第三节 104型空气制动机
104型空气制动机是以我国自行设计制造的104型分配阀而命名的，该制动机自20世纪60年代开始研制、70年代经技术鉴定合格后陆续在客车上安装使用，目前仍是我国普速铁路客车中的主型制动机。
一、104型空气制动机的组成
104型制动机是以104型分配阀和副风缸、压力风缸（早期称为“工作风缸”）、制动缸为主配套组成的自动式空气制动机，其基本组成如图2-20所示。
图2-20 104型空气制动机组成
1—制动缸；2—闸瓦间隙调整器；3—制动缸管；4—截断塞门；5—远心集尘器；6—104型分配阀；7—副风缸；8—压力风缸；9—制动缸排气塞门；10—紧急制动阀；11—压力表；12—折角塞门；13—制动软管连接器
二、104型分配阀
104型分配阀由中间体、主阀、紧急阀三大部分构成，如图2-21所示。
图2-21 104型分配阀组成
1—紧急阀排气口；2—局减室排气口；3—作用部排气口；4—均衡部排气口
（一）特点
1.二压力机构
104阀的动作是在列车管内和压力风缸内压缩空气的压力差控制下动作，即依靠列车管压缩空气的压力变化引起与压力风缸压力差来产生相应的动作，控制104型制动机形成充气缓解、常用制动、制动保压、紧急制动等各种不同的作用位置。
2.间接作用方式
间接作用方式指列车管的压力变化通过中继部间接控制制动缸的压力变化。即列车管的压力变化控制作用部动作，引起压力风缸、容积室的压力变化；容积室的压力变化通过均衡部动作，控制制动缸压力的同步变化；压力风缸通过充气部动作，控制副风缸充气作用。中继部包括压力风缸、容积室、均衡部、充气部等部分。
采用间接作用方式可以实现“自动补风作用”，即在制动保压位，当制动缸压力因漏泄而下降时，能从副风缸自动得到补充，实现了制动力的不衰减性。
3.分部作用形式
常用制动与紧急制动分开控制，专设紧急阀控制紧急制动作用。分配阀为了保证各种性能的良好，并便于区分故障部分的检修、试验，除专设紧急阀、充气部外还专设有保证局部减压作用的局减室和局减阀结构来提高制动作用灵敏度，以适应长大列车的需要。
4.橡胶膜板和滑阀结构
为提高制动机性能，104阀中作用部的主活塞、均衡活塞采用橡胶膜板结构，对应的滑阀结构继续保留，减小运动阻力，提高动作灵敏度，并消除了旧阀内金属活塞环漏泄不稳定而产生的故障。
5.新材料和新结构
（1）大量采用橡胶件代替金属件。
采用S形和其他形式的橡胶膜板代替金属活塞环，采用橡胶夹心阀和各种O形橡胶密封圈代替金属密封件，减少工作阻力、减少维修工作量。
（2）增设滤尘器，可以有效防止油垢、尘埃侵入阀内，延长检修周期。
（3）采用新品种润滑油、润滑脂等润滑材料，可以适应不同地区运用条件的要求。
（二）组成部件及基本作用
1.中间体
中间体用铸铁制成长方体形，四个垂直面分别安装着主阀、紧急阀、制动管和压力风缸管、制动缸管和副风缸管。中间体内铸造有三个空腔，分别是1.5L的紧急室、0.6L的局减室和3.8L的容积室，如图2-22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、压力风缸、副风缸、制动缸分别与主阀、紧急阀各对应气路相连通。中间体只在厂修或必须更换时才从车辆底架上卸下。
2.主阀
主阀是分配阀组成中的关键部件，它根据列车管压力的不同变化，控制分配阀实现充气、缓解、制动、保压等作用。主阀由作用部、充气部、均衡部、局减阀、紧急增压阀等五部分组成，如图2-23所示。
图2-22 中间体
图2-23 主阀
（1）作用部
作用部主要由主活塞、滑阀、节制阀、稳定弹簧、弹簧杆等组成。其用途是根据列车管与压力风缸二者的压力差，控制主活塞组成部件上下移动，实现主阀的基本作用。
位于作用部上的排气口在充气缓解时排出容积室里的压缩空气，协助制动机缓解。
（2）充气部
充气部设在作用部的上面，主要由充气止回阀和充气阀组成。其用途是在列车管充气增压时，根据作用部控制的压力风缸的充气速度来控制列车管向副风缸的充气速度，即协调副风缸与压力风缸里的压缩空气同步增压。
（3）均衡部
均衡部位于作用部的旁边，主要由下部分的均衡活塞和上部分的均衡阀这两部分组成。其用途是根据容积室内压力的增加、减少或制动中的保压情况，控制均衡部动作，实现制动缸相应的增压、减压或保压作用，即协调制动缸与容积室里的压力同步变化。
均衡活塞的上面通过缩孔堵Ⅱ与制动缸相通，下面与容积室相通；均衡阀是控制副风缸与制动缸之间通路的开关。
位于均衡部上的排气口在充气缓解时排出制动缸里的压缩空气，使制动机缓解。
（4）局减阀
局减阀主要由局减活塞、膜板、局减阀体、局减阀弹簧、局减阀盖等组成，位于主阀的作用部与均衡部之间。其主要用途是在列车管减压时动作，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），同时使列车管产生局部减压作用，确保列车后部车辆迅速产生制动作用，提高制动波速，缓和列车的纵向冲动，缩短制动距离。
（5）紧急增压阀
位于主阀体下部的紧急增压阀（简称“增压阀”），其用途是在紧急制动时使制动缸产生增压作用，以获得更大的制动力，缩小制动距离，确保旅客列车运行安全。但是，设计增压阀本来是为了与此前客车广泛安装使用的LN型制动机混编使用（LN型制动机具有紧急增压作用），而LN型制动机多年来在运用中一直关闭附加风缸，紧急制动时不产生增压作用。如果列车中各车辆制动力相差太大，容易增加纵向冲动、车轮擦伤，因此在增压阀上加装了一个挡圈，限制增压阀动作，停止紧急制动时的增压作用。需要恢复紧急增压作用时，取下挡圈即可。
3.紧急阀
紧急阀由紧急活塞、安定弹簧、放风阀部及阀体和上、下盖等组成，如图2-24所示。其作用是在紧急制动时，通过紧急活塞的向下移动，打开放风阀，加快列车管的排气速度，提高列车的紧急制动灵敏度和紧急制动波速，改善列车的紧急制动性能。
（三）作用位置及通路
104型分配阀具有充气缓解位、常用制动位、制动保压位、紧急制动位共四个作用位置。其各作用位置的通路如图2-25所示。
图2-24 紧急阀
图2-25 104阀结构原理图
1.充气缓解位
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。
列车管增压，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压力风缸及副风缸。与此同时，容积室内的压缩空气经过作用部排气口排向大气，然后有制动缸内的压缩空气经过均衡部的排气口排向大气。制动缸的活塞杆复位，制动作用解除，制动机处于缓解状态。
由于客运列车编组车辆一般较少，列车前后部充气缓解时间差较小，所以104型分配阀没有设计减速充气缓解位置。
2.常用制动位
列车运行中减速或准备停车时，司机施行列车管常用制动减压，车辆制动机将发生常用制动作用，达到减速或停车的目的。
（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压力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：相关通路使列车管的部分压缩空气进入中间体的局减室，再经过位于中间体与主阀安装座之间的排气缩孔堵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，关闭了第一阶段的局减作用通路，同时又产生了第二阶段局减作用：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，局减阀外移关闭相关通路，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。
列车管的两次局减作用，不仅使本车制动机迅速发生制动作用，而且促进了列车管减压作用由前向后的传播，提高了列车的制动波速，减缓了列车的纵向冲动。
（2）常用制动作用
随着主活塞移动到最上方产生第二次局减作用的同时，副风缸与制动缸之间形成了通路，副风缸的压缩空气经过主阀内部通路进入制动缸，使制动缸活塞向外移动，带动基础制动装置（盘形制动单元）完成制动作用。根据列车管减压量的多少，均衡部间接控制着副风缸向制动缸输送压缩空气的“量”，使制动缸内的压力满足列车制动的正常需要。
3.制动保压位
在常用制动中，当列车管减压量达到要求（制动力满足需要）时，将自动制动阀的手把移到保压位，停止列车管减压。此时主活塞轻微下移，首先，节制阀遮断了压力风缸向容积室送气的通路，容积室压力停止上升。这导致均衡活塞下方压力停止上升，上方来自制动缸的压力继续加大，直到均衡活塞两侧压力趋于平衡时，在均衡活塞自重及均衡阀上方弹簧力的综合作用中向下移动，直到均衡阀关闭了副风缸向制动缸输送压缩空气的通路为止。此时，副风缸停止向制动缸输送压缩空气，制动缸内的压力既不能上升也不会下降，即制动机实现保压作用。
制动机的自动补风作用：当列车运行在长大下坡道时，因制动保压的时间较长，导致闸瓦磨耗较大，为保证闸瓦与车轮踏面密贴，制动缸活塞必须进一步外移，使得制动缸容积增大，导致制动缸压力下降；如果制动缸发生漏泄，也会引起制动缸压力下降。104型分配阀由于采用两压力控制、间接作用的方式，此时在容积室压力的作用下，均衡活塞将稍微上移，顶起均衡阀，使副风缸的压缩空气又进入制动缸，恢复了制动缸的压力。所以，制动机在制动保压位置时具有向制动缸自动补风作用，即保持制动力不衰减的性能。
4.紧急制动位
列车运行中遇到意外情况需要立即停车时，一是司机将自动制动阀手把移到紧急制动位，二是列车乘务人员拉动车厢内的紧急制动阀，使列车管内的压缩空气快速排至大气，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，除紧急增压阀外，均与常用制动时一样，即主活塞上移，先后产生第一、第二阶段局减作用及制动作用，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作用下，克服安定弹簧的阻力向下移动，紧急活塞杆打开放风阀，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，迅速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，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，必须在列车停止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）适于编入长大列车中运行。制动波速高，灵敏度可靠；稳定性能好，可减少自然制动的故障率；具有制动力不衰减的性能（自动补风性能），可用于长大下坡道运行。
（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；常用制动后可以有条件地转紧急制动作用，缩短制动距离，确保行车安全。
（3）能与安装GL3型三通阀的车辆混编，并提高它们的使用性能。
（4）便于检修和延长检修期。
（五）主要缺点
104型分配阀是我国初次自行设计、制造的车辆空气制动机分配阀，由于缺乏经验，加之材料与工艺水平的限制，虽然在试制与批量生产过程中经过多次改进，但从结构、性能及材料方面仍存在着一些缺点：
（1）间接作用，增加了中继部，导致制动机的制动波速、缓解波速相对下降。
（2）橡胶膜板、橡胶夹心阀耐油性差，寿命短，橡胶膜板若穿孔撕裂，橡胶夹心阀若开胶、夹渣等，均会引起分配阀失去正常作用，影响列车运行安全。
（3）紧急制动波速较低，不能满足长大、高速列车的需求。
（4）因采用间接作用，配备副风缸容积大，列车初充气时间长。
（5）构造比较复杂，作用性能多，不易控制运用和检修的质量，从而影响分配阀发挥正常的作用。