（车辆工程专业论文）小容积单阀试验台标准的分析及探讨.pdf

摘要 摘要 铁路是国民经济的大动脉，它所担负的客货运输任务十分繁重。随着列车运行速度 的不断提高，列车安全占据着越来越重要的地位，而影响列车安全的关键因素是制动系 统的性能，而制动系统的核心是分配阀。为了确保分配阀性能可靠、稳定，分配阀需要 在装车前对性能进行检测，以确保阀的性能良好，从而保证车辆的安全运行。 目前，主要利用7 0 5 试验台和1 2 0 试验台对1 2 0 分配阀进行性能检测，但由于试验 时间长，并且阀的某些性能需要在低温下进行检测，因此出现对小容积试验台的需求。 小容积试验台可以减小设备体积，便于小房间低温环境使用，同时也减少试验时间，降 低试验台制造成本。本文利用计算机仿真系统，仿真对比标准试验台和小容积试验台试 验，通过仿真同一个阀在两种容积试验台上的试验过程，寻求等效于7 0 5 试验台试验标 准的小容积试验台的对应标准。小容积试验台标准的制定对新试验台的开发具有重要的 现实意义。 小容积试验台试验标准必须与原试验台标准等效，为此，本文利用基于气体流动理 论的仿真系统，通过寻找7 0 5 试验台上合格边界阀，将合格边界阀在小容积试验台上仿 真试验，找到对应标准，通过此种方法，来制定小容积试验台上的试验标准。还有一些 试验没有边界阀，如：稳定性试验、加速缓解试验、逆流孔作用试验、主阀缓解试验。 此类试验通过寻找7 0 5 试验台上边界阀附近的一个合格阀与一个不合格阀，然后将这两 个阀在小容积试验台上仿真试验，看结果是否与7 0 5 试验台上试验结论一致。 通过仿真对比发现，单阀试验台试验可分为以下三类：充、排气类试验，包括初充 气试验、紧急二段阀试验、缓解试验、通量试验、制动缸缓解试验、副风缸和工作风缸 排气试验、紧急室充气试验、紧急室排气试验。此类试验，如果改用小容积试验台试验， 试验标准与原7 0 5 试验台试验标准比较，充排气时i 、i l j 足原7 0 5 试验台对应时间的一半左 右。第二类是灵敏度类试验，包括局减阀性能试验、制动和缓解灵敏度试验、紧急灵敏 度试验、新安定性试验，改用小容积试验台试验时，局减阀性能试验和新安定性试验的 试验标准不变；小容积试验台上常用和紧急灵敏度高于原7 0 5 试验台，需要制订新的小 容积试验台标准。 通过大量的仿真，试验结果对比，提出了针对小容积试验台的标准。本文主要目的 是寻求一种有效的手段，为今后设计各种容积试验台以及新阀的研制提供参考与借鉴。 关键词：铁路；制动；1 2 0 阀；试验台：仿真 火连交通人学t 学硕f ：学何论文 a b s t r a c t r a i l w a y i st h em a i na r t e r yo ft h en a t i o n a le c o n o m y ，a n dt h et a s ko fp a s s e n g e ra n df r e i g h t t r a n s p o r tt h a ti su n d e r t a k e ni sv e r yh e a v y w i t ht h ee n h a n c e m e n to ft r a v e r s a ls p e e d ，t h et r a i n s a f e t yo c c u p i e sa ni m p o r t a n tp o s i t i o n ；t h ek e yt h a t w i l l a f f e c tt h et r a i ns a f e t yi st h e p e r f o r m a n c eo fb r a k ev a l v ea n dt h ec o r eo ft h eb r a k i n gs y s t e mi st h ed i s t r i b u t i o nv a l v e t o e n s u r et h ep e r f o r m a n c eo ft h ed i s t r i b u t i o nv a l v e ，w en e e dt e s tt h ep e r f o r m a n c eo fb r a k e v a l v e t oe n s u r et h es a f eo p e r a t i o no fv e h i c l e a tp r e s e n t ，w eu s e7 0 5t e s tr i ga n d12 0t e s tr i gt ot e s ti t sp e r f o r m a n c e b u tf o rt h et e s t t i m ei s l o n ga n de v e ns o m ep e r f o r m a n c e so fv a l v e n e e dt ob ed e t e c t e da tt h el o w t e m p e r a t u r e ，t h e r e f o r et h ed e m a n do f s m a l lv o l u m et e s tr i ga p p e a r s s m a l lv o l u m et e s tr i gc a n r e d u c et h ev o l u m eo ft h ee q u i p m e n t ，a n di t sv e r yc o n v e n i e n tt ou s ea tl o wt e m p e r a t u r e a tt h e s a m et i m ei tw i l ls h o r t e nt e s tt i m ea n dr e d u c ec o s t t h i sp a p e ru s e st h i ss o f t w a r ef o rt h e12 0 c o m p u t e rs i m u l a t i o ns y s t e mt os i m u l a t ea n dc o m p a r et h e7 0 5t e s tr i g 、i t h 12 0t e s tr i g b y p u t t i i n gt h es a m ev a l v et os i m u l a t eo nt h et w ot e s tr i g s ，w ee x p l o r et h es t a n d a r d so fs m a l l v o l u m et e s tr i gt os e e kt h es t a n d a r d so fs m a l lv o l u m et e s tr i gt h a ta r ee q u i v a l e n tt o t h e s t a n d a r d so f7 0 5t e s tr i g t h ew o r kw i l lb e n e f i tf o rt h ef u t u r ed e v e l o p m e n to ft e s tr i ga n d t e s t i n gv a l v ep e r f o r m a n c e t h et e s ts t a n d a r do fs m a l lv o l u m et e s tr i gm u s tb ee q u i v a l e n tt ot h et e s ts t a n d a r do f f o r m e rt e s tr i g ，t h i sp a p e ru s et h es i m u l a t i o ns y s t e mw h i c hb a s eo nt h ea i rf l o wt h e o r y ，f i n d i n g t h eq u a l i f yb o u n d a r yv a l v eo f7 0 5t e s tr i g ，u s i n gt h e s eq u a l i f yb o u n d a r yv a l v e s ，w ed os o m e s i m u l a t i o nt e s ta ts m a l lv o l u m et e s tr i g ，f i n d i n gt h ec o r r e s p o n d i n gt e s ts t a n d a r d i nt h i sw a y ， w ee s t a b l i s ht h et e s ts t a n d a r do fs m a l lv o l u m et e s tr i g t h e r ei s n tb o u n d a r yv a l v eo fs o m e t e s t s s u c ha s s t a b i l i t yt e s t 、a c c e l e r a t e dr e l e a s et e s t 、f i l l i n ge x h a u s tt e s t sa n dm a i nv a l v e r e l e a s et e s t w ef i n daq u a l i f yv a l v ea n dad i s q u a l i f i c a t i o nv a l v ew h i c hn e a rt h et h eb o u n d a r y v a l v eo f7 0 5t e s tr i g ，u s i n gt w ob o u n d a r yv a l v e s ，w ed os o m es i m u l a t i o nt e s ta ts m a l lv o l u m e t e s tr i g ，t os e et h er e s u l t sw h e t h e ra c c o r d a n c ew i t h7 0 5t e s tr i go rn o t b ys i m u l a t i n ga n dc o m p a r i n g ，w ef i n dt h a tt h ee x p e r i m e n t sa r ed i v i d e di n t ot h r e e c a t e g o r i e s ：i na c c o r d a n c ew i t ht h ei n f l a t a b l ea n de x h a u s t w ed i v i d e di n t ot h e f o ll o w i n g e x p e r i m e n t s ： i n f l a t a b l e e x p e r i m e n t ，e m e r g e n c y t w op h a s ee x p e r i m e n t ， r e l e a s e e x p e r i m e n t ，f l u xe x p e r i m e n t ，b r a k ec y l i n d e rr e l e a s ee x p e r i m e n t ，a u x i l i a r yr e s e r v o i ra n d a c c e l e r a t e dr e l e a s er e s e r v o i r e x p e r i m e n t ，e m e r g e n c y r o o mi n f l a t a b l ee x p e r i m e n t ， e m e r g e n c yr o o me x h a u s te x p e r i m e n t i fs u c h t e s t st e s to ns m a l lv o l u m et e s t r i g ，b y c o m p a r i n gt h es t a n d a r d st ot h es t a n d a r d so f7 0 5t e s tr i g ，t h e i n f l a t a b l ea n de x h a u s tt i m ei s a b o u th a l ft h et i m eo ft h eo r i g i n a l7 0 5t e s t i na c c o r d a n c ew i t ht h es e n s i t i v i t y ，w ed i v i d e di n t o t h ef o l l o w i n ge x p e r i m e n m ：a p p l i c a t i o nv a l v ep e r f o r m a n c ee x p e r i m e n t ，b r a k i n ga n dr e l e a s e 摘要 s e n s i t i v i t ye x p e r i m e n t ，e m e r g e n c ys e n s i t i v i t ye x p e r i m e n t ，s t a b i l i t yt e s t i fs u c ht e s t st e s to n s m a l lv o l u m et e s tr i g ，t h es t a n d a r d so fa p p l i c a t i o nv a l v ep e r f o r m a n c ee x p e r i m e n ta n d s t a b i l i t yt e s ta l et h es a m et ot h es t a n d a r d so f7 0 5t e s tr i g ；t h ee m e r g e n c ys e n s i t i v i t yo f s m a l l v o l u m et e s tr i gi sh i g h e rt h a nt h eo r i g i n a l7 0 5t e s tr i g ，t h en e e df o rn e ws m a l l - v o l u m et e s t s t a n d a r d sa n dw en e e de s t a b l i s ht h es t a n d a r d sf o rt h es m a l lv o l u m et e s tr i g b yap l e n t yo fs i m u l a t i o na n dt h ec o m p a r t i o no ft h et e s tr e s u l t s ，w ee s t a b l i s ht h e s t a n d a r d sf o rt h es m a l lv o l u m et e s tr i g t h ep u r p o s eo ft h i sa r t i c l ei st of i n da ne f f e c t i v e m e a n sf o rt h ef u t u r ed e s i g no ft h en e wv o l u m et e s tr i ga n dn e wv a l v et op r o v i d er e f e r e n c ea n d r e f e r e n c e k e y w o r d ：12 0v a l v e ；b r a k e ；r a i l w a y ；t e s tr i g ；s i m u l a t i o n 绪论 绪论 铁路是国民经济的大动脉，它所担负的客货运输任务十分繁重。随着改革开放步伐 的加快、工农业生产和产品流通的蓬勃发展以及人民生活水平的日益提高，铁路客货运 量将越来越大。为完成这个艰巨的任务，列车的牵引重量和运行速度都要不断的提高， 制动设备在铁路发展中作用越来越重要。 l 、我国货车制动系统发展状况i l j 解放前，我国不能自己生产制动机，全部铁路客、货车辆制动机都是进口产品，当 时尚有9 0 0 0 多辆车未装备空气制动机，经过5 年的整修和改造，于1 9 5 6 年底基本在全 部车辆上装备了空气制动装置。由于制动装置来自不同的国家，制动装置十分繁杂，给 检修运用带来了极大的困难。 解放后，我国在研制铁路车辆制动机方面取得了很大的发展。在货车方面曾经试制 安装过m t 1 3 5 型分配阀，并进口过装有克诺尔型分配阀的车辆和达哥型分配阀，进行 过静i i 二和运行试验，但因这些阀都属于三压力机构阀，很难与我国的二压力机构阀相匹 配，因此停止对国外阀的引进。随着5 0 t 以上新造货车的投入运用，由于k 型阀缺乏空 重车位，重车制动力严重不足，只能安装2 套k 型阀解决。1 9 5 9 年起增加紧急二阶段上 升性能，并在降压气室上增设了安全阀的方案，逐步在新造货车上全面推广，改名为g k 阀。由于客车l 3 型三通阀的紧急制动性能不可靠，四方车辆研究所和天津机车车辆机 械厂在原l 3 阀基础上将紧急部结构改为直接排大气式，同时对滑阀常用孔和紧急孔作 了相应修改，提高了紧急灵敏度和传播能力，后改名为g l 3 型阀。6 0 年代初，铁道部指 示铁道部科学研究院与齐厂开始研制窄气制动问题。其技术要求为：( 1 ) 二压力机构控制； ( 2 ) 加装中继阀以设空重位( 原要求手动、三级，后改二级) ：( 3 ) 常用和紧急装嚣分开设置； ( 4 ) 采用s 型橡胶膜板和滑阀结构；( 5 ) 紧急制动波速应在2 5 0 m s 以上。经过一系列试验 和扩大考验，测得各项性能基本符合条件但其紧急波速仅为2 3 0 m s ，未能达到设计要求。 由于客观原因，直到1 9 7 8 年才由铁道部组织鉴定，同意扩人装车，定名1 0 3 型空气分 配阀。为了解决旅客列车在运行的过程中不起紧急作用这一问题，铁道部指示在1 0 3 阀 基础上研制客车阀，定名1 0 4 型客气分配阀。 改革开放以来，货运量猛增，运量与性能矛盾日益突出，开行重载列车足解决矛盾 的好办法。大秦铁路计划开行万吨列车，1 0 3 型窄气分配阀已不能满足运行需要，原拟 引进的美国a b d w 或德国d b 6 0 阀，在试验中发现了很多问题。为此，铁道部决定终 止引进新阀的工作。1 9 8 9 年起，义委托铁科院与眉山牟辆j 研制新阀，目标是满足力吨 蓖载列车制动要求。新阀设计中保留了10 3 阀原有优点，吸取了国外制动机的先进经验， 大连交通人学t 学硕 ：学位论文 全面调整了参数，采用直接控制，以缩小风缸容积来适应重载列车要求。在原紧急部增 设先导阀以提高紧急波速，新设置加速缓解阀和1 l l 加速缓解风缸以达到加速缓解的目 的。后来在此基础上又新增设了半自动缓解阀以方便使用。根据运用要求，在阀外配置 空重车调整装置，试验结果令人满意，各项指标达到了8 0 年代国外先进制动机水平。 1 9 9 3 年通过铁道部鉴定，定名为1 2 0 型空气控制阀，决定在全路推广。1 9 9 4 年起在新 造货车上全面安装，旧车每年也以一定数量改造。随着运用中问题的不断暴露，1 2 0 阀 也经过了数次小的改进。1 2 0 阀是目前我国货车的主型阀，他在我国重载运输中发挥了 巨大作用，没有1 2 0 阀就没有我国的重载运输。 2 、制动系统试验的重要性 为确保车辆安全运行及准确停车，铁道部规定对车辆进行必要的性能检测，以保持 车辆的良好性能。其中制动系统试验f 2 1 主要包括3 类试验：单车试验、列车试验和单阀性 能试验。单车试验是指用单车试验器对未进行编组的列车进行性能检测，其中单车试验 又包括货车制动机单车试验和客车制动机单车试验，货车制动机单车试验与客车制动机 单车试验略有不同，货车1 2 0 单车试验包括如下试验项目：列车制动管及截断塞门漏泄 试验、全车漏泄试验、制动感度试验、缓解感度试验、制动安定试验、紧急制动试验、 1 2 0 型制动机的加速缓解试验、1 2 0 型制动机的半自动缓解试验、闸调器性能试验、空重 车自动调整装置的性能试验等，通过这些试验，可以对单个货车制动机进行性能试验。 而列车试验主要是在列检的过程中利用列车试验器或机车对整个编组后的列车制动机 进行性能检测，与单车试验相比，列车试验项目少了一些，包括如下项目试验：制动感 度试验、缓解感度试验、制动安定及保压试验。单阀性能试验是利用试验台对阀的性能 进行全部项目性能检测，以确保在装车前阀的性能良好，保证列车的行车安全。在装车 前，阀的每个试验工况都要在单阀试验台上进行试验，目前这种试验已由人工手动试验 逐步被微处理器程序控制自动试验所代替，它不仅提高了检测水平，确保了检测质量， 又大大减轻了体力劳动。单阀试验包括：初充气试验、紧急二段阀试验、缓解试验、通 量试验、制动缸缓解试验、副风缸和工作风缸排气试验、紧急室充气试验、紧急窄排气 试验、局减阀性能试验、制动和缓解灵敏度试验、紧急灵敏度试验、新安定性试验。稳 定性试验、加速缓解试验、逆流孔作用试验、主阀缓解试验等2 0 余项试验。在制动系统 试验中，单阀试验起着最重要的作用，它能够全面系统地对单阀性能进行检测，从而确 保性能i 叮靠的单阀安装到车辆上，保证车辆安令运行。 3 、译阀试验台的发展现状 3 t 试验台l j i 是国内最早用于检测三通阀的试验台，早期岗内三通阀试验台共有三种 类型。一种是老3 t 试验台；一种是1 9 6 4 改进的3 t 试验台型试验台( a d 阀型3 t 试验 2 绪论 台) ；一种是7 0 1 型试验台。老型3 t 试验台，基本上是美国为k l 型三通阀所设计的原 型设备。随着要求的不断提高，老3 t 试验台已不适应三通阀性能试验的要求。1 9 6 4 年， 根据铁道部的要求，对老3 t 试验台进行了改造，同年研制出了a d 阀型3 t 样机，停止 了老型3 t 试验台的生产。尽管a d 阀型3 t 试验台无论从性能上，还是结构上都优越于 老3 t 试验台，但由于当时对3 t 试验台的研究和认识的水平有限，老型3 t 试验台的问 题仍未能彻底解决。7 0 1 型试验台1 4 j 是在a d 阀型3 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出的手动操纵试验台，它用于客、货车三通阀试验。 随着1 0 3 和1 0 4 型空气分配阀研制成功，用于检测其性能的7 0 5 试验台也相继研制 成功。7 0 5 试验台【5 j 是用于检测1 0 3 和1 0 4 型空气分配阀的试验台，也可以用于1 2 0 型 货车空气控制阀性能检测。7 0 5 试验台采用铝体，橡胶柱塞式风门结构，开度大，使用 寿命长；采用压力表压力显示方式；空气管路采用集成，叠加，分立的方式，减少管路 的维修点：试验台架子采用钢板压型结构，喷塑处理；具有操作简便、维护简单、性能稳 定可靠、试验精度高等特点。 1 9 9 3 年，1 2 0 型货车空气控制阀通过铁道部级鉴定后【6 j ，立即在全铁路得到迅速推 广。但是当时还没有检测1 2 0 阀的试验台，1 2 0 阀的专用试验只能借用7 0 5 型试验台进 行试验，由于7 0 5 型试验台是试验间接作用的1 0 3 、1 0 4 阀的专用试验台，在试验1 2 0 阀上存在许多不足之处【_ 7 1 。因此，铁道部责成铁道科学研究院机辆所尽快制定出能够全 面检测1 2 0 阀性能的新试验方法，并要求研制新型试验台与之配套。历经两年多的努力， 完成方案台的试制，并进行了大量的方案对比试验，1 9 9 7 年底制成1 2 0 试验台瞵j 样机。 随后，在样机上将机辆所编制的12 0 阀新试验方法进行了大量试验验证，以迸一步完善 试验方法，并检验试验台的结构性能。从试验情况看，新试验方法与样机配套使用后，能 够满足全面准确地检测1 2 0 阀性能的需要，从而也解决了1 2 0 阀在7 0 5 试验台上某些性 能r _ - , ( 1 厶匕h e 检测和测试不准的问题，使1 2 0 阀的使用性能和制造检修质量有了可靠的保证。 f 8 客车分配阀试验刨9 j 由四方车辆研究所和沈阳铁道制动机厂共同研制，是专供 f 8 型客车分配阀进行性能测试的试验设备。主要用以枪测f 8 型客车分配阀的主阀、辅 助阀各项性能是否达到了规定的技术要求。在工厂新造或经厂、段检修的f 8 型客车分 配阀，必须经过f 8 阀试验台试验合格后，方能装车使用。 为适应f 8 型客车分配阀加装电空后的性能试验要求，可在f 8 阀试验台上加装部分 设备后，进行电空制动性能的试验。 4 、研究译阀试验台的意义 铁道部规定，每个阀在装车之时都要对其性能进行全面的检测，以确保阀的性能良 好，提高列车的安全性。目前，我 日货车上主要采用高性能的1 2 0 型空气控制阀，在现 人连交通人学丁学硕十学位论文 场，主要有7 0 5 试验台和1 2 0 专用试验台这两种试验台用于检测1 2 0 型空气控制阀的性能。 根据单阀试验台的检测要求，将1 2 0 型空气控制阀的各个工况下的性能在单阀试验台上 进行试验，直到所有的试验均达到检测标准，才可以装车使用。 单阀性能试验是检验车辆阀全面性能的唯一方式，在制动系统测试中的作用不可替 代，而单阀试验台设计一直没有重大创新思路，特别是每个实验台的各风缸容积始终采 用和单车上等效的容积设计思路。由于新的车辆系统的不断出现，各种风缸容积的车辆 制动系统不断出现，实际上近几年已经出现新型车辆制动系统中各风缸容积和试验台容 积不完全对应的问题，试验台容积和单车上制动系统各风缸容积不对应是否会测试出不 同的结果，这些结果的变化规律怎样? 另外，低温条件下单阀试验也对小容积试验台提 出需求，较大风缸容积的试验台无法放入低温实验室，因此只有制造小容积试验台才能 满足低温试验的要求。如果采用小容积试验台，在确保同一个阀在不同试验台上具有相 同的试验结论，如何制定小容积实验台标准是我们面临的主要问题。 如果研制小容积试验台，就会面临小容积试验台标准如何制定的问题，如果全部都 通过试验方法制定，不仅会耗费大量的人力、物力，同时由于存在人为的因素，一定会 出现阀的某些性能无法进行检测以及检测不准的问题，因此，为了缩短时间，降低成本， 节省人力和物力，本文使用仿真方法仿真试验过程，将原试验台各风缸容积均减小，来 进行仿真试验，根据仿真结果，可以分析容积对列车制动系统的影响，找到容积减小时 制动系统性能的变化规律，制定出适合小容积试验台的试验标准，到目i ； 为止，还没有 人做此项课题的研究，本文工作为今后设计各种容积试验台以及新阀的研制具有着重要 的现实指导意义。 5 、计算机仿真技术在国内外的发展状况 计算机仿真技术的发展为制动系统性能预测提供了条件【1 0 , 1 1 j 。制动系统性能仿真是 获取空气制动系统内气体流动的瞬态特性，获得制动系统性能的方法，它可以有效地预 测参数影响，优化系统结构，以较低的费用获得制动系统性能。近年来，为适应列车发 展需要，一些困家都相继开展了制动系统的计算机模拟研究工作，美国、日本、印度、 中国都开展了制动仿真工作。美国新罕布什尔大学与纽约空气制动机公司、伊利诺伊工 学院与美国铁路学会、同本铁道技术研究所、印度工学院等都相继开发了适合本国空气 制动系统的模型。美国已经成功地用模型预测了装有a b d 及a b d w 系列阀列车制动系统 特性1 1 2 , 1 3 】；印度不仅用模型预测了制动系统性能0 1 4 , 1 5 , 1 6 1 ，还将模型应用于参数研究之中； 同本用模型研究了列车管减压特性，仿真制动管路减压特性，得到了实验难于实现的仃 价值的结论1 1 7 i 引，但模型中没自包含阀，还不能仿真列牟制动性能。 4 绪论 我国在空气制动系统模拟方面的工作开展较晚，目前大连交通大学和铁道部科学研 究院开展了这方面的研究工作。大连交通大学针对我困机车车辆空气制动系统已开发出 一系列较为完整的模型。有1 2 0 阀货运列车制动系统模型【2 们，1 2 0 阀试验台仿真1 2 ，f 8 阀客运列车制动系统模型，1 0 4 阀客运列车制动系统模型。能够仿真各种编组长度和各 种减压量的制动缓解和紧急制动性能，列车制动仿真系统还能够仿真分析制动系统动态 压力变化过程，同时也可以用于制动距离的计算，通过数据可实现与列车纵向动力学分 析程序的无逢连接【2 2 1 。已经应用仿真系统进行了大量研究工作，正确地验证了前人的实 验结果，并成功地预测了列车管减压特性规律，包括机车排气口面积、管内壁粗糙度、 主管直径及长度、主管初压等对空气波速及列车管减压速度的影响，预测制动系统紧急 制动作用临界长度与机车大闸排气1 ：3 面积、列车管定压以及列车长度的关系1 2 川，预测了 平原大气压和高原低气压条件下的空气制动系统特性及大气压对紧急制动和常用制动 下制动距离的影响1 2 5 1 。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【2 4 2 习；预测了车辆阀在高原低气压条件下试验性能的变化、在平原试验合格的阀在 高原环境下试验不合格的概率【2 4 1 ，两种试验台初充气试验标准的比较研究1 2 6 j ：预测了试 验台管路变化对紧急阀试验性能的影响，利用试验台仿真软件分析了初充气条件下合格 阀充气曲线的范围，提出了缩短初充气试验的3 种试验方法和试验标准1 2 。 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；通过以 上的介绍可以看出，国内制动仿真技术也处在迅猛发展的阶段，它对今后我国制动技术 的发展具有重要的促进作用。 6 、课题研究的意义 随着制动技术的不断发展，开发新的制动阀以提高制动性能是制动系统发展必然 趋势，而在新的制动阀歼发后，必须有专门的试验台用j ：检测其性能。因此开发新阀试 验台工作也是未来制动系统研究的重点。另外铁路现场使用7 0 5 试验台和1 2 0 试验台对 1 2 0 阀的性能进j ，检测时发现试验时间过长，这也对缩短单阀试验时问提出了新的要求， 而减少试验时间最主要的方式就是减小各风缸的容积。另外特定低温试验也x , t 4 , 容积试 验台提出了需求。各种不同容积的新型车辆的出现，为了满足与车辆上对应风缸具有相 同的容积，也促使各种彳i 同容积风缸的试验台的研制。无论什么样的风缸容积，都必须 保证同一个阀在不同风缸容积的试验台具有相同的试验结果，即必须确保实验结果等 效，因此，研制不同风缸试验台问的标准等效问题将是新试验台开发必然面临的问题。 一般通用的研究试验台标准等效问题是通过在防种试验台上的大鼍试验，但这种方 法不仅浪费时间，成本高，另外有的阀性能甚至需要徂：特定的条件下进行检测，也会出 现某些性能无法检测或检测小准的问题。因此仿真研究4 i i 司试验台标准等效问题是一种 大连交通火学t 学硕 ：学付论文 十分省时、省资金的方法，本文通过仿真方法研究各j x l 缸容积都减小一半的条件下的试 验标准，为将来开发各种容积的试验台提供借鉴。 到目前为止，还没有人做此项课题的研究，本文工作为今后设计各种容积试验台以 及新阀的研制提供参考与借鉴，它的研究具有着重要的现实意义。 7 、本文主要内容 针对现场单阀试验对小试验台的需求，也为了摸索试验台容积变化对试验指标影响 的变化规律，为今后制定各种容积试验台试验标准摸索一套行之有效的分析方法。本文 使用试验台仿真系统，将1 2 0 阀在单阀试验台上的各项试验进行仿真，分析影响各阀试 验指标的影响因素，寻找各项试验边界阀或其他方法，进而寻找到对应的小试验台的等 效于7 0 5 试验台试验标准的小容积试验台试验指标，提出一套各风缸容积减半后的试验 台试验标准。 6 第一章试验台的介绍 第一章试验台的介绍 7 0 5 型试验台是用于试验间接作用的1 0 3 和1 0 4 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。我国针对1 2 0 型空气控制阀的特点制定出了1 2 0 型空气控制 阀在7 0 5 试验台上的试验标准，为检测1 2 0 型空气控制阀的性能提供了有力的保障【2 】。 下面将7 0 5 试验台的结构以及7 0 5 试验台机能试验的标准做一简要介绍。 1 17 0 5 试验台结构 7 0 5 试验台主要由操纵部、安装部、风缸、控制阀、风动阀门、压力表、台架以及 附属装置组成【z j 。其构造如图1 1 所示： 鼎鼐雯黯鼎 孵 塞一一 ，遗ili 黼叠至f 三蔓逦矗，- 。， 一百l 矗石啊飘孵瘟译置| m j 倍风缸 蠢 主 培 叠 图l - 17 0 5 犁试验台的结构 f i g 1 一lt h es t r u c t u r eo f 7 0 5t e s tr i g 大体上来说在试验1 2 0 阀之前需要对试验台的列车制动管充、排气速度进行检测， 也就是对7 0 5 试验台进行标定的过程，即机能试验，也就是试验台的充排气能力。其中 机能试验项目可分为两大类：充气试验和排气试验。在7 0 5 试验台上，操纵阀设有八个 作用位置，操纵阀的主要作用是将储风缸的压力空气充入列车管风缸或将列车管风缸的 压力空气排出大气的过程。从图1 1 中可以看出，首先总风源将其压力空气通过滤尘器、 给风阀到达储风缸，当操纵阀手柄置于充气位时，储风缸的压力窄气通过操纵阀对列车 制动管进行充气，进而测定列车制动管的充气速度；肖操纵阀置于排气位时，列车制动 管的压力空气经过操纵阀排出大气的过程，进而测定列车制动管的排气速度。机能试验 7 大连交通人学t 学硕f ：学位论文 的目的是为了确保在检测阀的性能之前试验台的性能良好，为正确合理地检测1 2 0 阀的 性能提供了有利的条件，只有试验台性能良好，才能对阀的性能进行准确地检测。 1 27 0 5 试验台各风缸的容积 7 0 5 试验台上风缸包括储风缸、副风缸、列车制动管( 容量风缸) 、压力风缸、制 动缸、加速缓解风缸、容积室( 风缸) 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。不同的试验台风缸容积是不同的，7 0 5 试验台上各风缸的容积如表1 1 所 示【2 1 ： 表1 17 0 5 试验台上各风缸的容积 t a b l e1 - 1t h ec y l i n d e rv o l u m e so f t h e7 0 5t e s tr i g 列车管加速缓 名称储风缸副风缸制动缸容积室紧急室局减室附加缸 风缸解风缸 容积 1 0 08 01 51 5l l3 81 5 o 6o 9 ( l ) 1 37 0 5 试验台机能试验的标准 机能试验是在试验阀性能之前用于检测试验台性能是否良好的重要依据，只有试验 台的性能良好，才能准确地对阀的性能进行检测。在7 0 5 试验台上，根据操纵阀手柄的 位置不同可将7 0 5 试验台上的机能试验分为两大类：充气试验和排气试验。7 0 5 试验台 上的机能试验标准如下所示f 2 】： 1 充气试验 主要是风源对列车制动管进行充气的过程。首先确定总风源压强不得低于6 5 0 k p a ， 然后将手把置二位，测定列车制动管压强由5 0k p a 升至1 5 0k p a 的时间，应为5 0 - - - 5 2 s 。 2 排气试验 a ) 四位：待列车制动管充至6 0 0k p a ，将手把置四位，测定列车制动管爪强由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h 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i 、h j ，应为6 5 - - 一7 s 。 c ) 六位：待列车制动管充至定归i 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e h6 0 0 k p a 降至3 0 0k p a 的时间，应为6 5 - - - 7 s 。 8 第一章试验台的介绍 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 , - 一5 5 s 。 以下是风门和附加阀的机能试验的标准，如下所示： 3 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 5s 。 4 风门1 4 a 排气时问的测定 待列车制动管充至定压后，关风门l ，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 , - - 一6 5 s 。 5 列车制动管附加排风阀的性能试验 列车制动管充风达定压并稳定后，将手把置三位，将排风阀推进至开放位，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4 - - 4 5 s 。 在7 0 5 试验台机能试验确定之后，就可以对1 2 0 阀进行性能检测。其中试验项目共 2 0 余项，可分为以下三大类试验：按充、排气试验来划分可包括：初充气试验、紧急二 段阀试验、缓解试验、通量试验、制动缸缓解试验、副风缸和工作风缸排气试验、紧急 室充气试验、紧急室排气试验。按灵敏度试验来划分可包括：局减阀性能试验、制动和 缓解灵敏度试验、紧急灵敏度试验、新安定性试验。其余的试验项目如：稳定性试验、 加速缓解试验、逆流孔作用试验、主阀缓解试验。为了更深入地了解7 0 5 试验台的工作 过程，本文就初充气试验为例，介绍一下试验过程。在进行初充气试验之前，风源首先 将压力空气通过滤尘器、给风阀到达储风缸，当扳动操纵阀手柄置充气位，于是储风缸 的压力空气便对列车管风缸进行充气，此时需要进行机能试验的性能检测。当试验1 2 0 阀时，储存在列车管风缸的雎力空气便经过管路到达主阀安装座，此时副j x l 缸，加速缓 解风缸和紧急室均没有空气，根据1 2 0 阀的作用原理，列车管风缸对各风缸进行充气， 各风缸的压强可通过7 0 5 试验台上的压力表显示出来，可以随时通过压力表的数值了解 各风缸的充气情况。 本章小结 本章主要内容包括以下几个方面： 1 7 0 5 试验台结构 2 7 0 5 试验台j x l 缸容积 3 7 0 5 试验台上机能试验标准 9 大连交通人学t 学硕 ? 学位论文 第二章仿真系统的空气流动理论 制动系统设计与研究一直沿用传统的试验方法，这一方面是由于早期的制动系统结 构简单、易于实验，另一方面是由于计算手段的落后及气体流动理论与空气制动系统结 合具有相当的难度，限制了制动系统模拟研究的发展。随着列车运行速度的提高及列车 重载化的需要，列车制动系统日益复杂，单纯依赖试验手段难度不断增加，并且实验方 法耗资、费时，特别是试验中制动性能的离散性很难得出具有规律性的结论，促使人们 转向计算机模拟研究。 列车制动是依靠压力流动( 压力变化) 实现制动与缓解，其过程是一动态过程。 因此，制动系统真正意义上的仿真是制动系统性能仿真，而不是阀内动作过程的动画演 示或者某种压力变化的经验公式。只有性能仿真能够预测制动系统性能，分析参数影响， 为设计制动系统提供分析手段，其用处也更加广泛，更具有实际意义。 因为制动系统是靠压力空气的压力变化和制动阀的原理来实现制动和缓解，因此， 制动系统性能仿真核心包括气体流动的计算和阀内移动部件位置计算两部分内容。 气体流动计算是根据气体动力学原理，利用计算机技术，通过求解列车制动系统内 气体流动瞬态方程获得列车制动系统在制动与缓解过程中气体流动状态的动态过程。在 制动系统中主要由管路，管路接头，管路与缸的连接，管路喷【 等结构，气体在其内部 流动时，将有不同的流动方程，以下介绍相关理论与方程。 2 1 气体流动基本方程 管路内气体流动是空气制动系统核心，气体在管路内的流动状态用气体流动连续方 程、动量守恒方程和能量守恒方程描述。方程组如下1 2 8 】 望+ p 丝+ “望丝一d f ：0 - i - 二+ p + “二l 2 a t 。a ) ca xfd x 塑+ 甜塑+ 三望+ 笪生善：o i a t 魂p 玉d2i u i 陪z ，罢彳鲁彳“- 印f f 七_ 1 ) p 卜4 f u 2u i = 。 l o ( 2 1 ) 压力、摩 第：幸仿真系统的空气流动理论 2 2 特征方程 本文通过特征线方法求解偏微分方程组，在三个特征方向_ d x ：甜+ 口，_ d r ：扰一口， n ia l 拿：“上将偏微分方程转化为常微分方程【2 8 】。 d t 为了适合计算机运算，把状态参数a 及u 转换成黎曼变量a 及侈，并引入参考长度 k 厂及参考音速a r e 使方程无量纲化，则沿三个特征方向的无量纲化特征方程为 卜= 罢旭一t k - i 了a u 面d f 忽+ 华毒去纪一竿等u 2 尚 1 _ ( ) 筹 忽 协= z 以d a 一t k - i 了a u 面d f 彪+ 学薏去彪+ 等等u 2 跏- 小_ 1 ) 捌彪 卜竿争l 詈+ 孕叫忽 ( 2 2 ) 缸内气体状态假定为滞止状态，既气体在缸内没有流动，主要考虑到尽管缸内有气 体流入流出，但是每次流入流出量和缸内气体相比很小，故假设缸内气体为滞止状态 【2 2 ，2 8 】 o 2 3 在计算机上的求解方法 为了求解管路内气体的黎曼变量九、p 和a 。，将管路沿长度方向划分成许多网格， 每个网格初始状态的黎曼变量九、p 和以可以求得。以下说明如何利用z 时刻网格点上 的流动参量九、p 和彳。计算z + z 时刻网格点的流动参黾。 假没管路内流动是亚音速j f 向流动，在z 时刻，网格点r - 1 ，r ，r + 1 上的参量九、d ， 彳。已知。在z x 平面上通过p 点作3 族特征线，它们与z 时刻的网格线分别交于w 、 s 、t 三点，如图2 1 所示。 ：| 形 ： 卢 ： 、 ，- 1 w tr s。什王 图2 1 内插法计算矧( u 0 ) f i g 2 - 1t h ec a l c u l a t i