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城轨地铁高度阀概述孙彬刘永孟宋金祥

发表时间：2021/7/28 来源：《基层建设》2021年第14期作者：孙彬刘永孟宋金祥

[导读] 本文介绍了地铁车辆高度阀的基本概念及工作原理，并介绍了影响地铁列车轮重分配的主要因素以及高度阀在地铁车辆轮重分配中的应用

        中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛
        摘要：本文介绍了地铁车辆高度阀的基本概念及工作原理，并介绍了影响地铁列车轮重分配的主要因素以及高度阀在地铁车辆轮重分配中的应用。
        关键词：城轨地铁；高度阀；工作原理；重量

        1 前言
        地铁列车在轨道上运行时，会发生振动，如果振动幅度过大，乘客在车厢内会有颠簸感，车辆下部转向架上设置有空气弹簧用于承载车体的竖向荷载，保持车辆在不同载重状态下车体与构架的相对高度不变，同时衰减来自转向架的垂向振动，提高车辆的运行平稳性和乘坐的舒适性。空气弹簧的正常使用需要重要部件——高度阀，每个空气弹簧配备一个自动高度调整阀，通过高度阀调节空气弹簧的充气、排气，使得车辆处于恒定的平衡高度，使得列车能够平稳行驶[1]。
        2 高度阀简介
        城轨车辆下部转向架的两侧设置有高度阀，高度阀可根据上部车辆所传递的荷载自动控制所在一侧的空气弹簧的充气和排气，用以保证车辆高度基本不变。高度阀安装在转向架和车体之间，其作用是对空气弹簧内的压缩空气进行调整。根据上部车辆的载荷的变化情况对空气弹簧自动进行充气、放气和保压，使城轨车辆不受车内乘客数量和人员分布不均的影响，始终保持车辆水平，并始终与轨面保持一定距离。高度控制阀是保证空气弹簧发挥其优越性能的有力保证，城轨车辆中的空气弹簧能够很好的隔离噪音和吸收高频振动，空气弹簧刚度随荷载增大而变大，根据振动频率公式，可以保证列车在空载情况下振动频率一致，从而使列车在不同荷载状态下运行平稳性相近，且由于自动高度控制阀的采用使空气弹簧具有恒定的工作高度不随车辆荷载的变化而变化。
        高度阀通过驱动杆来带动高度阀内的转盘及其偏心小销，拨动高度阀的心阀。心阀的上下运动即可控制各相关阀口的开启，连通主风管与空气弹簧的气路或连通空气弹簧与大气的气路，控制空气弹簧充气或排气。当列车空气弹簧载荷增加时，空气弹簧受到挤压，高度阀连杆带动启动杆旋转，并且使高度阀阀体活塞移动，使得硅油流经节流孔，进而产生阻尼作用，延迟一定时间后，充气阀阀体打开，从而使得空气弹簧充气，直至启动杆恢复至水平位置时充气阀关闭；当空气弹簧载荷变小时，空气弹簧受到拉伸，高度阀控制杆带动启动杆旋转，并且使高度阀阀体活塞移动，使得硅油流经节流孔，进而产生阻尼作用，延迟一定时间后，排气阀阀体打开，空气弹簧内压力空气经过高度阀排气阀排出，直至启动杆恢复至水平位置时关闭排气阀。

        图1 工作原理示意图
        3 高度阀工作原理
        空气弹簧橡胶袋内的压力空气可由安装在转向架和车体底架的高度控制阀调节，当前城轨车辆高度控制一般采用三点调平方式，在 1 个转向架安装 2 套高度调节装置，另 1 个转向架安装 1 套高度调节装置，各位置安装的高度调节装置结构完全相同。高度调节装置安装于车体与转向架之间，由高度调节杆、高度阀、安装板等。部件组成。其中高度调节杆由上、下端部球头关节、调节螺杆、调节螺母等部件组成。当车辆处于正常高度时（保压），高度阀以及空气弹簧气囊处于端位，此时没有空气进入或排出空气弹簧。当乘客进入车厢后，由于列车的活载荷增加导致空气弹簧气囊被压缩，车体下沉，高度调节杆旋动高度阀启动杆，使高度阀打开其进气阀（充气），从而将风缸内的气体压入空气弹簧气囊。当乘客走出车厢，由于列车活载荷减小导致空气弹簧气囊减压，车体立即上升，高度调节杆反向旋动高度阀启动杆，从而使高度阀打开其排气阀（排气），使气囊开始排出空气，直至车体下降至初始设定高度，高度阀启动杆返回至端位，高度阀的排气阀关闭。
        4 高度阀在地铁承重中的应用
        地铁车辆中影响车辆转向架的重量分配主要因素有四：1.转向架重心偏差、2.一系簧刚度偏差、3.轮对直径偏差、4.轴重偏差，在实际的现车作业中以上因素往往也不会单一出现，通常是多因素结合在一起造成车辆转向架荷载分布不均匀等现象。本文主
        要介绍了转向架重心偏差和一系弹簧刚度偏差对重量分配的影响[2]。
        转向架重心偏差：对当列车转向架的 4 个一系悬挂弹簧的刚度及安装位置一致时，转向架的重心与其形心理论上应完全重合，同时一系悬挂弹簧受到列车车体的压力应一致，各轮重值也一致。但在实际生产过程中，车辆转向架制造过程存在一定误差，组装施工时也会存在一定的组装误差以及受温度和湿度的影响在实际使用过程中也会产生一系列的变形误差，这些因素均会均会导致转向架的重心超出其纵横对称面，因此转向架的重心偏差是造成轮重分布不均的重要因素。
        一系弹簧刚度偏差：对于采用两系悬挂装置的地铁车辆，其簧上重量是通过一系悬挂装置最终传递到轮轨上。根据弹簧受力与刚度及压缩量的关系可知，在压力相同的情况下，弹簧的刚度越大，弹簧的压缩量越小；反之，弹簧的刚度越小，弹簧的压缩量越大；
        当弹簧的压缩量的不同会使一系弹簧发生荷载重分布的情况，因此一系簧刚度不同是造成轮重分配不均的另一重要因素。
        由以上数据可知，对于充气调载完毕、且抗侧滚拉压杆安装完成后的车辆，当调整 I 端高度阀使地板高度变化1~3mm时对称重数据影响可忽略，当调整达到4~5mm时称重数据变化在30~75Kg；当调整Ⅱ端高度阀使地板高度变化在6.5mm范围内，对称重数据基本无影响。
        5结束语
        （1）通过高度阀可以控制空气弹簧气压大小与变化，在车辆载荷变化时，高度阀能够时时调节空气弹簧弹簧压力，使车体保持一定的高度。
        （2）高度阀能够调节在承重时调节因转向架重心偏差、一系簧刚度偏差等因素带来了的重量分配的偏差，以满足承重要求。

        参考文献：
        [1]董锡明.现代高速列车技术[M].北京：中国铁道出版社，2006.
        [2]周顺达，孙济冬.日本 LV-3 型高度控制阀[J].国外铁道车辆，2004，（1）：42-43.