸和容积室通路的沟通与切换，产生制动、保压和缓解作用。容积室增压阀产生容积室增压输入压力，只有当列车管压力降至一定压力值以下，增压阀才打开容积室增压通路，实现容积室压力控制的冗余。
3.3 常用制动压力控制
常用制动压力控制分为正常情况以及制动机失电（空气位）情况两种。正常情况下，由制动控制单元（BCU）控制的电子分配阀根据常用制动指令将产生制动缸预控压力，实现对作用管的控制，作用阀输出制动缸压力，同时三通阀根据常用制动时列车管的变化产生容积室压力输出至切换阀处，作为作用管控制压力冗余。制动机失电（空气位）情况下，作用阀将只根据三通阀控制的容积室压力来控制制动缸压力。由于该方案采用结构成熟的作用阀实现分配阀均衡部功能，作用阀结构及原理本文不作详述。
3.4 紧急制动压力控制
紧急制动压力将由多路压力进行控制，实现压力控制冗余。紧急制动时，电子分配阀输出紧急制动预控压力经切换阀至作用管，通过作用阀输出制动缸压力；三通阀与容积室增压阀产生的压力将输出至切换阀处作为热备冗余；同时紧急旁路控制部件产生的压力将输出至双向阀处，与作用阀输出的压力经比较取大后输出至制动缸管。该方案中，多路压力的输出及控制实现了紧急制动时制动缸压力的控制要求，保证紧急制动压力控制的安全。
3.5试验验证及方案分析
通过多次试验验证，上述方案制动机试验参数符合TB/T3343—2014《微机控制的机车制动系统单机试验及评定》的规定。该方案采用了新结构三通阀，其满足标准对分配阀的各项性能参数要求。优化后的机车制动缸压力控制方法，与传统109型分配阀相比具有以下优点：1）结构上避免了分配阀主阀部滑阀结构的缺陷，采用了橡胶密封柱塞结构的三通阀，增加了检修维护周期，降低用户检修维护成本。2）原理上对分配阀均衡部进行冗余设计，避免了制动机单点失效故障，提高了制动机的安全可靠性。3）容积室增压通路的设计避免了因容积室泄漏而造成制动缸压力缓解故障。
结论
总的来说，该方案从管路原理上针对机车制动缸压力控制进行了优化，选用了检修维护周期适应性好的三通阀等制动缸压力控制的执行部件，并针对分配阀均衡部功能进行了冗余，提高了制动机的安全性、可靠性、可维护性。
参考文献：
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论文作者:李全福
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：压力论文; 分配阀论文; 容积论文; 机车论文; 紧急论文; 滑阀论文; 作用论文; 《电力设备》2018年第18期论文;