第二节 150型货车制动机
一、重载货车制动机
铁路货车制动机技术的发展与进步，始终是伴随着铁路货物运输方式的改变、列车牵引吨位、车辆载重、轴重、速度等的增长而不断发展与进步。随着新型大轴重铁路货车生产的需要，对铁路货车制动机提出了新的要求。
目前我国70t级货车全部安装的是120型空气制动机，虽然后来对制动机中的120型控制阀进行了技术改造（命名为“120-1型控制阀”），但仍然有一些问题没有得到根本解决，其中针对120型货车制动机迫切需要解决的问题主要有以下几个方面：
（1）提高制动机部件的可靠性，延长检修周期。
（2）轻量化设计，提高运输效率。
（3）适应更大的货车轴重和更多的列车牵引辆数。
（4）提高基础制动装置的适应能力，能够适应各型铁路货车。
为解决上述问题，采取主要技术措施如下：
（1）采用更先进的制动系统技术及制动机部件，提供更加优越的制动性能。例如：电空制动技术、微机控制技术等。
（2）采用新的材料与新的结构。例如：新型高摩合成材料闸瓦、橡胶密封件代替金属研磨滑阀的控制阀、长寿命橡胶膜板部件等。
二、150型货车制动机系统组成
为保证制动机作用性能良好、延长检修周期、提高车辆运用的可靠性，中国中车四川制动科技股份有限公司根据国内外铁路货车制动系统技术的发展和长期积累的制动技术研究成果，以满足运用要求、作用性能先进、提高动作可靠性、检修操作方便为目标，试制出以150型空气控制阀（以下简称：150阀）为核心的新型铁道车辆制动机——150型货车制动机（以下简称：150型制动机）。
150型制动机由与空重车限压阀集成安装且具有电空制动接口的150阀、新型组合式集尘器、集成梁形制动单元、TZD型货车脱轨自动制动装置、KZW-A型空重车自动调整装置、双室风缸、副风缸、A型球芯直端塞门、制动软管连接器、符合TB/T 2403要求的高摩合成闸瓦等组成，如图2-9所示。
图2-9 150型货车制动机组成
三、150型制动机的研制
在研制150型制动机的过程中尽量采用既有、成熟、可靠的产品，重点是对150阀、新型组合式集尘器、集成梁形制动单元进行了研制。
（一）150阀的研制
1.研制依据
150阀的研制主要依据原中国南车股份有限公司2009年科技项目《30t轴重货物列车制动系统的研制》的相关要求，并满足原中国铁道部运装货车〔2009〕318号文件《关于新型大轴重铁路货车技术研究有关工作的通知》中提出的关于“新型大轴重铁路货车综合技术”要求：“空气控制阀为在120阀基础上的改进型或新型空气控制阀；控制阀与空重车限压阀集成安装，并具有整体防护装置；控制阀应提高常用制动安定性和关键部件可靠性，提高滤尘性能，与既有货车制动机无条件混编，不改变机车操纵习惯。”
2.研制目标
150阀应满足新型货车制动要求，以先进、成熟、可靠为原则，在满足与既有车辆无条件混编的前提下，采用新技术提高适应性、延长检修周期。
具体目标为：
（1）与既有车辆无条件混编，不改变司机操纵习惯。
（2）采用柱塞结构，同时提高橡胶膜板的可靠性；检修周期达到4年以上。
（3）常用制动波速大于220m/s；紧急制动波速不低于250m/s。（100辆编组，常用制动减压50kPa后，所有控制阀均应在18s之内开始缓解。）
（4）安装形式与120阀一致；同时应具有多种安装方式，以适应座式、吊式安装或集成化安装等要求。
（5）具备电空制动接口，条件成熟时可改装为电空制动系统。
3.研制过程
从方案设计开始到样机试验、单车试验、循环耐久试验、振动试验、高低温试验、列车静置试验等前期大量准备工作，到2009年底按照运装货车〔2009〕318号文件要求，完成优化设计，并完成商品机试制与各项性能试验。
2010年开始在新型大轴重货车上安装试用，到2013年装用150阀的大轴重货车完成了铁路总公司组织的运用考验。
2012年开始在中国眉山车辆公司出口澳大利亚的集装箱平车上安装使用，如图2-10所示。
图2-10 出口澳大利亚车辆上安装的150阀
2014年开始在30t轴重新型煤炭漏斗车上安装150型电空阀试用，如图2-11所示。
图2-11 安装在新型煤炭漏斗车上的150型电空阀
2014年6月中旬，原中国南车股份有限公司组织专家，对四川制动科技股份有限公司研制的150型制动机及配套技术进行了各项资料查阅和实物现场审核，最终专家们一致通过了150型制动机及配套技术的评审。
（二）150阀主要新技术
150阀是在120阀基础上研制开发，大量借鉴了120阀的设计和部件结构（包括局减阀、加速缓解阀、紧急二段阀、半自动缓解阀等）。150阀在保持与120阀作用性能和接口尺寸一致的前提下，提高可靠性，延长检修周期。
150阀的作用原理与120阀一致，为二压力直接作用形式，其主要作用性能指标与现有120阀一致，既可以用150阀改装到120型制动机上，也可以与安装120型制动机的货车混编运行。
新技术的研制主要包括无滑阀结构设计、新型夹布橡胶膜板研制、铝合金铸件研究、多种安装方式设计、紧急增压接口设计、电空制动接口设计、加速常用制动功能设计等七项新技术。主要研制部件为：150阀的主阀、集成式安装座、紧急二段阀安装座等。
1.无滑阀结构的作用部
150阀的作用部由制动阀、主活塞、副风缸充气阀、加速缓解风缸充气阀和局减控制阀组成，如图2-12所示。其中，主活塞采用全新的膜板止阀结构，彻底解决滑阀副密封不良的问题。充气缓解、制动、保压等通路变为相应的止阀，通过主活塞上下带动各止阀的开关，实现原来滑阀副上下移动所产生的各个作用。
图2-12 150阀作用部组成
（1）制动阀
制动阀由制动阀杆、制动阀（阀座）、制动阀弹簧组成，如图2-13所示。
制动阀杆根据主活塞组成的上下移动，向上推动制动阀即产生制动作用，向下移动则产生保压作用，与制动阀脱离即形成缓解位。
图2-13 制动阀组成
（2）主活塞组成
主活塞组成（含减速部）包括活塞杆、上下活塞、主膜板、紧固螺栓、减速弹簧和减速弹簧座，如图2-14所示。
图2-14 主活塞组成及风缸充气阀组成
主活塞上方为制动管压力，下方为副风缸压力，通过感知制动管压力的变化，上下移动驱动制动机实现充气、减速充气、制动、保压、缓解等作用。
主活塞动作阻力由局减弹簧（制动）和平衡弹簧（缓解）来模拟，作用性能完全由加工工艺和精度控制，彻底摒弃技艺型生产和阀面漏泄这一惯性质量问题。降低了对检修人员的技能要求和劳动强度。
（3）副风缸充气阀与加速缓解风缸充气阀
两个阀在结构上一样，均包括充气阀杆、充气阀座、充气阀弹簧、充气阀、减速充气胶垫、弹簧挡圈。
两个阀的作用原理一样，当列车管压力增加时，主活塞下移推动充气阀杆打开充气阀，使列车管压缩空气分别向副风缸、加速缓解风缸充气。
当主活塞克服减速弹簧阻力继续下移到充气阀杆与减速充气胶垫密贴后，充气阀杆上的减速充气孔起作用，列车管压缩空气只能通过充气限孔（ф1.4mm）以规定的充气速度分别向副风缸、加速缓解风缸减速充气。
（4）局减阀
局减阀包括局减控制阀、局减控制阀弹簧（相当于稳定部）、一局减阀、一局减阀座、一局减阀杆、一局减阀弹簧，如图2-15所示。
图2-15 局减阀
在初制动开始前，主活塞上移克服局减控制阀弹簧顶开局减控制阀，打开通往一局减阀和二局减阀通路的开关。列车管压缩空气首先通过开放的一局减阀排向局减室，最终排向大气。当平衡阀开始动作，副风缸压缩空气进入一局减阀杆下方使一局减阀杆上移，一局减阀在弹簧作用下关闭，停止一局减作用。
在作用部中，除上述结构外还设计了“保证制动机准确到达制动位”的平衡阀（或称平衡活塞），以及“保证主活塞上下两侧压差恒定”的眼泪孔（或称呼吸孔）等。
2.新型夹布橡胶膜板
为满足橡胶膜板保用期4年的运用要求，150阀借鉴国外成熟技术，采用夹布合成橡胶膜板，提高橡胶膜板的强度，延长使用寿命。如图2-14所示的“主膜板”。
（1）结构设计
150阀内的主活塞行程为9mm，比120阀缩短50％，减少了主膜板的行程，因此主膜板可采用接近平面的浅梯形结构，夹布工艺简单，有利于质量控制。此外，由于夹布膜板与阀体不接触，可解决主膜板长期与阀体相互接触、摩擦产生的变形与破损问题。
（2）织物结构研究
150阀中膜板的使用情况比较复杂，必须达到-50℃的连续工作耐低温要求。同时膜板是气动元件，有灵敏度要求，设计时工作面比较薄，所以应考虑到布的厚度、强度与柔软性的关系。根据长期的研究积累，又经过一系列的试验后，确定采用0.2mm厚度、耐低温的尼龙66布作为夹布材料。根据有关资料，这种夹布材料的使用寿命可达到100万次。
3.铝合金阀体及阀盖
（1）新型制造技术
为解决阀体锈蚀问题，150阀的阀体采用新型铝合金铸造技术。其铸造性能、切削加工性能较好，经过表面处理后，其耐蚀性也大大提高。同时大大减轻了控制阀的质量。
阀盖类采用液态模锻技术，强度、硬度同步提高，组织致密性高、无针孔，气密性好、可取消浸渗。
（2）选取材料（表2-1）
表2-1 国内外两种材料力学性能比较
如表2-1所示，通过对国外阀体铝合金材质进行的一系列研究及综合比较，选取的材料强度、硬度、铸造性能、切削加工性能都比较好，经过表面处理后，其耐蚀性也较好，且其化学成分及综合力学性能与国外对比阀体所用铝合金材质基本一致。
（3）结构设计
铝合金的阀体、盖类部件均采用重力铸造结构，且所有阀盖没有工艺堵，如图2-16所示。
图2-16 主阀体和阀前盖
主阀体仅重6.47kg，相对120主阀体减轻了约45.6％。质量的减轻，一方面可降低生产人员、检修人员的劳动强度，另一方面也减轻了车辆的自重，符合铁道车辆轻量化的要求。
4.多种安装方式
150阀具有多种搭配与安装方式，可适应各种货车的要求。
（1）传统配置
传统配置方式是将150阀的主阀与铝合金中间体、铝合金紧急阀安装在一起，与既有车辆安装形式一致，如图2-17所示。
图2-17 150阀的传统安装形式
（2）集成限压阀配置
集成限压阀配置方式是将150阀与空重车限压阀有效集成，简化制动管系，减少漏泄环节，利于管路合理布局，还可以兼顾特殊车辆的安装要求，便于安装和检修，能够更好的满足制动系统状态修、集中修的要求，如图2-18所示。
图2-18 集成限压阀安装形式
（3）风缸集成式配置
风缸集成式配置是利用集成式安装座，将150阀、空重车限压阀、组合式集尘器、加速缓解风缸、降压气室等用五根风管全部集成在一起，取消了120型制动机上的空重车限压阀安装座、双室风缸及安装吊及相关风管，如图2-19所示。
对集成式安装座及安装吊座的结构强度和刚度进行了有限元分析和结构优化分析。结果表明，静强度及刚度满足TB 1335《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》的要求。
（4）紧急二段阀接口
150阀将紧急二段阀单独设置，安装在主阀体侧面（图2-17）。紧急二段阀除阀体、阀盖外全部借用120阀中的紧急二段阀结构，其性能也与120阀中的紧急二段阀一致。
图2-19 风缸集成式配置形式
（5）电空制动接口
为适应专用长大列车使用电空制动技术的要求，150阀设计了电空制动接口，可安装车辆电空单元（CCD）。
车辆电空单元安装在分配阀与中间体之间，安装时只需要把原有四根双头螺栓更换为更长的螺栓即可。接线盒在车体上预留四个安装螺栓孔即可安装。
车辆电空单元装车后不通电时不影响150阀原有气路连通，不对原有气路施加影响，通电后自动切换内部气路，可以实施电空制动。
综上所述，150型制动机及配套技术主要是采用了150阀、新型组合式集尘器及新型集成梁形制动单元，能够适应通用货车及大轴重长大编组重载货物列车的运用要求；150阀采用了柱塞结构、新型夹布橡胶膜板、铝合金阀体、集成式安装形式等技术，提高了150阀的可靠性和适应性，延长了检修周期；新型组合式集尘器采用了大通量W形粉末冶金滤尘器、大容量集尘盒等技术，提高了压缩空气过滤效果，保证了控制阀风源质量；采用对推式结构的基础制动装置；采用制动缸与双向闸瓦间隙自动调整器集成等技术，结构紧凑、质量轻、受力状态合理。
150型制动机，完全符合中国铁路企业标准，适用于中国铁路运用的各种货车；其改型符合澳大利亚铁路企业标准，已安装在出口澳大利亚的铁路货车上及部分国产大轴重货车进行运行考核，运用情况良好。