第一节　120型空气制动机

在20世纪90年代中期，为了满足重载货物列车对制动能力的要求，中国铁道科学研究院与眉山车辆工厂在103型空气制动机的基础上共同研制了一种供货车使用的新型制动机——120型空气制动机，并在全国范围内大力推广使用。

一、120型空气制动机的组成及结构特点

120型空气制动机主要由120型控制阀（简称120阀）、加速缓解风缸、截断塞门、副风缸、制动缸、空重车自动调整装置等零部件组成，如图2-1所示。

120型空气制动机的结构特点如下：

（1）增设加速缓解阀和容积11L的加速缓解风缸，可提高列车的缓解波速（170～190m/s）。当车辆缓解时，利用制动缸压力为信号源，控制加速缓解风缸里的压缩空气向制动主管逆流而达到局部增压的目的。这样虽对本车制动机没有起到加速缓解的作用，但对后续车辆均起到明显的加速缓解作用，有效地减轻了低速缓解时列车的纵向冲动。

（2）增设了半自动缓解阀，可以根据需要直接排出制动缸里的压缩空气，并具有自锁功能；或排出制动系统里的全部压缩空气。操作简单，方便调车作业，节省人力，减少耗气量。

（3）制动时具有比较完善的两阶段局部减压作用和紧急制动时制动缸压力先跃升再缓升的二段变速增压作用，减缓列车的纵向冲击。

（4）采用了二压力直接作用方式，缩短了列车初充气时间。

（5）采用了空重车自动调整装置。随着货车载重质量的不断增长，货车自重系数逐渐下降，空车与重车的总质量差别越来越大。货车的制动率若按照空车设计，则重车时制动率将严重不足；若按照重车设计，则空车时又因制动率过大，发生滑行而擦伤车轮。为了保证空、重货车制动率趋于一致，安装了TWG系列或KZW系列空重车自动调整装置，能够根据车辆实际装载质量自动调整制动缸的压力，保持与载重相适应的车辆制动力。

（6）能够与高摩合成闸瓦、闸瓦间隙自动调整器、球芯塞门、法兰接头和密封制动缸等新技术配套成货车新型制动系统，管路采用不锈钢管或不锈钢冶金复合管，各管路上均设有滤尘装置，提高了压缩空气清洁度，延长制动装置使用寿命。

二、120型控制阀

（一）特点

120阀由中间体、主阀、半自动缓解阀和紧急阀四大部分构成，如图2-2所示。

1.采用二压力机构

我国现用的客车、货车制动阀均属于二压力系统，为使120阀与现有车辆上的各种制动阀获得较好的混编性能，所以120阀仍采用二压力机构。

2.采用直接作用方式

120阀采用了直接作用方式，即列车管的压力变化将直接控制制动缸的压力变化。这种控制方式结构简单，动作快捷，提高了制动波速和缓解波速。

3.采用橡胶膜板和滑阀结构

120阀仍然采用了技术上成熟的橡胶膜板和金属滑阀结构，并较多地采用了橡胶件，如膜板、夹心阀、O形密封圈等。

4.适应压力保持操纵

在滑阀上增设了一个在制动保压时沟通制动主管和副风缸的ф0.2mm的小孔，称为“呼吸孔”或“眼泪孔”，用于平衡主活塞两侧压力差，以适应列车压力保持操纵的需要。

5.采用分部作用形式

常用制动与紧急制动分开控制。紧急阀内增加了带先导阀的二级控制机构。当施行紧急制动，制动主管快速排气减压时，首先打开先导阀，消除了放风阀的较大背压，使紧急活塞杆能顺利顶开放风阀排气，提高了列车的紧急制动波速（约为250m/s）。

6.考虑零部件的通用性

120阀设计中，较多地考虑了新、旧阀零部件的通用互换，且结构简单，维修方便，可以与制动新技术配套使用。

（1）120阀的所有零部件中，与货车旧型103阀的通用件占54％，特别是易损的橡胶件，80％以上是利用103阀的橡胶件。

（2）考虑到120阀将替代103阀，为方便装有103阀的旧车改造，二者主阀的安装面形状和尺寸、气路位置尺寸完全相同，只是103阀的工作风缸改为120阀的加速缓解风缸，其气路与风缸容积也完全相符。为防止120阀与103阀相互安装错误，在120阀中间体上安装主阀用的四个螺栓中，左下角的一个改为M12（另三个为M16）；又为防止直径ф356mm和直径ф254mm的制动缸所配用的120阀装错，在主阀与中间体的安装面上设了防误装销钉。

7.降低整体质量

采用了一部分铝合金压铸件，美观了外形，降低了120阀整体的质量。

（二）组成部分及其基本作用

1.中间体

中间体通常用铸铁制成长方体形，有四个垂直面分别安装主阀、紧急阀、列车管、加速缓解风缸管、制动缸管和副风缸管。中间体内铸造有两个空腔，分别是容积1.5L的紧急室和容积0.6L的局减室，如图2-3所示。

中间体作为安装座，不仅承受相关阀件和管路的安装，并且还利用结构内部通路使制动管、加速缓解风缸、副风缸、制动缸分别与主阀、紧急阀各对应气路相连通。中间体只在进行厂修或必须更换时才从车辆底架上卸下。

2.主阀

主阀是120阀组成中最主要的部分，其根据列车管压力的不同变化，控制空气制动机实现充气、缓解、制动、保压等基本作用。主阀由作用部、减速部、局减阀、加速缓解阀、紧急二段阀等五部分组成，如图2-4所示。

（1）作用部

作用部主要由主活塞、滑阀、节制阀、稳定弹簧、稳定弹簧杆等组成。其用途是根据列车管与副风缸二者的压力差，控制主活塞上下移动，实现主阀的基本作用。

（2）减速部

减速部设在作用部的下面，位于主阀的下盖内，由减速弹簧和减速弹簧套组成。其用途是在列车管充气增压时，控制主活塞下移的距离，减缓列车前部车辆制动机充气缓解的速度，减少列车制动机因充气缓解速度不一致而产生的纵向冲击。

（3）局减阀

局减阀主要由局减活塞、膜板、局减阀杆、局减阀复位弹簧等组成，位于主阀前盖内的右侧。其主要用途是在列车管减压制动时动作，将列车管内的部分压缩空气送入制动缸，使制动缸获得一个跃升初压（50～70kPa），同时使列车管产生了局部减压作用（简称“局减作用”），确保后部车辆迅速产生制动作用，提高了制动波速，有利于降低列车的纵向冲动，改善制动性能，缩短制动距离。

（4）加速缓解阀

加速缓解阀主要由加速缓解弹簧、夹心阀、加速缓解膜板、加速活塞、顶杆等组成，位于主阀前盖内的左侧。其用途是当列车管增压、制动缸内的压缩空气排入大气缓解时，以此排入大气通路上的压缩空气为压力信号，推动加速缓解阀内移，顶开夹心阀，导致本车加速缓解风缸中的压缩空气迅速流入列车管，使列车管除了有来自列车供风系统的压缩空气充入外，还有来自本车加速缓解风缸的压缩空气流入，这就是列车管的局部增压作用。由于列车前后列车管的压力梯度增大，使列车管增压作用沿列车由前向后的传播速度加快，明显提高了缓解波速，有利于减小列车缓解时的纵向冲动。

（5）紧急二段阀

紧急二段阀由紧急二段阀杆及其密封圈、紧急二段阀弹簧、紧急二段阀套组成，位于主阀下盖内，靠近主阀安装座。此阀是为了减轻长大货物列车在紧急制动时的纵向冲动而设置。其作用过程是，列车紧急制动时，列车管的压缩空气快速排入大气，通过作用部的动作，副风缸向制动缸充气，当制动缸内压力上升到140kPa左右时，紧急二段阀克服其弹簧的弹力和列车管剩余压力作用而上移，关闭了一个副风缸通向制动缸的气路，减缓了制动缸压力的上升速度。因此，制动缸内压力分成两个阶段呈先快后慢地上升，所以称为紧急二段阀。

3.半自动缓解阀

半自动缓解阀（简称“缓解阀”）由手柄部和活塞部组成，如图2-5所示。缓解阀用螺栓固定在主阀体右侧面的缓解阀安装座上。

半自动缓解阀的主要用途是自动排出制动缸里的压缩空气。因其活塞部具有空气压力自锁功能，只需人力拉动缓解阀的手柄3s左右，听到制动缸排气声，即可松开手柄，制动缸能自动排气缓解，不需要将其他风缸的压缩空气全部排出，所以称为半自动缓解阀。当然，也可以根据需要长时间拉动手柄，使副风缸、加速缓解风缸等的压缩空气全部排出。

4.紧急阀

紧急阀是专为改善列车紧急制动性能而独立设置的，紧急阀的动作和作用不受主阀的牵制与影响。

紧急阀由紧急活塞、安定弹簧、放风阀部、先导阀部以及阀体、上下盖等组成，如图2-6所示。其作用是在紧急制动时，通过紧急活塞的向下移动，顶开先导阀、打开放风阀，使列车管内的压缩空气快速排出（紧急局减作用），提高紧急制动灵敏度和紧急制动波速。

（三）作用位置及通路

120型控制阀具有充气及缓解位、减速充气及缓解位、常用制动位、制动保压位、紧急制动位共五个作用位置。其各作用位置的通路，如图2-7所示。

1.充气及缓解位

初充气和制动后需要缓解时以及列车正常运行中，列车制动装置中的自动制动阀置于此位。

货物列车通常编挂的车辆较多，列车管的长度和弯曲部分也相应地增加，列车管增压时，压缩空气在管内由前向后流动的阻力越来越大，形成压力梯度。列车前部车辆的制动机先充气缓解，后部车辆制动机形成充气缓解位置的时间要比前部车辆晚，造成了列车的纵向冲动。列车编组辆数越多，前后部的车辆制动机形成充气缓解位置的时间差越大。

为了使长大货物列车前后部车辆的充气缓解动作尽可能一致，长大列车后部车辆的120型控制阀处于充气缓解位。

此时，因列车管增压而充入各车辆的压缩空气进入中间体后，一部分经过紧急阀进入紧急室；一部分经过主阀进入副风缸和加速缓解风缸。与此同时，制动缸内的压缩空气经过主阀下方的排气口排向大气。制动缸的活塞杆复位，制动作用解除，制动机处于缓解状态。

2.减速充气及缓解位

减速充气及缓解位产生于长大列车前部车辆或短小列车车辆制动机所处位置。

参照“充气及缓解位”，由于前部车辆制动机先得到较高的气体压力，使主阀作用部内的主活塞向下移动并压缩了减速部的减速弹簧，此时作用部的滑阀以较小的通路与进入中间体内的压缩空气对接，使经过主阀进入副风缸和加速缓解风缸的速度减慢，导致列车管内的压缩空气快速向后部车辆流动。另外由于加速缓解风缸协助产生局部增压作用，也使其后部车辆制动机缓解速度得到提高。

由于长大列车前部车辆制动机减速充气及缓解，而后部车辆制动机正常充气及缓解，所以，全列车前后部车辆制动机的充气及缓解速度趋于一致，减少了列车缓解时的纵向冲动。

全列车充气缓解结束后，由于主活塞上下压力差趋于平衡和减速弹簧的回弹作用，使作用部各零部件均处于充气缓解位置。

3.常用制动位

列车运行中需要减速或准备进站停车时，司机要施行列车管常用制动减压，车辆制动机将产生制动作用，实现减速或停车的目的。

（1）列车管局部减压作用

在司机施行列车管的常用制动减压时，主阀作用部内的主活塞在列车管与副风缸二者压力差的作用下，将带动节制阀上移，首先产生列车管的第一阶段局部减压：使列车管的部分压缩空气，进入中间体的局减室，经过位于中间体与主阀安装座之间的排气缩孔Ⅰ排向大气；主活塞两侧的压力差进一步加大，带动节制阀和滑阀一起上移，结束了第一阶段的局减作用，同时又产生了列车管的第二阶段局部减压作用：此时，列车管的部分压缩空气经过局减阀，进入制动缸。当制动缸内压力达到50～70kPa时，局减阀向外移动关闭相关通路，停止了列车管的局部减压作用。

第二阶段局减作用，保证了列车尾部车辆制动机即使在列车管小减压量时，也能有一个初始的跃升压力。

列车管的局部减压作用，不仅加快了本车的制动作用，而且提高了列车管减压作用由前向后传播的速度，提高了列车的制动波速，减小了制动时列车的纵向冲动。

（2）常用制动作用

在主活塞移动到上方后，副风缸与制动缸之间形成了通路，副风缸的压缩空气进入制动缸，使制动缸活塞向外移动，带动基础制动装置完成制动作用。根据列车管减压量的多少，主活塞控制着副风缸向制动缸输送压缩空气的“量”，保证制动缸内的压力满足列车制动的正常需要。

（3）制动机的稳定性

当列车管发生轻微漏泄（缓慢减压——减压速度<30kPa/min）时，自动空气制动机不发生制动作用的性能。

能够保证制动机稳定性良好的主要部件是位于主阀作用部下方的稳定弹簧、稳定杆。

（4）制动机的安定性

自动空气制动机在进行常用制动作用时不发生紧急制动作用的性能。

能够保证制动机安定性良好的主要是位于紧急阀内的安定弹簧和紧急活塞杆上的轴向缩孔Ⅲ。

4.制动保压位

在常用制动减压中，当列车管减压量达到要求（制动力满足需要）时，司机将自动制动阀的手把移到保压位，停止列车管减压。此时，主活塞带动节制阀轻微下移，遮断副风缸向制动缸送气的通路，使制动缸内的压力既不上升也不下降，即制动机呈保压状态。

5.紧急制动位

列车运行中遇到意外情况需要立即停车时，司机将自动制动阀手把移到紧急制动位，使列车管内的压缩空气快速排入大气，以实现紧急制动停车的目的。

（1）主阀快速动作

列车管快速减压后，主阀各部分的动作过程，除紧急二段阀外，均与常用制动时一样。主活塞上移，先后产生第一阶段局减、第二阶段局减及制动作用，只是动作更加迅速，且制动缸一直充气到与副风缸压力相平衡的最高压力值。

（2）紧急阀快速大量排气

随着列车管的快速减压，紧急活塞在其上方紧急室气压的作用下，克服安定弹簧的阻力向下移动，首先顶开先导阀，使放风阀的背压得到释放，然后继续下移打开放风阀，使列车管的压缩空气，快速大量从紧急阀排气口涌出，产生了强烈的局部减压作用，明显地提高了紧急制动波速。

此时，不仅列车管的压缩空气从紧急阀排气口涌出，紧急活塞上方紧急室里的压缩空气也经过紧急活塞杆上的缩孔Ⅴ、再经过排气口排向大气，需15s左右才能排完。在紧急室压缩空气未排尽时，放风阀一直处于开放状态，若此时司机向列车管充气，则压缩空气将继续经过放风阀排向大气，制动机不可能缓解。只有等到紧急室压缩空气排尽，安定弹簧推动紧急活塞上移，放风阀弹簧推动放风阀与阀座密贴，先导阀弹簧推动先导阀与阀座密贴，这时向列车管充气才能达到使制动机缓解的目的。

紧急室排气时间设计为15s左右，是为了使列车发生紧急制动后，必须在列车停车以后才可以进行充气缓解，以防止列车产生剧烈纵向冲动，甚至造成断钩事故。

（四）主要优点

（1）适应长大重载列车的运行要求。制动波速高，制动作用可靠；紧急制动中能减少纵向冲动；制动稳定性好，可防止列车自然制动；利用加速缓解阀和加速缓解风缸，提高了列车的缓解波速。

（2）适应于较高速度列车运行。紧急制动与常用制动分部管理、紧急阀内增设先导阀，确保紧急制动灵敏可靠；常用制动后可以有条件地转为紧急制动作用。

（3）能与安装GK型三通阀、103型分配阀的车辆混编，并提高它们的使用性能。

（4）半自动缓解阀作用可靠、操作方便。

（5）能与安装356mm或254mm两种不同直径制动缸的制动机配套使用。

（6）适应长大下坡道对保持压力的操纵要求。

（7）便于检修和延长检修期。

（五）主要缺点

120型控制阀是我国自行设计、制造的车辆制动机用空气控制阀，采用了部分与103型分配阀相同的零部件，虽然近年来零部件的材料和制造工艺都有所改善，但从结构、性能及材料方面仍存在着一些缺点。

（1）橡胶膜板、橡胶夹心阀耐油性差，使用寿命短。橡胶膜板若穿孔、裂纹，橡胶夹心阀若开胶、夹渣等，均会导致控制阀失去正常作用，影响列车运行安全。

（2）常用制动安定性差。紧急阀部的安定弹簧过弱或紧急活塞两侧压差稍大，先导阀更易引起意外紧急制动。

（3）构造还是比较复杂，作用性能多，不易控制运用、检修质量，从而影响控制阀发挥正常的作用。

（4）在列车管小减压量制动以后缓解时，由于制动缸压力较低，有可能推不动加速缓解阀动作，所以就不会产生加速缓解作用，影响缓解波速。

三、120-1型控制阀简介

2003年为了使120阀无论单独使用或与ECP（电空制动系统）、Locotrol（机车无线同步控制系统）配套使用时都能满足重载运输的需要，在原120阀的基础上改进设计，增加常用加速制动功能，研制了120-1型货车空气控制阀。

2005年开始随同C80型敞车投入大秦线运用考验，常用加速制动功能比较明显，减少了列车纵向冲击作用，缩短了常用制动距离。2007年获得中国铁路科技鉴定成果奖，开始推广使用。

（一）各部分构造

120-1阀基本与120阀相同，由中间体、主阀、半自动缓解阀和紧急阀四部分组成。

1.中间体、半自动缓解阀

与120阀相同，主要是完成安装座和半自动缓解阀的基本作用。

2.主阀

为了实现常用加速制动作用，重点对主阀作用部进行了重新设计，主要包括以下内容。

（1）对滑阀重新设计，增加了两个新的气路、对原有气路进行了调整及优化。

（2）对节制阀进行了对应的重新设计。

（3）为保证主阀性能，提高了对滑阀、节制阀的加工精度要求。

（4）为适应重载列车的需要，对稳定杆进行了重新设计。

（5）为了减少局减阀的漏泄，将局减活塞与局减阀杆一体化。

（6）主阀部的上盖和前盖，为了提高刚度防止变形而增加了一些加强筋，同时增加了“TK”的制造徽记和“120-1”铸字标记（图2-8），以免与120阀的混装。特别是上盖活塞内孔深度增加了2mm，使活塞和滑阀的工作行程增加了2mm，提高了运用性能。

3.紧急阀

在紧急阀上盖内侧增加了一个小孔，在外侧增加了类似主阀上盖的加强筋以提高刚度，并铸字以示与120阀的区别。

（二）作用原理

120-1阀的作用原理与120阀相同，同样具有充气缓解位、减速充气缓解位、常用制动位、保压位和紧急制动位这五个作用位置，唯一的区别是在常用制动中，新增加了局部减压作用的通路，就是在第二阶段局部减压，列车管的部分压缩空气进入制动缸的同时，又形成了一条使列车管的部分压缩空气经过局减室，通过主阀安装面排气口排向大气的通路。加快了列车管的排气速度，提高了制动波速。