浅谈 货车单车试验器的优化方案

王志刚

中车石家庄车辆有限公司 河北省石家庄市 051430

一．单车试验器的总体结构

单车试验器分为客车和货车两种。除客车用单车试验器的回转阀排气通路孔和充气通路孔断面积较大外(因客车制动管、副风缸、制动缸容积都和货车不同)，其它构造和作用，客货车试验器都完全相同。一般在回转阀的制造牌上都刻有“客车用”或“货车用”的字样，以示区别。单车试验器由连接风管、远心集尘器、排水塞门、给风阀、双针风表、回转阀和构架等组成。

二、远心集尘器的结构及作用原理

（一）远心集尘器的总体结构

远心集尘器的构造由集尘器体与集尘盒组成，两者由螺栓连结，中问设有胶垫可以防止泄漏。集尘盒内有一直立的固定杆，杆的顶端安设一个止尘伞，可以自由摇动。远心集尘器安装在截断塞门与三通阀之间的支管上，通常是在距三通阀600mm以内。.用途是将列车管压力空气中带来的尘砂、水分及锈垢等不洁物除去，使进入三通阀（分配配）的压力空气保持清洁，以保证三通阀(分配阀)的正常作用。

（二）远心集尘器的作用和安装

当向车辆制动管充气时，压力空气经制动主管，支管从集尘器的左方进入集尘器内，经过其内舒涡状通路，再从垂直口上升，经右方出口进入三通阀(分配阀)。因压力空气进入集生器休后流动方向骤然改变，流速降低，故压力空气中棍杂的尘砂、水分及锈垢等不洁物，因自重下落到止尘伞上;又因压力空气呈涡状流动，所产生的离心力也会将.珑二洁物甩落于体内斜面上，再滑落于止尘伞上，止尘伞受怅力空气流动和列车运行震动的影响形成摆动，使不洁物最后坠落在集尘盒内。当制动管减压时，止尘伞被吸在集尘器体的下缘上，可防止不洁物逆回制动管内。安装远心集尘器时，应注意使集尘器休外表面的箭头方向指向三通阀(分配阀)，同时使集尘器体保持垂直位置，否则将会失去集尘作用。滤尘网安装在三通阀(分配阀)压力空气进日处。用以将远心集尘器清洁后的压力空气再过滤一次，防止细微的尘埃和锈垢等浸入分配阀内。并装有L型三通阀用滤尘网，它是用细铜丝网制成，内填装马毛，树棕等滤尘材料。

三、提出优化方案

通过产阅资料，分析相关案例及相关数据统计，发现货车单车试验器的长期运用中，存在两点隐患。其一，装有702型供给阀（灵敏度高、结构简单、维修方便）的单车试验器。使用一段时期后，容易出现过量充气，不起调压作用的现象。经调查发现，供给活塞的橡胶垫与阀座间夹有灰尘，1.5mm及0.4mm的缩孔被堵塞；其二，对于货车单车试验器使用M-3-A型给风阀，在修理过程中，几经研磨都难以达标，不但浪费时间，人力、物力、财力、甚至被迫报废。

（一）优化远心集尘器

1.原因分析

经分析，对于第一种问题主要是由于供给阀的供给室与总风缸间只有一个集尘器而没有滤尘装置。从而使夹带油、水、灰尘等的压力空气直接进入供给室从而导致调压作用失效，不但如此，而且容易造成管道内壁生锈，灰尘进入双针压力表，从而影响试验结果的准确性，可靠性和行车安全性。

2．滤材优化方案

通过上文对货车单车试验器的结构分析不难看出唯一决定通入空气质量的是远心集尘器，所以我认为通过改变远心集尘器内滤尘网的填充材料来提高空气质量，缓解故障发生。即将传统的树棕马毛等填充物改为具有集滤油，水，灰尘等杂质为一体的玻璃纤维针刺毡滤材。玻璃纤维针刺毡滤材是由单丝直径为5—6微米的玻璃纤维毡层和基布经针刺联结和化学粘合，使粘层与基布牢固结合在一起而构成的一种结构合理、性能优越的新型高温过滤材料。除了具有玻璃纤维的耐高温、耐腐蚀、尺寸稳定、伸长率小的优点外，还有特殊的优点。玻璃纤维针刺毡毡层纤维呈三度微孔结构，空隙率高(达80％以上)，对气体的阻力小，过滤效率高，过滤风速大，能确保袋式除尘器的稳定运行。因此它已成为一种高速、高效的高温滤料它的使用突破了以往玻璃纤维滤布不能在高速脉冲袋式除尘器中使用的禁区，解决了过滤高温微小颗粒粉尘的技术难题。玻璃纤维针刺毡滤材成为气体中粉尘过滤和原料收集的新产品。玻璃纤维针刺毡滤材更显著的特点是过滤率高，对气流阻力小，耐磨耐折，可用于脉冲除尘在过滤风速大于lm／min时过滤效率可以达到990％以上，为布袋除尘器提高除尘能力创造了条件。在使用过程中可以通过定期更换来保证其滤尘除污性能经久不衰。

（二）优化M-3-A型给风阀

M-3-A型给风阀在维修过程中的研磨难问题主要是由于阀与阀座的密封为硬性接触密封，所以我认为可以将其改为垫片密封，即采用钢该模型分析为静态分析，垫片设计强度为500KPa,所以分析时施加载荷以设计强度为准。垫片材料为E级钢, 强度极限σb > 690MPa,分析时取690MPa为应力极限。根据材料性能可知材料的弹性模量E = 210GPa,泊松比=0.28，密封垫,如图所示。

图1 优化后调整部示意图

1. 弹簧2—弹簧座3—钢垫4—调整阀柱塞5—阀座

四．优化的合理性探讨

为了确保所优化垫片的可靠性，本文采用基于Solidwrok的有限元分析，即受静力作用的零件强度分析，整个分析步骤如下：

1.在SolidWorks软件中绘制垫片的物理模型如图所示（也可以其他格式导入）；

2.生成新算例并定义其分析类型和选项；

3.定义材料属性；

4.制定约束和载荷；

5.定义全局、零件和部局接触设定；

6.网格划分模型；

7.运行算例或设计情形；

8.点击运算，查看结果。

图2钢垫片示意图

这里只考虑垫片的压缩载荷，不考虑纵向力和冲击力，在眼力作用下的垫片应力分布情况如图所示，以及从垫片直接受力面由外向内采点而得出的静态接应力图。

图3 500Kpa压力工况下的应力图

图 4 应变图

图5静态节应力图

通过对上述运行结果分析得知：所设计垫片，在500Kpa压缩工况下，其应力、应变都满足材料的强度极限和屈服极限。优化后，在理论上能符合应用要求并可具有以下特点：

1. 选用的E型钢密封垫，具有足够耐磨性和承受足够压力的能力，不会因为垫片的破坏而造成过量供给；

2. 加工制造方便，价格便宜，取材容易，给检修带来了便利；

4）解决了阀与阀座接触面在检修时几经研磨而不能达标的难题；

3）在加密封垫的同时增加了阀体质量，因此会影响阀动作的灵敏性。为了不影响阀的灵敏性，将图1.7中弹簧座部分做成圆锥形凸台状具体尺寸结构如图所示。