（车辆工程专业论文）低温120阀性能预测及试验标准探讨.pdf

摘要 摘要 随着国民经济的迅速发展，铁路作为我国经济发展的命脉，越来越受到各方面的关 注。由于原有铁路运行速度低，不能适应快速发展的现代化建设要求。为解决现有运能 不足与需求快速增长的矛盾，铁道部将提速和重载作为我国铁路运输的发展方向。从 1 9 9 7 年开始，共进行了6 次大面积提速，作为安全保障装备之一的空气制动系统也成了 研究的重点。 由于我国幅员辽阔，南北温差大，北方地区的冬季气温非常低，近年来，我国铁路 车辆在低温条件下暴露出来的问题逐渐增多，其中制动系统问题最为突出，这要求铁路 车辆的制动系统需要有一个良好的温度适应性，特别是需要有良好的低温特性。现有的 试验标准主要是针对常温环境测试，低温时出现故障的制动系统，常常在常温试验满足 试验标准要求，许多制动工作者已经意识到需要了解低温制动系统特性，意识到制定低 温试验标准的重要性。 本文用仿真的方法系统研究单阀的低温特性，通过使用1 2 0 阀试验台仿真程序，仿 真低温环境下1 2 0 阀在7 0 5 试验台上的试验，仿真试验包括主阀和紧急阀试验共1 6 项 试验，按试验的性质主要可分为充排气类试验和灵敏度类试验两类。充排气类试验包括 初充气试验、缓解试验和紧急室充气试验等；灵敏度类试验包括制动和灵敏度试验及紧 急灵敏度试验。还有一些试验如主阀缓解试验、逆流孔试验和加速缓解试验等。 试验结果表明低温环境下1 2 0 阀的性能有一定的变化，温度对部分试验结果有一定 的影响，充排气类试验在低温时的充排气时间都有不同程度的增加，如初充气试验中， 5 0 与2 7 相比，副风缸充气时间增加了1 6 9 ；缓解试验中，5 0 与2 7 相比，制 动缸的排气时间增加了1 5 8 ；灵敏度类试验中，制动灵敏度、缓解灵敏度和紧急灵敏 度在低温时都有不同程度的提高，5 0 与2 7 相比，制动灵敏度升高了8 5 ，缓解灵 敏度升高了9 2 ，紧急灵敏度升高了3 6 。还有一些试验不受温度影响，如局减阀性 能试验、加速缓解试验、主阀缓解试验等。 通过分析仿真试验的结果，发现了低温环境下制动系统性能变化的规律，分析出温 度对1 2 0 阀性能的影响，并初步拟定低温环境下1 2 0 阀在7 0 5 试验台上的试验标准，为 进一步制定低温试验标准和规范提供依据。 关键词：铁路；制动；试验台；气体流动；仿真 大连交通大学工学硕+ 学位论文 a b s t r a c t a l o n g 诵t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o u n t r y ，a st h ev i t a l st h ee c o n o m yd e v e l o p m e n t ，t h e r a i l w a yt r a n s p o r ti sa t t e n t e db yv a r i o u sf a c e t d u et ot h el o ws p e e d ，r a i l w a y st r a n s p o r td o e sn o t s u i tf o rt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o u n t r ye c o n o m ym o d e m i z a t i o nc o n s t r u c t t os o l v et h e c o n f l i c tb e t w e e nt h el a c k t r a n s p o r ta b i l i t ya n dt h ei n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t ，t h er a i l w a y m i n i s t r yr e g a r d e dt h es p e e d u pa n dt h eh e a v y - h a u la st h ed i r e c t i o n f r o m19 9 7 ，s i xs p e e d u p o ng r e a ta r e ah a db e e na c t u a l i z e d ，a st h ee q u i p m e n to fs e c u r i t y ，a i rb r a k es y s t e mb e c a m et h e e m p h a s i so fr e s e a r c h t h e r ei saw i d es p r e a do fa r e aa n da b i gd i f f e r e n tt e m p e r a t u r eb e t w e e nt h es o u t ha n dn o r t h o fo u rc o u n t r y ，e v e nt h et e m p e r a t u r ei sv e r yl o wi ns o m ea r e a si nw i n t e r t h ev e h i c l e so fo u r c o u n t r yh a sm u c hm o r ep r o b l e m si nl o w - t e m p e r a t u r ed u r i n gr e c e n ty e a r s ，a n de s p e c i a l l y b r a k i n gs y s t e mp r o b l e m s ，v e h i c l eb r a k i n gs y s t e m sn e e dt o h a v eag o o dt e m p e r a t u r e a d a p t a b i l i t y ，e s p e c i a l l ye x c e l l e n tl o w - t e m p e r a t u r ep r o p e r t y e x i s t i n gt e s ts t a n d a r di st a r g e t e d m a i n l y a tn o r m a l t e m p e r a t u r e e n v i r o n m e n tt e s t b r e a k d o w no fb r a k i n gs y s t e ma t l o w - t e m p e r a t u r e ，i tc a ns a t i s f yt h en o r m a lt e m p e r a t u r et e s ts t a n d a r d ，m a n yb r a k i n gs y s t e m w o r k e r sr e a l i z et h a ti ti s n e c e s s a r yt ok n o wt h el o w - t e m p e r a t u r ep r o p e r t yo fb r a k i n g s y s t e m ，a n dr e a l i z et h ei m p o r t a n c et oe s t a b l i s ht h et e s ts t a n d a r da tl o w - t e m p e r a t u r e t h i sp a p e rs t u d i e si t sp r o p e r t yo fl o wt e m p e r a t u r e 谢t 1 1t h es i m u l a t i o nm e t h o d ，u s i n g12 0 d i s t r i b u t i o nv a l v et e s tr i gs i m u l a t i o np r o g r a m m e ，t h i sp a p e rs i m u l a t e dt h e12 0d i s t r i b u t i o n v a l v et e s ti n7 0 5t e s tr i ga tt h el o w - t e m p e r a t u r e t h e r ea r e16k i n d so ft e s t ，i n c l u d em a i nv a l v e t e s ta n de m e r g e n c yv a l v et e s t a c c o r d i n gt ot h en a t u r eo fe x p e r i m e n t s ，t h et e s t sc a nb e d i v i d e di n t ot w ot y p e s ，s u c ha sf i l l i n ge x h a u s tt e s t sa n dt h es e n s i t i v i t yt e s t s a n di tc a m et ot h ec o n c l u s i o nt 1 1 a tt h ep e r f o r m a n c eo f12 0d i s t r i b u t i o nv a l v eh a sc h a n g e d t os o m ee x t e n t s t e m p e r a t u r eh a ss o m ee x t e n t si n f l u e n c et ot h er e s u l to fs o m et e s t s t h et i m e o fc h a r g i n ga n de x h a u s t i n gh a si n c r e a s ea tl o w - t e m p e r a t m ec o m p a r i n gt h er e s u l t so f - 5 0 。c a n d2 7 c ，t h ec h a r g i n gt i m eo fa u x i l i a r yr e s e r v o i ri n c r e a s e s16 9 ，w h i l et h er e l e a s et e s tt h e e x h a u s t i n gt i m eo fb r a k ec y l i n d e ri n c r e a s e s 15 9 ；t h es e n s i t i v i t yo fb r a k e 、r e l e a s ea n d e m e r g e n c yh a si n c r e a s ea tl o w - t e m p e r a t u r e ，c o m p a r i n gt h er e s u l t so f 一5 0 。c a n d2 7 c ，b r a k e s e n s i t i v i t yi n c r e a s e s8 5 ，r e l e a s es e n s i t i v i t yi n c r e a s e s9 2 ，e m e r g e n c ys e n s i t i v i t yi n c r e a s e s 3 6 ；s o m et e s t sa r en o ta f f e c t e db yt e m p e r a t u r e ，s u c ha st h ep e r f o r m a n c et e s tq u i c ks e v e i c e l i m i t i n gv a l v e 、a c c e l e r a t e dr e l e a s et e s t 、m a i nv a l v er e l e a s et e s ta n d , s oo n a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nr e s u l t so fl o w t e m p e r a t u r et e s t ，f i n d i n gt h eb r a k es y s t e m c h a n g er u l ea tt e m p e r a t u r e ，p r e d i c tt h ep e r f o r m a n c ec h a n g eo f12 0d i s t r i b u t i o nv a l v e ，t h e p a p e rd e t e r m i n e st h e12 0d i s t r i b u t i o nv a l v et e s ts t a n d a r di n7 0 5t e s tr i ga tl o w - t e m p e r a t u r e 摘要 a n dp r o v i d e ss o m er e f e r e n c e st oe s t a b l i s h12 0d i s t r i b u t i o nv a l v et e s tr i gt e s ts t a n d a r da t l o w - t e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：r a i l w a y ；b r a k e ；t e s tr i g ；a i rf l o w ；s i m u l a t i o n i i i 第一章绪论 第一章绪论 铁路是国民经济的大动脉，它联系着工业与农业、城市与乡村、首都与边疆，对国 家的政治、经济、文化、国防、人民生活和国际交往等都有重要的影响。铁路是我国的 主要运输方式，铁路的客货运量占我国总运量的5 0 ，在国民经济发展中起着不可替代 的重要作用，随着经济的发展，铁路的作用将更加重要。 自1 9 9 7 年以来，铁道部对我国干线铁路先后进行了六次大规模的提速，效果非常 明显，提速战略使我国铁路焕发出了新的生机与活力。经过六次大规模提速，铁路的提 速网络覆盖全国大部分地区和主要城市，已经成为长途客运的主要方式。 由于我国铁路运输形式属于客货混跑，客车的大范围提速使得货车提速成为必然， 但是，由于货车转向架性能、制动装置性能、线路质量、管理调度等方面因素的制约， 铁路货物列车运行速度在全国范围内大提速的环境下，仍没有大幅度的提高，为此，在 2 0 0 0 年北京召开的重载运输委员会会议上，铁道部提出了“重载、密度、高速”的货车发 展方向，鼓励铁路工厂和相关研究机构试验研制高速货车转向架和制动系统，以适应市 场的需求，为铁路的进一步提速提供更大的空间。从长远来看，铁路运输运力、运量的 提高必将对我国铁路运输业的发展，乃至整个国民经济的发展起到十分重要的带动作 用。 1 1 研究目的和意义 铁路货车是完成铁路货物运输任务的运载工具，而制动装置是铁路货车的重要组成 部分之一，是机车车辆实施减速和停车作用的执行机构，是确保列车运行安全的必备装 置。对现代铁路而言，制动的重要性不仅仅是安全问题，制动已经成为制约列车速度和 牵引质量进一步提高的重要因素。 由于我国幅员辽阔，南北温差大，北方地区的冬季气温非常低，近年来，我国铁路 车辆在低温条件下暴露出来的问题逐渐增多，其中制动系统问题最为突出，许多制动问 题的产生并不是由于制动系统的结构问题，有故障的制动系统，常常在常温试验满足试 验标准要求，而在低温时出现问题。这要求铁路车辆的制动系统需要有一个良好的温度 的适应性，特别是需要有良好的低温特性。现有的试验标准主要是针对常温环境测试， 许多制动工作者已经意识到常温和低温环境下制动系统会表现出很大差异，需要了解低 温制动系统特性，以及制定低温试验标准的重要性。研究低温制动性能时，如果采用试 验的方法，会耗费大量的人力、物力，而用仿真的方法研究，既可以节省试验时间，也 可以节省研究费用。根据仿真结果，可以分析温度对列车制动系统的影响，找到低温时 大连交通大学丁学硕十学位论文 制动系统性能的变化规律，为以后制定低温实验台的试验标准提供参考，由于制动仿真 系统的开发难度很大，到目前为止，只有大连交通大学课题组开发出了试验台系统仿真 软件，还没有见到任何使用仿真系统研究低温特性的研究文章。因此，使用仿真系统研 究低温车辆阀性能作为尝试与探索，为将来研究低温试验标准提供一种理论分析手段。 同时本文的研究结果也为系统研究车辆分配阀低温特性、制定低温试验标准提供参考与 借鉴。对于解释低温制动异常现象的发生，消除异常现象也具有重要的指导意义。 1 2 我国铁路货车制动系统发展现状 建国5 0 多年来，特别是改革开放以来，为适应铁路快速、重载运输的需求，制动 系统采用了大量的新技术，并且取得了显著的成效。发展快速、重载货物列车是提高铁 路运输能力的主要措施，其关键取决于转向架和制动系统的性能【l 】。我国货车转向架经 过近几年来的大力发展和持续改进，已经基本定型，故制动技术成为货物列车今后发展 的关键【2 1 。 解放前，我国铁路货车辆装有的制动机，绝大部分是进口的产品，产品性能非常落 后。有部分货车甚至没有空气制动机，所以当时行车速度很低。 解放后，我国铁路车辆制动机工业得到了很大的发展，开展了大规模的制动机的研 制工作【3 】。在货车方面曾研制安装过m t - 1 3 5 型分配阀，并进1 ：3 过装有克诺尔型分配阀 的车辆，但因这些阀属于三压力阀，不能与我国车辆上使用的二压力阀混编而告终。1 9 5 6 年四方车辆研究所和齐齐哈尔车辆厂在k 型制动机的基础上增添紧急3 阶段上升性能， 并在降压气室上增设安全阀，改名为g k 型制动机 4 1 。随着铁路运输的不断发展，车辆 的载重和速度都相应提高，1 9 6 1 年开始研制1 0 3 型空气制动机，并于7 0 年代通过铁道 部技术鉴定后开始陆续装车。为适应货物列车长编组、重载的需要，1 9 8 9 年铁道部科 学研究院与眉山车辆厂着手研制新型制动机，在1 0 3 型空气制动机基础上进行改进，将 其间接作用原理改为直接作用原理，同时增加加速缓解作用，保留1 0 3 型空气制动机原 有优点，借鉴国多 i - n 动机的先进经验，全面调整了原有参数【5 】。此改进方案于1 9 9 3 年 通过铁道部技术鉴定后定型为1 2 0 型空气制动机并批量装车。目前，为了适应货物列车 提速的要求，相关研究单位和制造厂在1 2 0 型空气制动机基础上又研制了1 2 0 k 型货车 制动机【6 】。 1 2 0 阀是针对重载列车开发的新型分配阀，1 9 9 3 年鉴定以来，装车数量不断增加， 目前我国货车以1 2 0 分配阀为主。1 2 0 阀具有以下几个特点：( 1 ) 主控机构采用橡胶膜板 和金属滑阀结构。( 2 ) 设置加速缓解阀，与增加的一个加速缓解风缸相配合，使1 2 0 阀的 缓解波速大大提高，加速缓解阀的动作，开通了加速缓解风缸压力空气向列车管逆流的 2 第一章绪论 通路，从而达到加快列车管充气和提高缓解波速的目的。( 3 ) 适应压力保持操纵，1 2 0 阀 在主阀作用部的滑阀增设了一个眼泪孔，使控制阀在常用制动后的保压位时，沟通了列 车管和副风缸，这样可配合机车采用一把闸操纵以及在制动保压时机车对列车管漏泄有 自动补风功能，从而使列车在长大下坡道上基本保持匀速运行。( 4 ) 设置半自动缓解阀， 为了方便调车作业，节省人力和减少耗风量，在1 2 0 阀中增设了半自动缓解阀。它是靠 人工拉动该缓解阀的手柄后，就可使制动缸压力空气排入大气，达到缓解的目的。为了 检验1 2 0 阀的性能，需要在装车前对每个单阀进行试验，试验合格之后才能装车使用。 1 2 0 阀早期单阀试验使用7 0 5 试验台进行，目前一些单位仍在使用7 0 5 试验台对1 2 0 阀 进行检测1 7 j 。 1 3 制动系统试验的重要性 为保证车辆安全运行及停车，车辆制动机应按铁道部有关检修规程、规则进行定期 检修、日常维修工作，以保持良好的技术状态。目前我国车辆制动机的试验分为单车试 验、列车试验和单阀试验三种试验。 1 3 1 单车试验 单车试验是单车制动机试验的简称，是在车辆制动机进行摘车临修、摘车抽检或处 理制动故障，以及辅修以上修程时，所必须进行的一项作业，检查其修检质量是否符合 要求。货车及代用客车制动机，用货车单车试验器进行试验；客车制动机用客车单车试 验器进行试验。客车用单车试验器和货车用单车试验器的构造作用均相同，只是客车用 单车试验器的单车阀通路比货车的稍大些。单车试验器如图1 1 所示。 鬈动竣雷凑接器 图1 1 单车试验器 f i g 1 1s i n g l e c a r r i a g et e s t e r 3 大连交通大学工学硕士学位论文 由于现场试验条件的限制，单车试验器仅进行几项重要的试验项目，并不是针对车 辆阀而试验。单车试验共分为以下几种试验：制动管系统漏泄试验、全车漏泄试验、制 动及缓解感度试验、制动安全试验、阶段缓解试验、紧急制动试验、加速缓解阀试验、 半自动缓解阀试验、紧急制动阀试验。 1 3 2 列车试验 列车试验是列车制动性能试验的简称，又称列车试风，是列检工作中利用列车试验 器或机车对整个列车的制动机进行试验，以便事先发现制动机故障，及时进行处理。 列车试验器的总体结构如图1 2 所示。 集 图1 2 列车试验器 f i g 1 2p a s s e n g e rt r a i n 列车试验包括：漏泄试验、制动及缓解感度试验和制动安定性试验等。 1 3 3 单阀试验 三通阀、分配阀、控制阀以及闸调器、空重车自动调整装置等的阀类在分解、检修 后，须对性能进行必要的试验，以确认是否符合规定的要求。目前这种试验多数由微机 处理程序控制的试验台进行试验。下面介绍一下目前国内的主要几种单阀试验台。 7 0 1 型试验台用于客、货车三通阀试验，它是在三t 试验台基础上根据我国铁道车 辆制动机的实际情况研制的手动操纵的试验台。7 0 5 试验台原本是用于试验1 0 3 和1 0 4 型空气分配阀的试验台，后来也曾用它试验1 2 0 型空气控制阀。w k 7 0 5 试验台是在7 0 5 试验台的基础上，增加微机处理器控制的可以手动也可以自动进行试验的试验台。1 2 0 阀试验台是1 2 0 阀性能试验的专用台，是专门根据针对7 0 5 试验台试验1 2 0 阀的不足而 4 第一章绪论 开发的专用试验台。f 8 型空气分配阀试验台是专供f 8 型空气分配阀进行性能测试的试 验设备引。 1 4 目前国内外制动仿真发展现状 为适应列车发展需要，近年来一些国家突破传统的研究、设计空气制动系统的手段， 相继开展了制动系统的计算机模拟研究工作。空气制动系统的模拟研究工作主要分为两 个阶段：管路模型的建立及参数研究阶段，空气制动系统模型的建立及参数研究阶段。 管路模型是空气制动系统模拟研究的第一步，也是十分重要的一步。1 9 7 7 、1 9 7 8 、1 9 7 9 年，连续3 年美国新罕布什尔大学硕士研究生以空气制动系统模型为研究课题，初步建 立了a b d a b d w 阀及2 6 c 机车阀的空气制动系统模型。1 9 8 3 年，该大学博士生在上 述工作基础上，改进了管路系统模型，增加了a b d w 阀中加速紧急缓解止回阀、跃升 阀及高压室阀模型并改进了算法，成功地通过了博士论文答辩。1 9 8 6 年冬，在美国机 械工程师年会上，新罕布什尔大学、伊利诺伊工学院分别提交了制动模拟研究文章。他 们的模拟工作基本达到了实用阶段，但也存在着不足。伊利诺伊工学院的模型中忽略了 各缸之间的连接管，由三个容器分别代替副风缸、制动缸及紧急风缸，以小喷口代替各 缸之间流动阻抗。由于忽略了缸间连接管，其气体流动的缓冲现象得不到充分体现。新 罕布什尔大学的模型中没有谈及缸管连接处的处理方法。此外，上述两个模型中均未提 到多种工况连续仿真模型，如制动与缓解的相互转换，而这一点往往是设计者所关心的 问题，如长大坡道制动问题。美国的模拟模型主要包括2 6 c 机车自动制动机、a b d w 系列阀及副风缸、制动缸、紧急风缸等。由每一瞬时车辆阀接收到的瞬时列车管压力与 相应缸室压力相比较，确定缸室与管路间气体流动量【9 。1 们。印度的制动系统模拟研究也 极为活跃，但模拟主要适用于印度的真空制动系统。他们的模拟工作比较完善，如真空 制动模型中已包含列车管、制动缸、副风缸等，机车排气特性通过给排气口处列车管端 赋予一稳定压力实现。模拟结果较好地体现了制动系统的特性，特别是气体流动的等温 假设比绝热假设更接近于实验结果，并针对模拟速度较慢的问题，在模拟研究基础上， 将大量的模拟结果拟合成经验公式【1 1 。2 1 。1 9 8 6 年来，日本连续发表了几篇列车管减压特 性模拟及配套实验工作的文章。以日本铁道技术研究所田中宏先生为首的小组较详细地 对管路参数进行了研究，他们建立了由一根主管组成的管路模型，通过与实验研究对比 证明了模型的有效性。接着他们预测了不同直径条件下，列车管尾端减压时间与机车排 气口开口比关系，与列车长度关系及减压时间沿车长分布等规律。得出每辆车减压量相 同时机车排气口开1 ：3 比为0 2 4 时首尾车时间差为最大等重要结论【1 3 。”】。 5 大连交通大学工学硕士学位论文 目前国内对列车制动系统仿真系统的研究取得了一定的进展和成果，中国铁道部科 学研究院开发出列车初充气模型，可以仿真列车初充气过程【1 6 1 ；大连交通大学开发出列 车制动仿真模型和单阀试验台仿真模型【1 7 】，大连交通大学开发的列车制动仿真系统模型 根据气体流动理论和车辆分配阀原理，利用计算机计算气体瞬时状态和分配阀的工作状 态，可以仿真1 5 0 辆以内任意编组列车的制动系统性能，可用于研究列车管路几何尺 寸、各种缸容积、阀内孔孔径、阀内弹簧、活塞面积和重量等参数对制动系统性能的影 响，为制动系统的改进和方案优选提供了分析手段，同时为列车纵向动力学分析提供了 制动性能参数【1 8 1 。单阀试验台模型可以仿真单阀在试验台上的试验过程【1 9 。2 0 】。单阀试验 台模型已经应用在高原低气压对单阀试验性能的影响等工作和试验台初充气标准比较 研究中1 2 1 。2 2 】。我国的模拟研究工作除分析管路参数对减压特性及空气波速的影响外，还 应用到空气制动系统的特性预测上1 2 3 2 5 1 。同时f 8 阀和1 0 4 阀的制动仿真模型已经建立 完毕，可以用于预测f 8 阀和1 0 4 阀组成的客运列车制动系统性能【2 6 - 2 7 1 。 由于近年来，我国列车制动系统在低温时出现故障的现象逐渐增多，而目前对列车 制动系统的试验基本都在常温下施行，低温下制动系统的性能的变化规律一直是困扰着 铁路制动工作者的难题，由于现场在低温条件下没有充分的试验时间，也没有完备的试 验标准与之对应，制订低温试验标准一直是铁路制动系统工作者多年的愿望，本文通过 使用试验台仿真系统，进行了大量的低温环境下1 2 0 阀仿真试验，根据仿真结果，初步 制订了1 2 0 阀低温试验标准，本文的工作对于以后制订低温试验标准有一定的借鉴意义。 1 5 本文的主要内容 本文使用1 2 0 阀试验台计算机仿真模拟系统，仿真不同温度下单阀的试验性能，分 析温度对1 2 0 阀性能的影响，并初步拟定低温环境7 0 5 试验台上的试验标准。试验内容 包括：主阀试验中的初充气试验、制动和缓解灵敏度试验、局减阀性能试验、稳定性试 验、紧急二段阀试验、缓解试验、加速缓解试验、逆流孔试验；缓解阀试验中的通量试 验、制动缸缓解试验、副风缸和加缓风缸排气试验、主阀缓解试验；紧急阀试验中的紧 急室充气试验、紧急灵敏度及紧急室排气试验、常用制动安定性试验共1 6 个试验，该 工作可以为将来制定低温验台的试验标准提供一些参考。 本章小结 本章首先介绍了课题研究的目的和意义，并介绍了我国铁路的制动系统发展现状和 制动系统试验种类，然后介绍了国内外制动仿真的发展现状，最后对论文的研究内容进 行了阐述。 6 第二章7 0 5 犁试验台简介 第二章7 0 5 型试验台简介 2 17 0 5 型试验台 7 0 5 试验台原本是用来检测1 0 3 和1 0 4 型空气分配阀的试验台，由于以前没有专用 试验1 2 0 阀的试验台，所以使用7 0 5 试验台来试验1 2 0 阀，检测1 2 0 阀的性能，目前在 现场中仍大量使用。 2 1 17 0 5 试验台构造 7 0 5 型试验台构造见图2 1 ，它由操纵部、安装部、风缸、控制阀、风动阀门、压力 表、台架及附属装置组成【2 8 1 。 c i l l i l 衰至e 三叠弛) 0 ，。 l 1 8 i i 酬 l 制动缸1 t 一 1 6 酮风缸 图2 17 0 5 试验台 f i g 2 17 0 5t e s tr i g 馈风缸 风缸包括储风缸、副风缸、列车制动管、压力风缸、制动缸、容积室等。主阀安装 座和紧急阀安装座内还分别设有局减室和紧急室。各风缸容积见表2 1 。 7 首只l， 一一 蠢童纛 靖氏一 镰数奠 大连交通大学工学硕士学位论文 表2 17 0 5 试验台各风缸容积 t a b l e2 1a i rr e s e r v o i rc a p a c i t yo f7 0 5t e s tr i g 名称储风缸副风缸列车制制动缸压力风容积室紧急室局减室附加缸 动管缸 容积( l ) l 0 08 o15151 13 8 1 5 o 6o 9 风门具有双膜板结构，因此，在总风源压力波动时仍能保持可靠的密封。各风门编 号和用途见表2 2 。风门1 7 和风门1 8 的结构与前述不同，它是一种排气阀，由于在排 气阀上装有缩孔堵，所以排气较慢。 表2 2 控制阀及风门的编号和用途 t a b l e 2 2c o n t r o lv a l v ea n dn u m b e ra n dp u r p o s eo fd a m p e r 编号简称用途 k l 主卡控制主阀安装座抓紧机构的进、排气 k 2 紧卡控制紧急阀安装座抓紧机构的进、排气 l 主列 切断列车管容量风缸与操纵阀的通路 2 紧列 切 切断紧急阀安装座列车管与操纵阀的通路 3 附切切断附加缸的通路 4 列切 断 切断主阀安装座列车管的通路。以缩d , n 车管容积 5 工切 风 切断加缓风缸通路，以缩d , ) j i 缓风缸容积 6 副切切断副风缸通路，以缩d , n 风缸容积 7 容切 门 切断容积风缸通路，以缩小容积风缸容积 7 a 限切 切断限压阀和单针容积风缸压力表 8 制切 切断制动缸的通路，以缩d , n 动缸的容积 9 工充快向加缓风缸快充 1 0 副充 充 向副风缸快充 1 1 容充风 向容积风缸快充 1 2 制充 门 向制动缸快充 1 3 紧充向紧急室快充 1 4 列排列车管容量风缸向大气快排 1 4 a 缩排 快 列车管容量风缸通过缩孔向大气排气 1 5 工排 排 加缓风缸向大气快排 1 6 副排 风 副风缸向大气快排 1 7 容排 门 容积风缸向大气排气 1 8 制排 制动缸向大气排气 8 第二章7 0 5 型试验台简介 2 1 21 2 0 阀在7 0 5 试验台上的试验项目 1 2 0 阀在7 0 5 试验台上的试验主要包括主阀试验、缓解阀试验和紧急阀试验三个试 验项目。 1 2 0 阀在7 0 5 试验台上的试验主要包括主阀试验、缓解阀试验和紧急阀试验三个试 验项目。 其中主阀试验包括初充气试验、制动和缓解灵敏度试验、局减阀性能试验、稳定性 试验、紧急二段阀试验、缓解试验、加速缓解试验、逆流孔试验共8 项试验。 缓解阀试验包括通量试验、制动缸缓解试验、副风缸和加缓风缸排气试验、主阀缓 解试验共4 项试验。 紧急阀试验中的紧急室充气试验、紧急灵敏度及紧急室排气试验、安定试验共4 项 试验。 2 1 37 0 5 型试验台的机能试验 机能试验是试验台自身的充排气特性。它是准确测试车辆阀的基础，每个试验台均 定期检测机能试验，确保检测结果的准确性。 ( 1 ) 操纵阀充、排气时间的测定 操纵阀共有八个位置，每个位置的用途、通路孔径及充排气时间见表2 3 。 表2 3 操纵阀手把各个位置时的充气及排气时间 t a b l e 2 3c h a r g i n ga n de x h a u s t i n gt i m eo fe v e r yl o c a t i o no fc o n t r o lv a l v e 手把位置 12345678 孔径( m m ) 6 4 0 6 0 8 52 23 53 03 4 要压力变化 5 0 1 5 06 0 0 5 0 06 0 0 4 0 0 6 0 0 4 0 06 0 0 3 0 0 6 0 0 3 0 0 求( 1 ( p a ) 时间( s ) 5 0 5 21 8 2 06 5 7 o 5 0 - 5 5 6 5 7 o5 0 , - - 5 5 用途快充气慢充气中立制动灵货车安客车安货车紧客车紧 敏度实定性实 定性实 急灵敏急灵敏 验验验 度实验度实验 充气时间 首先确认总风源压强不得低于6 5 0 k p a ，然后将手把置2 位，测定列车制动管压强由 5 0 k p a 升至1 5 0k p a 的时间，应为5 0 - - 5 2 s 。 排气时间 9 大连交通大学工学硕十学位论文 a 四位：待列车制动管充至定压6 0 0k p a ，将手把置四位，测定列车制动管压强由 6 0 0k p a 降至5 0 0k p a 的时间，应为1 8 - - - 2 0 s 。 b 五位：待列车制动管充至定压后，将手把置五位，测定列车制动管压强由6 0 0k p a 降至4 0 0k p a 的时间，应为6 5 - 7 s 。 c 六位：待列车制动管充至定压后，将手把置六位，测定列车制动管压强由6 0 0k p a 降至4 0 0k p a 的时间，应为5 - 5 5 s 。 d 七位：待列车制动管充至定压后，将手把置七位，测定列车制动管压强由6 0 0k p a 降至3 0 0k p a 的时间，应为6 5 - 7 s 。 e 八位：待列车制动管充至定压后，将手把置八位，测定列车制动管压强由6 0 0k p a 降至3 0 0k p a 的时间，应为5 - - 5 5 s 。 ( 2 ) 风门1 4 排气时间的测定 待列车制动管充至定压后，关风门1 ，开风门1 4 ，测定列车制动管压强由6 0 0 k p a 降至4 0 k p a 的时间，应不大于1 5 s 。 ( 3 ) 风门1 4 a 排气时间的测定 待列车制动管充至定压后，关风门1 ，开风门1 4 a ，测定列车制动管压强由6 0 0 k p a 降至5 4 0 k p a 的时间应为5 5 s - - 6 5 s 。 本章小结 本章介绍了7 0 5 试验台的构造以及7 0 5 试验台的各风缸的容积和风门的编号和用 途，同时介绍了7 0 5 试验台上的1 2 0 阀的试验项目，最后介绍了试验台机能试验的标准。 1 0 第三章制动系统仿真原理 第三章制动系统仿真原理 大连交通大学开发的1 2 0 阀和w k 1 2 0 试验台完整的计算机模型。目的是建立包含 1 2 0 阀及试验台主要结构参数的分析模型，模拟软件可以模拟试验台除漏泄之外的所有 试验项目，包括：主阀试验中的初充气试验、制动和缓解灵敏度试验、局减阀性能试验、 稳定性试验、紧急二段跃升试验、缓解试验、加速缓解试验、逆流孔试验；缓解阀试验 中的通量试验、制动缸缓解试验、副风缸和加缓风缸排气试验、主阀缓解试验；紧急阀 试验中的紧急室充气试验、紧急灵敏度及紧急室排气试验、安定试验。紧急阀和主阀可 以单独试验或联合试验。除模拟全部试验过程外，还能分析1 2 0 阀及试验台主要结构参 数对制动( 缓解) 性能及试验过程的影响，为改进分配阀、试验台结构及制定合理的试 验步骤与标准提供分析手段。 3 1 空气流动基本原理 试验台仿真系统中包含气体流动计算和阀内移动部件的位置计算。气体流动计算包 含细长管内气体流动计算，缸内气体状态计算及多种气体流动边界条件计算。根据管路 直径远小于管长度，忽略气体状态沿管路径向的差异，同时在计算中考虑气体流动时与 管内壁的摩擦，管内气体流动假设为一维、有摩擦、不等熵非稳定流动。流动方程为： 至+ p 丝+ “至+ 丝一d f ：0 0 r 一+ 口+ “上+ l 2 8 t 瓠 瓠fd x 旦竺+ 甜旦竺+ 三o p + g ：0 8 t0 x p0 x ( 罢+ ”罢) _ a 2 ( 粤+ 甜祟) 一( 七一1 ) p ( q + u g ) ：0 、西叙7、西叙7 、 公式3 1 中，g = 百4 f 了a 2 诃, u ，p 、甜、只p 、 。、口、从g 分别为流体密度、流速、 管路截面积、压力、摩擦系数、水利直径、声速、比热比及单位时间流向单位质量气体 的热量。上述气体非稳定流动运动方程是一组偏微分方程组，本文通过特征线法将偏微 分方程转化为常微分方程，然后使用线性插值法求解【2 9 1 。 3 2 试验台模型 大连交通大学工学硕士学位论文 阀座 图3 11 2 0 试验台简图 f i g 3 11 2 0t e s tr i gd i a g r a m 1 2 0 试验台模型中有储风缸、列车管风缸、加速缓解风缸、副风缸和制动缸及各种 管路。储风缸有两根连接管，一个管路连接恒定压力源，压力源压力值可以通过初始参 数输入；另一根管与列车管风缸相连接，在这个管路中间有一个充气阀门，控制储风缸 流向列车管风缸的气体流量，与列车管风缸相连接有两根管路，其中一根管路是进、排 气管，充气时与储风缸管相连，排气时通过此管经排气口排气，另一根管直接通向阀座。 试验台排气口的开关，以及排气口面积是根据试验台手柄位置确定。通过改变排气口面 积可以仿真操纵阀的不同手柄位位置，风源压力变化可以模拟试验中风源压力不稳定， 可以输入函数式风源压力等功能。通过改变试验台不同风缸容积和试验过程，也可以仿 真各种试验台和用于设计新试验台，分析各种试验台标准的等效性问题等。 3 312 0 阀物理模型 主管l主管2 加缓通路 图3 21 2 0 阀物理模型 f i g 3 2p h y s i c sm o d e lo f1 2 0d i s t r i b u t i o nv a l v e 1 2 第三章制动系统仿真原理 1 2 0 阀模型包含主阀、紧急二段阎、局减阀、加速缓解阀、半自动缓解阀、紧急阀 几大部分。每个阀内片先由阀内活塞( 半自动缓解阀除外) 受力确定活塞位置，再由此确 定所形成的阀内通路。例如主阀模型中，由主活塞有效面积、主活塞上下瞬时压力确定 活塞运动趋势。如主活塞有向上移动趋势时( 主活塞原柬处于充气缓解位，这时可能发 生制动) ，由主活塞所受气体压力差、主活塞重力、滑阀制动摩擦力、节制阀摩擦力、 稳定弹簧弹力等综合受力判断活塞位置。如受力达到制动所需力则进入制动位，形成制 动通路：如进入一段局减，则形成段局减通路，如受力过小，主活塞可能仍处于亢气 缓解位，保持充气缓解位通路。当主活塞具有向下运动趋势时( 主活塞原来处于制动保 压位1 。判断气体压力、主活塞重力、稳定弹簧弹力、滑阀缓解摩擦力、减速弹簧弹力 等，山主活塞受力总和确定主活塞位于减速充气缓解位、充气缓解位或保压位，进而形 成对应的阀内通路。主阀其它位置和紧急二段阀、加速缓解阀、紧急阀、局减阀的原理 与e 述原理相似。 3 41 2 0 阀试验台仿真程序基本功能 一一_ 12 0 试验台计算机模拟 l 贮风列紧列肾e 童m 壤风虹d a 制动缸 二 + 鼍富墨曩 5 01 0 01 5 02 2 5 03 0 03 5 004 5 05 0 05 5 06 0 0 图3 31 2 0 试验台计算机程序界面 f i g3 3 i n t e r f a c eo f l 2 0 t e s t d gc o m p u t e rs i m u l a t i o n p r o g r a m 人连变通大学j 学硕+ 学位论文 1 2 0 阀试验台仿真程序界面如图33 所示。图形界面最上面的是标题栏，标题栏下 而的是菜单栏，共有1 1 个选项。图中共设7 块仪发，与真实试验台仪表一对应，在 1 2 0 闽试验中，7 块仪表可以显示实时的压力变化，可以更直观的了解1 2 0 阀试验中各 风缸和管路的压力变化。训算时在试验项日框中显示当1 j 正在试验的项目，以便于使用 者确认计算目的。许多试验过程中手柄位置不断变化，为了清楚的看出手柄位对压力变 化的影响，在试验项口框左侧还增加了于柄位显示框，它显示的是计算时刻手柄位冠。 试验中备风缸和管路的压力变化通过颜色填充的办法显示，颜色对应标尺在界面的最下 方。 1 2 0j f j j 实验台仿真系统，除了可以仿真1 2 0 阎在试验台上的除漏泄试验的全部试验 外，还可咀分析阀内活雍有效面j ! 、阀内弹簧参数、阀内孔发试验台排气孔直径对1 2 0 阀的性能影响。通过使用试验台的修改参数功能，修改相应的参数进行参数影响试验。 叮以修改的参数分为四类： ( 1 ) 试验进排气孔参数：分析试验台进排气孔径对试验性能的影响。血u 图3 4 所示， 可以修改手柄8 个化置对应的孔径及少数其它排气口参数。 图34 试验台进排气孔径 f i g34 i n l e ta r i de x h a u s ta p e r t u r eo f t e s t g ( 2 ) 1 2 0 阀内孔径参数：如图3 5 所示，通过修改阀内的各孔径参数值，分析阎内各 孔径对1 2 0 阀试验性能的影响。 墨三兰垂! 至圣竺堡塞星塞 图3 5 1 2 0 阎山孔径 f i g35 a p e r t u mo f l 2 0d i s t r i b u t i o nv a l