关于停放制动气路中缩堵的分析

摘 要：停放制动在动车、机车、城轨和客车等车型中大量应用，停放制动气路中大多有节流缩堵，缩堵减缓了停放管路气体流动速度，尤其是当下游管路漏风时起到避免压力开关误报停放缓解信息及防止车辆带闸行驶的作用。该文使用Amesim软件对停放气路进行仿真建模，从仿真结果中分析选用合适孔径的缩堵，既可实现避免压力开关误报的功能，也可实现停放缸较快的充风和停放快速缓解。

关键词：停放制动；气路原理；缩堵；停放缸；仿真

中图分类号：U279 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）28-0070-04

Abstract： The parking brake is widely used in high-speed trains， locomotives， urban rail vehicles， and passenger trains. Most of the parking brake units are equipped with throttling orifice， which serve to reduce the gas flow speed in the parking pipeline. This is particularly important in order to prevent misreporting of parking relief by the pressure switch， as well as to avoid driving with brake when there is a downstream pipeline air leak. In this paper， Amesim software was utilized for simulating the parked gas circuit. The simulation results indicate that throttling orifice with an appropriate aperture not only prevents false alarms from the pressure switch， but also achieve faster charging of the parking cylinder and rapid parking relief.

Keywords： parking brake; pneumatic scheme; throttling orifice; parking cylinder; simulation

停放制动可以保持机车车辆在线路或库内停放，通常使用蓄能弹簧的方式产生制动力。在停放装置中，一般有电磁阀、双向阀、塞门、减压阀、压力开关和缩堵等零部件，这些零部件统一集成到阀板上或以管接形式连接到管路中，其中集成式停放装置中缩堵对停放功能的实现有重要的作用，本文就停放气路中缩堵的作用和规格选用进行分析和研究。

1 初步原理分析

目前停放制动装置主流形式是将各类阀、压力开关、塞门和各种附件集成到阀块上，所以指示停放状态的压力开关或者压力传感器距离停放缸过远，可能会造成不能及时、准确地反映停放的施加或缓解，影响司机对当前车辆的判断，导致错误操作车辆，最终造成车辆故障。

图1是常见的城轨停放制动控制装置的气路原理图，在减压阀（.05）的下游位置往往会配置节流缩堵（.06），从气路方面分析，此处缩堵可减缓充气速度，但因为停放缸充气时间要求不高，选择孔径合适缩堵也能满足充风时间要求。但是如果在靠近停放缸附近出现快速漏风情况时，停放缸压力下降，进而导致停放施加，缩堵减缓向下游的充风速率，压力开关处压力不能得到补充，压力值降低，触发压力开关下限动作值，向司机屏发送停放制动施加状态，提醒司机车辆存在故障并及时查找处理，避免车辆在停放施加时行驶。

2 仿真建模

根据气路原理分析，影响仿真建模的关键部件是减压阀、缩堵、压力开关和管路直径等，减压阀[1]、缩堵和停放缸等直接使用Amesim软件设计库中子模型，其余部件如停放电磁阀、双向阀等使用等效管径代替。而压力开关在Amesim中现有库中没有对应元件，需要搭建压力开关子模型。

图2是压力开关结构原理图[2]，分析其中活动质量块、压力作用面和弹簧等，选取机械库和气动部件库设计子模型，根据实际产品结构选取参数，建模结果如图3（a）所示，当压力达到设定值输出高低电平信号，高低电平的变化代表触点的切换，如图3（b）所示，压力上升到或下降到5 bar时，反馈信号的高低电平变化。

为简化停放装置仿真模型，在Amesim将压力开关模型转变成超级元件，如图4所示，保留进气口S和输出的反馈信号。

参照气路原理图，搭建仿真模型，根据实际情况设定总风进气压力、减压阀设定值、管路长度和管径，同时增加下游管路泄露点，使用电磁阀排气代替，其中模型中2个单压力开关等效替换双压力开关，如图5所示。

3 结果分析

停放制动装置模型分别使用无缩堵和直径2.5 mm缩堵建模，其他条件都相同，前25 s模型充风，后15 s电磁阀得电动作，模拟下游管路漏风，仿真结果曲线如图6所示，图中左侧纵坐标为停放缸内压力，右侧纵坐标为压力开关高低电平变化。

从图6中可以明显看出，有缩堵的模型压力上升快于无缩堵模型，充风阶段触发压力开关动作（压力开关反馈信号电平切换）时间晚4 s，10 s时停放缸压力都已升至5 bar以上，停放制动已经缓解。当下游管路漏风时，有缩堵模型中压力开关动作，无缩堵模型压力开关处压力仍在4.8 bar，无法触发压力开关动作，其中此时停放缸压力如图7所示，压力不足2 bar，表明已有停放制动力，有缩堵模型可以较早触发压力开关动作，防止车辆带闸行驶。

泄露位置也会影响压力开关的动作，设置距离停放缸1、5和10 m 3组泄露点，建模计算压力开关的动作情况，具体如图8所示。

数据显示距离停放缸越近的泄漏点压力开关动作点越靠后，所以靠近停放处的泄露更能模拟严苛的环境条件，以下测试中都以距离停放缸1m的泄露点进行仿真建模。

关于缩堵孔径多大适合在制动控制装置中使用，同样可以建模进行仿真对比，条件仍是前25 s模型充风，后15 s电磁阀得电动作，模拟下游管路漏风。缩堵分别使用孔径1、2、2.5、3和4 mm，计算结果汇总在图9中。图9中展示了压力开关处压力曲线，其中孔径1 mm缩堵在25 s时压力达到了2.6 bar，充气速率偏小。孔径4 mm的曲线在下游管路漏风时，压力开关处压力仍高于4 bar，不会触发压力开关动作。

图10显示的是停放缸处压力曲线，10 s时孔径2 mm缩堵模型中停放缸压力还未达到4 bar，压力开关不动作，其他孔径2.5 mm缩堵、孔径3 mm缩堵、孔径4 mm缩堵模型中停放缸压力可以达到5 bar，此时这3组试验中压力开关动作，显示屏上显示停放制动得到缓解。

4 结论

经过上述仿真计算，有缩堵的停放制动装置对比无缩堵的有明显优势，发生泄漏时可以触发压力开关动作。另外，不同孔径的缩堵经过对比仿真计算，孔径2.5 mm和3 mm既能满足充风速率的要求，也可以在下游漏风时触发压力开关动作，保证行车安全。

通过仿真试验，可以减小试制和试验成本，避免出现常见经验错误，为产品设计开发和优化提供理论基础。同时仿真可以从零部件、模块到系统各个层次进行，配置各项不同参数，通过数据曲线发现最优参数，提高整车制动系统的安全性。

参考文献：

[1] 刘晓京，李培署，杨乐.停放制动减压阀故障仿真分析与改进[J].铁道车辆，2021，59（3）：78-81.

[2] 刘豪.压力开关的特点及其类型[J].企业导报，2011（6）：296.