论文部分内容阅读
摘要：制动缓解阀是当前的空气制动系统中一个必装的制动阀，在车辆需要切除空气制动时，正是通过拉起缓解阀手把这一简单的操作来实现的。当前25型车，包含一部分早期主机厂自主设计的动车中选装的缓解阀都是在1990后设计的球阀结构的缓解阀，在1990前的缓解阀都为柱塞式结构。球阀结构的缓解阀安装方便，检修也易于操作，但正是这样一个运用了二十几年的成熟结构在近期却暴露出了其结构上的缺陷，该缓解阀内部采用尼龙件与金属件过盈配合的装配方式，但实际这种过盈是无法良好实现了，后期在运用及检修中尼龙件存在极大的脱落风险，鉴于目前全路有两万多辆25型车都装用了这种结构的缓解阀，也确实存在很大的运用风险，笔者进行了研究，通过简单的变更原先的结构实现了取消尼龙件完全避免脱落的结果。
关键词：缓解阀；结构缺陷；结构优化
当前缓解阀结构：缓解阀又称排风阀，正如其名称那样，排风阀在特定的排风位置时可以实现对管路中压力空气的排出，在铁路客车制动管上装用排风阀可排出特定设备端的压力空气，如目前缓解阀在每辆25型铁路客车的单元制动缸管路中都装用了，该缓解阀在处于排风位置时可排出单元制动缸端的压力空氣，实现了整车的空气制动力切除。当前在铁路25型客车中装用的缓解阀都是球阀结构的缓解阀，该结构的缓解阀由阀体、手把、钢球、密封座、调节塞头、排气塞头、密封垫圈几部分组成，具体结构参见图1。
缓解阀功能简介：功能实现方面，根据上图所示阀体内部钢球与手把相连，通过转动手把即实现了阀体内部钢球的转动，在手把处于与阀体平行位置时，钢球与阀体也同步呈平行状态，此时的缓解阀处于正常的工作位，管路中压力空气可正常通过阀体钢球通径实现气路的流通，此外结构上可见钢球内部钻有斜孔（斜孔自钢球内部通径贯穿整个球壁），在正常工作位时主管通路的压力空气同时也可通过与钢球通径贯通的斜孔流向阀体内腔，但在密封平垫及密封垫圈作用下压力空气无法排出，保证了缓解阀的气密性；当手把转动使钢球与阀体垂直时，此时缓解阀处于排风位，通风端被钢球截断而设备端压力空气则经另一端的钢球斜孔进入钢球通径，排风位时钢球通径与排气塞头正对，压力空气从排气孔排出。
结构缺陷的发现及解析：近期在检修作业中，个别检修单位发现了密封垫圈脱落在缓解阀钢球内的情况（见图2）。这种情况在铁路客车空气制动管路中是绝对不可以出现的，对现车的运用安全会造成严重的威胁，假设密封垫圈脱落到制动管路中，堵塞了制动缸管路、造成制动缸压力无法顺畅的通过104分配阀排出，这会造成该车无法完全缓解从而造成车辆轮盘的擦伤、热轴、严重的甚至出现脱轨、列车相撞的险情。根据检修中发现的情况及对结构图的分析：密封垫圈装配在排气堵头及调节堵头内，在排风位时两个堵头内的密封垫圈正对钢球通径。结构上设计者希望 密封垫圈与排气塞头及调节塞头处于一个过盈的配合状态，但由于堵头为不锈钢材质，密封垫圈为尼龙材质，本身尼龙件在装配过程中就会出现尼龙件的磨耗，设计上的过盈配合实际上无法良好的实现；此外缓解阀后期在装车运用过程中又因外部环境的冷热变化包括检修单位的清洗作业都增加了尼龙件脱落的风险，在此基础上又因尼龙密封垫圈小于阀内钢球体通径，如上文所述当缓解阀在排风位时钢球垂直正对着塞头上装用的尼龙件，松动后的尼龙件脱落进入钢球通径内。综上所述：目前的缓解阀结构上存在密封垫圈脱落的风险并带来了密封垫圈进入制动管路的隐患。
结构优化的构思：关于如何去解决缓解阀密封垫圈脱落的问题，笔者也进行大量的思考，也试着制订了部分解决方案，如缩小塞头下部阀体口径，使口径小与尼龙密封垫圈的外径，从而实现脱落的尼龙件无法进入阀体内部的目的，但该种方案最终被否决，因为此方案治标不治本，仅仅规避了尼龙件掉入缓解阀内但未能解决尼龙件脱落及尼龙件与金属件配合的结构缺陷。如果想彻底的解决结构上的缺陷那么必须设法取消尼龙件。为了达到设计目的，设计上将原先与钢球通径相通的排风孔改为在钢球球壁内打斜孔，斜孔不与通径相连（具体见缓解阀新结构示意 图3）。在转动缓解阀手把后，通风端的压力空气被截断、斜孔露出与设备端相连，设备端压力空气通过球壁内的斜孔进入阀腔，并最终通过预留的排风口排大气。通过上述改动就避免了原先处于正常位时压力空气可进入缓解阀阀体内腔的情况（压力空气仅在排风位时才会进入），那么也就无需通过密封垫圈来实现缓解阀的密封，就完全实现了取消尼龙垫圈的目的，同时此时的调节塞头及排风塞头都可以同时取消仅需留有一排风口，这样设计方式不但实现了避免尼龙件脱落同时也一定程度上降低了缓解阀的制造成本。
结语：总的来说原先的这种缓解阀设计采用了尼龙件与金属件的过盈装配方式，但这种方式是极不科学的，同时在制动部件内运用这种设计方式更是增加制动故障的风险。制动系统尤其是空气制动部件内是杜绝任何异物进入的。当然如果将此延伸到其它行业我认为这种结构的设计也是不可取的，任何行业都需要借鉴，无论在后期部件的设计中还是在标准的编制中都需要对这种配合方式加以控制、规避尼龙件脱落的风险。
参考文献：
[1]张旺狮 杨鲁会，客车制动装置 2008.5.21。
[2]王兴华，铁路客车制动供风系统故障分析及优化[J]，铁道车辆；2016。
[3]马强东，韩买良 铁道机车车辆 2013.8.1。
关键词：缓解阀；结构缺陷；结构优化
当前缓解阀结构：缓解阀又称排风阀，正如其名称那样，排风阀在特定的排风位置时可以实现对管路中压力空气的排出，在铁路客车制动管上装用排风阀可排出特定设备端的压力空气，如目前缓解阀在每辆25型铁路客车的单元制动缸管路中都装用了，该缓解阀在处于排风位置时可排出单元制动缸端的压力空氣，实现了整车的空气制动力切除。当前在铁路25型客车中装用的缓解阀都是球阀结构的缓解阀，该结构的缓解阀由阀体、手把、钢球、密封座、调节塞头、排气塞头、密封垫圈几部分组成，具体结构参见图1。
缓解阀功能简介：功能实现方面，根据上图所示阀体内部钢球与手把相连，通过转动手把即实现了阀体内部钢球的转动，在手把处于与阀体平行位置时，钢球与阀体也同步呈平行状态，此时的缓解阀处于正常的工作位，管路中压力空气可正常通过阀体钢球通径实现气路的流通，此外结构上可见钢球内部钻有斜孔（斜孔自钢球内部通径贯穿整个球壁），在正常工作位时主管通路的压力空气同时也可通过与钢球通径贯通的斜孔流向阀体内腔，但在密封平垫及密封垫圈作用下压力空气无法排出，保证了缓解阀的气密性；当手把转动使钢球与阀体垂直时，此时缓解阀处于排风位，通风端被钢球截断而设备端压力空气则经另一端的钢球斜孔进入钢球通径，排风位时钢球通径与排气塞头正对，压力空气从排气孔排出。
结构缺陷的发现及解析：近期在检修作业中，个别检修单位发现了密封垫圈脱落在缓解阀钢球内的情况（见图2）。这种情况在铁路客车空气制动管路中是绝对不可以出现的，对现车的运用安全会造成严重的威胁，假设密封垫圈脱落到制动管路中，堵塞了制动缸管路、造成制动缸压力无法顺畅的通过104分配阀排出，这会造成该车无法完全缓解从而造成车辆轮盘的擦伤、热轴、严重的甚至出现脱轨、列车相撞的险情。根据检修中发现的情况及对结构图的分析：密封垫圈装配在排气堵头及调节堵头内，在排风位时两个堵头内的密封垫圈正对钢球通径。结构上设计者希望 密封垫圈与排气塞头及调节塞头处于一个过盈的配合状态，但由于堵头为不锈钢材质，密封垫圈为尼龙材质，本身尼龙件在装配过程中就会出现尼龙件的磨耗，设计上的过盈配合实际上无法良好的实现；此外缓解阀后期在装车运用过程中又因外部环境的冷热变化包括检修单位的清洗作业都增加了尼龙件脱落的风险，在此基础上又因尼龙密封垫圈小于阀内钢球体通径，如上文所述当缓解阀在排风位时钢球垂直正对着塞头上装用的尼龙件，松动后的尼龙件脱落进入钢球通径内。综上所述：目前的缓解阀结构上存在密封垫圈脱落的风险并带来了密封垫圈进入制动管路的隐患。
结构优化的构思：关于如何去解决缓解阀密封垫圈脱落的问题，笔者也进行大量的思考，也试着制订了部分解决方案，如缩小塞头下部阀体口径，使口径小与尼龙密封垫圈的外径，从而实现脱落的尼龙件无法进入阀体内部的目的，但该种方案最终被否决，因为此方案治标不治本，仅仅规避了尼龙件掉入缓解阀内但未能解决尼龙件脱落及尼龙件与金属件配合的结构缺陷。如果想彻底的解决结构上的缺陷那么必须设法取消尼龙件。为了达到设计目的，设计上将原先与钢球通径相通的排风孔改为在钢球球壁内打斜孔，斜孔不与通径相连（具体见缓解阀新结构示意 图3）。在转动缓解阀手把后，通风端的压力空气被截断、斜孔露出与设备端相连，设备端压力空气通过球壁内的斜孔进入阀腔，并最终通过预留的排风口排大气。通过上述改动就避免了原先处于正常位时压力空气可进入缓解阀阀体内腔的情况（压力空气仅在排风位时才会进入），那么也就无需通过密封垫圈来实现缓解阀的密封，就完全实现了取消尼龙垫圈的目的，同时此时的调节塞头及排风塞头都可以同时取消仅需留有一排风口，这样设计方式不但实现了避免尼龙件脱落同时也一定程度上降低了缓解阀的制造成本。
结语：总的来说原先的这种缓解阀设计采用了尼龙件与金属件的过盈装配方式，但这种方式是极不科学的，同时在制动部件内运用这种设计方式更是增加制动故障的风险。制动系统尤其是空气制动部件内是杜绝任何异物进入的。当然如果将此延伸到其它行业我认为这种结构的设计也是不可取的，任何行业都需要借鉴，无论在后期部件的设计中还是在标准的编制中都需要对这种配合方式加以控制、规避尼龙件脱落的风险。
参考文献：
[1]张旺狮 杨鲁会，客车制动装置 2008.5.21。
[2]王兴华，铁路客车制动供风系统故障分析及优化[J]，铁道车辆；2016。
[3]马强东，韩买良 铁道机车车辆 2013.8.1。