ZYF三通閥簡介

朱 宇， 申燕飛， 劉文軍， 劉亞梅， 杜 霞

(眉山中車制動科技股份有限公司， 四川眉山 620010)

在列車制動領域，三通閥也叫分配閥，它的主要功能是根據列車管減壓量自動控制列車中各機車車輛制動缸的壓力，是列車自動制動系統的核心部件。2003年我國引進了德國CCBⅡ微機控制機車制動機，其上搭載DBTV三通閥可靠性高，檢修期為6年。2010年中車株洲電力機車有限公司研制完成了具有自主知識產權的DK-2型機車制動機，也實現了微機控制，但其上搭載的109H分配閥，檢修期僅為1年，與DBTV三通閥6年檢修期相比有較大差距，是DK-2機車制動機的一大短板。

109H分配閥是一種金屬滑閥結構分配閥，靠精密研磨的金屬平面之間的油膜密封，但這層油膜在滑閥相對運動過程中容易隨壓力空氣流失，使滑閥密封性能失效。另外，109H分配閥的主膜板結構存在設計缺陷，在運用過程中，容易破損。因此，109H分配閥每使用一年，必須加注潤滑油，更換主膜板，以保證其性能。

2015年眉山中車制動科技股份有限公司研制完成了具有自主知識產權的長檢修期三通閥，型號為ZYF。該三通閥全部采用成熟可靠的O形密封圈柱塞結構，在軸向和徑向多層次布局，代替滑閥和主膜板，實現了二壓力制動機的基本功能，相關型式試驗表明該閥功能適用，性能可靠，可以適應6年檢修期要求。2015年首批ZYF三通閥試裝車，到目前為止，在未檢修的情況下連續使用3年，狀態正常。2017年ZYF三通閥開始量產，在新造的DK-2制動機正式裝車，彌補了DK-2制動機的短板，使我國機車制動機整體技術指標達到了世界先進水平。

1 ZYF三通閥技術參數

1.1 應用環境

環境溫度：-40℃ ～ +70℃。

振動和沖擊：GB/T 21563-2008中I類的規定。

工作介質：壓縮空氣，其質量應符合ISO 8573-1-2001中規定的固體顆粒3級、濕度等級2級、含油量3級的要求。

防護等級：IP54。

1.2 性能參數

適用于列車管定壓500 kPa和600 kPa。當列車管定壓600 kPa，與11 dm3工作風缸和3.8 dm3作用風缸匹配時，技術參數如下：

(1)充氣性能：工作風缸由0上升至500 kPa的時間小于70 s。

(2)穩定性：在緩解狀態下，列車管以小于40 kPa/min速率減壓，不發生制動作用。

(3)制動性能：列車管以10～40 kPa/s速率從定壓開始減壓，在減壓35 kPa之前能起制動作用，作用風缸壓力為80～130 kPa。具有階段制動功能，響應靈敏度10 kPa，見圖1?？焖僦苿訒r，作用風缸壓力由0上升至400 kPa的時間為3～6 s。

緩解性能：在制動保壓狀態下，只要列車管壓力上升大于工作風缸5～15 kPa時，作用風缸能直接緩解到零。作用風缸壓力由400 kPa下降至40 kPa的時間為4～7 s。

2 ZYF三通閥安裝接口

為了便于替代進口產品，ZYF三通閥的安裝接口與動車組上引進德國克諾爾公司制動系統中搭載的FE115型三通閥完全一致，可直接替換。ZYF三通閥為平面安裝，預留3個M8安裝螺釘孔，有一個防錯裝的定位銷，外接列車管、工作風缸和作用風缸，見圖1。

3 ZYF三通閥結構組成

ZYF三通閥全部為O形密封圈柱塞結構。下蓋、閥體、主控套和上蓋與相應的O形密封圈和螺釘等組合成相對固定的閥體組成。主活塞、主活塞桿和穩定桿與相應的O形密封圈和螺母等組合成相對固定的主活塞組成?；瑒犹咨咸籽b有相應的O形密封圈。這3個組成可以相對運動，從徑向看，主活塞桿和滑動套、滑動套和主控套之間有2層O形密封圈，從軸向看，主活塞桿上4個O形密封圈控制滑動套上2條氣路通斷，滑動套上5個O形密封圈控制主控套上3 條氣路通斷，主活塞組成和滑動套可在軸向相對移動一定距離，形成三通閥的不同作用位，見圖2。

圖1 ZYF三通閥接口圖

1-下蓋；2-閥體；3-主控套；4-上蓋；5-主活塞；6-主活塞桿；7-穩定桿；8-滑動套。圖2 ZYF三通閥結構圖

4 ZYF三通閥工作原理

ZYF三通閥是一種二壓力機構的自動制動機，具有階段制動、直接緩解的特性。主活塞上方通列車管，下方與工作風缸連通，列車管和工作風缸兩種壓力控制主活塞組成沿軸向移動，同時，帶動滑動套沿軸向移動，形成了不同作用位置，這就是二壓力機構。ZYF三通閥有充氣緩解、初制動、制動和保壓4個作用位置，實現機車或車輛的緩解、制動和保壓功能。

4.1 充氣緩解位(圖3)

當列車管充氣壓力上升時，壓力空氣經安裝面列車管孔以及閥體組成內部暗道，首先進入主活塞上方，將主活塞組成推到下極限位，主活塞桿推動滑動套一起下移到下極限位，使ZYF三通閥處于充氣緩解位。

1-列車管；2-工作風缸；3-作用風缸；4-排大氣。圖3 充氣緩解位

(1)列車管給工作風缸充風

列車管壓力空氣經安裝面列車管孔→閥體組成內部暗道→主控套充氣限孔Ⅰ→滑動套徑向孔→主活塞桿軸向孔向下→穩定彈簧座→下蓋安裝面工作風缸孔→工作風缸。

還有一路經主活塞桿軸向孔向上→主活塞下方。

(2)作用風缸排氣緩解

當列車管減壓制動后再充氣緩解時，此時作用風缸有壓力空氣，作用風缸排氣緩解。通路如下：

作用風缸→下蓋安裝面作用風缸孔→閥體組成內部暗道→主控套最下一圈徑向孔→滑動套聯絡環槽→主控套中間一圈徑向孔→閥體排氣口→大氣。

(3)穩定性

為了使三通閥在列車管發生輕微漏泄時，仍穩定在緩解位，不引起意外制動，三通閥在設計上，從下列兩個措施來實現其穩定性。

①列車管壓力以緩慢速度減壓(列車管發生輕微漏泄)時，工作風缸可以通過充氣限孔Ⅰ向列車管逆流，主活塞兩側形成不了足以使其上移的壓力差。

②主活塞組成與閥體和滑動套之間O形密封圈的靜摩擦力等阻力的作用，也阻礙了主活塞組成上移至制動位。

4.2 初制動位(圖4)

當列車管以常用制動速率減壓時，主活塞上方以較快速率減壓，下方工作風缸壓力空氣通過充氣限孔Ⅰ向列車管逆流，減壓速率較慢，于是在主活塞兩側產生了一定的壓力差，促使主活塞組成上移。由于滑動套與主控套間的O形密封圈靜摩擦力大于主活塞桿與滑動套間O形密封圈摩擦力，在制動開始階段，只是主活塞組成上移，而滑動套未動，直到穩定桿剛好碰到滑動套瞬間，ZYF三通閥處于初制動位。此時，主活塞桿最上2個外露的O形密封圈切斷工作風缸向列車管逆流的通路。

初制動位是ZYF三通閥在從充氣緩解位到制動位瞬間過程，非常短暫，也可以理解為制動的第1階段。

1-列車管；2-工作風缸；3-作用風缸；4-排大氣。圖4 初制動位

4.3 制動位(圖5)

1-列車管；2-工作風缸；3-作用風缸；4-排大氣。圖5 制動位

初制動位時，由于工作風缸向列車管逆流通路被切斷，列車管繼續減壓加大了主活塞兩側的壓差，于是主活塞組成帶動滑動套克服與主控套間的摩擦阻力繼續上移至上極限位——制動位。此時主控套和滑動套最下一圈徑向孔對齊，形成了工作風缸向作用風缸充氣通路，作用風缸壓力上升，產生制動作用。

工作風缸壓力→下蓋安裝面工作風缸孔→穩定桿軸向孔及徑向孔→滑動套最下一圈徑向孔→主控套最下一圈徑向孔→閥體內部暗道→下蓋安裝面作用風缸孔→作用風缸。

4.4 制動保壓位(圖6)

在制動過程中，當列車管停止減壓，初期由于主活塞和滑動套都還在制動位，工作風缸仍在向作用風缸充氣，主活塞下方工作風缸壓力繼續降低，但上方列車管壓力停止下降，就形成壓差，使主活塞組成下移而滑動套不動，直到主活塞桿與滑動套上端面剛好接觸，主活塞桿最下面2個密封圈切斷了工作風缸與作用風缸的通路，工作風缸停止向作用風缸充風，工作風缸和作用風缸壓力保持，主活塞上下壓力平衡，主活塞組成不再移動，此時的ZYF三通閥處于制動保壓位。

1-列車管；2-工作風缸；3-作用風缸；4-排大氣。圖6 制動保壓位

ZYF三通閥在制動保壓位時，如果列車管繼續減壓，還可以進入制動位，使作用風缸壓力繼續上升，這就是階段制動特性。

ZYF三通閥在制動保壓位時，如果列車管壓力上升，就會進入緩解位，即使列車管壓力停止上升，ZYF三通閥仍然處于緩解位，作用風缸的壓力會直接緩解到零，這就是直接緩解特性。

ZYF三通閥制動緩解曲線見圖7。

圖7 ZYF三通閥制動緩解曲線

5 結束語

ZYF三通閥是我國首次研制成功并量產的長檢修期制動系統閥類部件，基本結構成熟可靠，總體布局巧妙新穎，是一種全新的設計。ZYF三通閥已在DK-2機車制動機成功運用，下一步將嘗試在我國動車組制動系統中替代國外產品，打破國外技術壁壘。