关于3D制图技术在制动阀件学习中的应用

关于3D制图技术在制动阀件学习中的应用

孙敏1  ,袁野2   ,罗斌3

1.中国铁路济南局集团有限公司 济南机务段      山东济南         250000   2.中国铁路济南局集团有限公司 济南机务段      山东济南         250000    3.中国铁路济南局集团有限公司 济南机务段      山东济南          250000

摘要：铁路机车的制动系统用到大量的气动零部件，这些零件的内部结构复杂，气路细长且相互交错，目前Jz-7空气制动机阀件相关资料普遍存在结构区分不便、单一视图仅能反映一时刻的通路等局限性。针对这些问题，提出一种基于creo、solidworks等建模软件中建立三维参数[1]，并运用仿真动画将通路及内部构造可视化，较好的模拟阀件在不同制动区内部通路变化。

关键词：3D建模；Jz-7空气制动机；阀件构造

引言：JZ-7型空气制动机是我国自行设计和制造的一种空气制动机。它具有操纵灵活、性能稳定可靠、维修方便等特点，在我国单、双端操纵的内燃机车和早期的电力机车上得到广泛应用。JZ-7空气制动系统主要是由[2]空气压缩机、总风缸、无动力装置、油水分离器、空气干燥器、制动缸以及各种阀件等部分组成。其阀件包括：自动制动阀、单独制动阀、中继阀、分配阀、作用阀、总风遮断阀等等。

结构上主要有橡胶模板、柱塞、O形密封圈、止阀等零部件组成，通过风源部、控制部、中继部及执行部间的配合作用实现机车的制动与缓解。而在日常运用中因为阀件长期处于运动磨耗状态，故制动阀件检修必须经过拆解、清洗、更换磨耗配件、试验等多道程序来保障制动系统的正常作用，这也对检修人员对阀件内部构造、风源通路、作用原理的掌握都提出了较高的要求。

本文着重阐述基于3D制图技术模拟Jz-7空气制动机作用规律及内部结构，为提高Jz-7空气制动机阀件的易学性、直观掌握制动缓解位与风源通路的联系提供可能。

1.研究内容

1.1阀件组成

为方便阐述，现以中继阀为例：中继阀根据自动制动阀手柄位置及中均管空气压力变化，基于膜板活塞加双阀口等机构，通过控制列车管的充风、排风或保压，实现列车的缓解、制动及保压。主要由管座、总风遮断阀、排气阀和双阀口式中继阀体几部分组成，如图1。

图1：中继阀组成

1.2阀件作用位置

根据自动制动阀手柄位置，中继阀主要有制动位、缓解位、保压位几个作用位置，其作用过程及原理[3] [4]如下:

(1)充风缓解

自阀手柄于运转位时，总风缸内的压力空气经过调整阀进入均衡风缸与中均室，中均室内空气压力增大，中继阀膜板右移，供气阀开放，总风压力经供气阀口向列车管充气，机车缓解。

随着不断充气，当模板活塞两侧压力平衡时，排气阀和供气阀都关闭，列车管停止增压列车管停止增压，此刻产生缓解保压。

(2)排气制动

将自阀手柄置于制动区或过量减压位时，均衡风缸减压，中均室压力下降，中继阀膜板两侧产生压力差，在压差作用下活塞逐渐左移，排气阀开启，供气阀关闭，列车管的空气排向大气，机车制动。

当排气阀和供气阀都关闭，列车管停止降压，产生制动保压。

2.总体设计方案

Jz-7制动系统主要阀件的模拟系统主要基于阀件于不同作用位置时空气压力变化引起的通路变化规律开发，并严格依照各阀件检修作业指导书进行。下面将主要依据作用阀的

2.1方案流程

该系统的总体设计步骤如下[5]：（1）将Jz-7制动系统主要阀件按规定流程拆解，实际测量其结构数据，在creo及solidworks中绘制各零件草图；（2）对各零部件进行3D拉伸渲染（3）按照作业指导书规程完成对该阀件各零部件的装配与拆解，并制作模拟动画；（4）基于实际制动缓解过程中空气压力的变化进行运动仿真。具体流程图如图2。

图2：Jz-7制动系统阀件的仿真流程图

3.效果对比

3.1阀件内部构造

在利用传统二维图像展示中继阀内部构造时，一方面会因阀件自身结构复杂，识图辨图过程复杂不便，另一方面二维图只能基于某个剖面表现阀件的内部构造，使得在了解组成及内部构造上存在局限。而通过对中继阀进行三维设计，不仅能够全方位、多角度展示阀件内部构造，在便于认识阀件构造，提升学习效率的同时，为直观了解阀件装配、各部件配合规律提供了便利，如图4。

图3：creo中继阀结构截图

3.2中继阀各作用位置

此外，在全方位展示阀件内部构造的同时能够直观表现其在不同作用位置发生机车制动与缓解时阀件内部各部件配合运动情况及通路开闭规律，并可通过人机交互实现对阀件的拆解组装，避免过度拆解阀件造成不可逆损伤的同时进一步熟悉制动系统阀件检修作业流程。

3.2.1阀件作用位置及内部运动

图4：中继阀过充位运动仿真

图5：中继阀制动位运动仿真

图6：中继阀缓解位运动仿真

图4、5、6所示分别为中继阀处于过充位、制动位、运转位时的运动仿真动画截图。通过将阀件外壳透明化和3D仿真，形象展现供气阀、膜板于不同作用位置时的运动规律

4 结论及前景

目前3D打印技术主要应用在航空、航天领域，铁路行业应用的不多，但随着对3D打印技术的研究和成本降低，其在铁路行业必将具有广阔的应用前景，特别是具有复杂结构的零件试制，比如阀体、气路板、制动盘等。不同３Ｄ打印技术能发挥不同的作用,能够更加清晰直观的展示内部构造及运动原理，并极大程度上减少日常磨耗，降低成本。

Fault prevention measures based on Jz-7 air brake test

Sun Min 1，Yuan Ye2，Luo Bin3

1.Jinan locomotive section of China Railway Jinan Group Co Ltd. Jinan,Shandong,250000,China

2.Jinan locomotive section of China Railway Jinan Group Co Ltd. Jinan,Shandong,250000,China

3.Jinan locomotive section of China Railway Jinan Group Co Ltd. Jinan,Shandong,250000,China

Abstract：

Key words：Jz-7 air brake；Failure trends；Preventive treatment

             第一作者介绍

孙敏，1997年2月，女，制动钳工兼内燃机车钳工，高级工，济南机务段，17864181864，email-190370163@qq.com，山东省济南市天桥区（邮编：250000）。2019年本科毕业于齐鲁工业大学机械设计制造及其自动化专业，同年入路从事机车检修工作，工作中解决制动系统阀件故障若干件。

参考文献

[1]张学军,唐思熠,肇恒跃,等.3D打印技术研究现状和关键技术[J].材料工程,2016,44(2):122-128.

[2]刘炳利,唐劲松.内燃机车JZ-7型空气制动系统[J].内燃机车,2013(04):19-25+55.

[3]赵文涛. 列车空气制动系统建模与制动特性研究[D].西南交通大学,2020.001981.

    [4]陈勇飞. 中继阀性能检测系统的研制[D].中国计量大学,2018.

    [5]孙卫东,刘瑜.双比例中继阀的仿真分析与优化[J].铁道车辆,2019,57(04):7-10+1.