第一節　120型空氣制動機

在20世紀90年代中期，為了滿足重載貨物列車對制動能力的要求，中國鐵道科學研究院與眉山車輛工廠在103型空氣制動機的基礎上共同研制了一種供貨車使用的新型制動機——120型空氣制動機，并在全國范圍內大力推廣使用。

一、120型空氣制動機的組成及結構特點

120型空氣制動機主要由120型控制閥（簡稱120閥）、加速緩解風缸、截斷塞門、副風缸、制動缸、空重車自動調整裝置等零部件組成，如圖2-1所示。

120型空氣制動機的結構特點如下：

（1）增設加速緩解閥和容積11L的加速緩解風缸，可提高列車的緩解波速（170～190m/s）。當車輛緩解時，利用制動缸壓力為信號源，控制加速緩解風缸里的壓縮空氣向制動主管逆流而達到局部增壓的目的。這樣雖對本車制動機沒有起到加速緩解的作用，但對后續車輛均起到明顯的加速緩解作用，有效地減輕了低速緩解時列車的縱向沖動。

（2）增設了半自動緩解閥，可以根據需要直接排出制動缸里的壓縮空氣，并具有自鎖功能；或排出制動系統里的全部壓縮空氣。操作簡單，方便調車作業，節省人力，減少耗氣量。

（3）制動時具有比較完善的兩階段局部減壓作用和緊急制動時制動缸壓力先躍升再緩升的二段變速增壓作用，減緩列車的縱向沖擊。

（4）采用了二壓力直接作用方式，縮短了列車初充氣時間。

（5）采用了空重車自動調整裝置。隨著貨車載重質量的不斷增長，貨車自重系數逐漸下降，空車與重車的總質量差別越來越大。貨車的制動率若按照空車設計，則重車時制動率將嚴重不足；若按照重車設計，則空車時又因制動率過大，發生滑行而擦傷車輪。為了保證空、重貨車制動率趨于一致，安裝了TWG系列或KZW系列空重車自動調整裝置，能夠根據車輛實際裝載質量自動調整制動缸的壓力，保持與載重相適應的車輛制動力。

（6）能夠與高摩合成閘瓦、閘瓦間隙自動調整器、球芯塞門、法蘭接頭和密封制動缸等新技術配套成貨車新型制動系統，管路采用不銹鋼管或不銹鋼冶金復合管，各管路上均設有濾塵裝置，提高了壓縮空氣清潔度，延長制動裝置使用壽命。

二、120型控制閥

（一）特點

120閥由中間體、主閥、半自動緩解閥和緊急閥四大部分構成，如圖2-2所示。

1.采用二壓力機構

我國現用的客車、貨車制動閥均屬于二壓力系統，為使120閥與現有車輛上的各種制動閥獲得較好的混編性能，所以120閥仍采用二壓力機構。

2.采用直接作用方式

120閥采用了直接作用方式，即列車管的壓力變化將直接控制制動缸的壓力變化。這種控制方式結構簡單，動作快捷，提高了制動波速和緩解波速。

3.采用橡膠膜板和滑閥結構

120閥仍然采用了技術上成熟的橡膠膜板和金屬滑閥結構，并較多地采用了橡膠件，如膜板、夾心閥、O形密封圈等。

4.適應壓力保持操縱

在滑閥上增設了一個在制動保壓時溝通制動主管和副風缸的ф0.2mm的小孔，稱為“呼吸孔”或“眼淚孔”，用于平衡主活塞兩側壓力差，以適應列車壓力保持操縱的需要。

5.采用分部作用形式

常用制動與緊急制動分開控制。緊急閥內增加了帶先導閥的二級控制機構。當施行緊急制動，制動主管快速排氣減壓時，首先打開先導閥，消除了放風閥的較大背壓，使緊急活塞桿能順利頂開放風閥排氣，提高了列車的緊急制動波速（約為250m/s）。

6.考慮零部件的通用性

120閥設計中，較多地考慮了新、舊閥零部件的通用互換，且結構簡單，維修方便，可以與制動新技術配套使用。

（1）120閥的所有零部件中，與貨車舊型103閥的通用件占54％，特別是易損的橡膠件，80％以上是利用103閥的橡膠件。

（2）考慮到120閥將替代103閥，為方便裝有103閥的舊車改造，二者主閥的安裝面形狀和尺寸、氣路位置尺寸完全相同，只是103閥的工作風缸改為120閥的加速緩解風缸，其氣路與風缸容積也完全相符。為防止120閥與103閥相互安裝錯誤，在120閥中間體上安裝主閥用的四個螺栓中，左下角的一個改為M12（另三個為M16）；又為防止直徑ф356mm和直徑ф254mm的制動缸所配用的120閥裝錯，在主閥與中間體的安裝面上設了防誤裝銷釘。

7.降低整體質量

采用了一部分鋁合金壓鑄件，美觀了外形，降低了120閥整體的質量。

（二）組成部分及其基本作用

1.中間體

中間體通常用鑄鐵制成長方體形，有四個垂直面分別安裝主閥、緊急閥、列車管、加速緩解風缸管、制動缸管和副風缸管。中間體內鑄造有兩個空腔，分別是容積1.5L的緊急室和容積0.6L的局減室，如圖2-3所示。

中間體作為安裝座，不僅承受相關閥件和管路的安裝，并且還利用結構內部通路使制動管、加速緩解風缸、副風缸、制動缸分別與主閥、緊急閥各對應氣路相連通。中間體只在進行廠修或必須更換時才從車輛底架上卸下。

2.主閥

主閥是120閥組成中最主要的部分，其根據列車管壓力的不同變化，控制空氣制動機實現充氣、緩解、制動、保壓等基本作用。主閥由作用部、減速部、局減閥、加速緩解閥、緊急二段閥等五部分組成，如圖2-4所示。

（1）作用部

作用部主要由主活塞、滑閥、節制閥、穩定彈簧、穩定彈簧桿等組成。其用途是根據列車管與副風缸二者的壓力差，控制主活塞上下移動，實現主閥的基本作用。

（2）減速部

減速部設在作用部的下面，位于主閥的下蓋內，由減速彈簧和減速彈簧套組成。其用途是在列車管充氣增壓時，控制主活塞下移的距離，減緩列車前部車輛制動機充氣緩解的速度，減少列車制動機因充氣緩解速度不一致而產生的縱向沖擊。

（3）局減閥

局減閥主要由局減活塞、膜板、局減閥桿、局減閥復位彈簧等組成，位于主閥前蓋內的右側。其主要用途是在列車管減壓制動時動作，將列車管內的部分壓縮空氣送入制動缸，使制動缸獲得一個躍升初壓（50～70kPa），同時使列車管產生了局部減壓作用（簡稱“局減作用”），確保后部車輛迅速產生制動作用，提高了制動波速，有利于降低列車的縱向沖動，改善制動性能，縮短制動距離。

（4）加速緩解閥

加速緩解閥主要由加速緩解彈簧、夾心閥、加速緩解膜板、加速活塞、頂桿等組成，位于主閥前蓋內的左側。其用途是當列車管增壓、制動缸內的壓縮空氣排入大氣緩解時，以此排入大氣通路上的壓縮空氣為壓力信號，推動加速緩解閥內移，頂開夾心閥，導致本車加速緩解風缸中的壓縮空氣迅速流入列車管，使列車管除了有來自列車供風系統的壓縮空氣充入外，還有來自本車加速緩解風缸的壓縮空氣流入，這就是列車管的局部增壓作用。由于列車前后列車管的壓力梯度增大，使列車管增壓作用沿列車由前向后的傳播速度加快，明顯提高了緩解波速，有利于減小列車緩解時的縱向沖動。

（5）緊急二段閥

緊急二段閥由緊急二段閥桿及其密封圈、緊急二段閥彈簧、緊急二段閥套組成，位于主閥下蓋內，靠近主閥安裝座。此閥是為了減輕長大貨物列車在緊急制動時的縱向沖動而設置。其作用過程是，列車緊急制動時，列車管的壓縮空氣快速排入大氣，通過作用部的動作，副風缸向制動缸充氣，當制動缸內壓力上升到140kPa左右時，緊急二段閥克服其彈簧的彈力和列車管剩余壓力作用而上移，關閉了一個副風缸通向制動缸的氣路，減緩了制動缸壓力的上升速度。因此，制動缸內壓力分成兩個階段呈先快后慢地上升，所以稱為緊急二段閥。

3.半自動緩解閥

半自動緩解閥（簡稱“緩解閥”）由手柄部和活塞部組成，如圖2-5所示。緩解閥用螺栓固定在主閥體右側面的緩解閥安裝座上。

半自動緩解閥的主要用途是自動排出制動缸里的壓縮空氣。因其活塞部具有空氣壓力自鎖功能，只需人力拉動緩解閥的手柄3s左右，聽到制動缸排氣聲，即可松開手柄，制動缸能自動排氣緩解，不需要將其他風缸的壓縮空氣全部排出，所以稱為半自動緩解閥。當然，也可以根據需要長時間拉動手柄，使副風缸、加速緩解風缸等的壓縮空氣全部排出。

4.緊急閥

緊急閥是專為改善列車緊急制動性能而獨立設置的，緊急閥的動作和作用不受主閥的牽制與影響。

緊急閥由緊急活塞、安定彈簧、放風閥部、先導閥部以及閥體、上下蓋等組成，如圖2-6所示。其作用是在緊急制動時，通過緊急活塞的向下移動，頂開先導閥、打開放風閥，使列車管內的壓縮空氣快速排出（緊急局減作用），提高緊急制動靈敏度和緊急制動波速。

（三）作用位置及通路

120型控制閥具有充氣及緩解位、減速充氣及緩解位、常用制動位、制動保壓位、緊急制動位共五個作用位置。其各作用位置的通路，如圖2-7所示。

1.充氣及緩解位

初充氣和制動后需要緩解時以及列車正常運行中，列車制動裝置中的自動制動閥置于此位。

貨物列車通常編掛的車輛較多，列車管的長度和彎曲部分也相應地增加，列車管增壓時，壓縮空氣在管內由前向后流動的阻力越來越大，形成壓力梯度。列車前部車輛的制動機先充氣緩解，后部車輛制動機形成充氣緩解位置的時間要比前部車輛晚，造成了列車的縱向沖動。列車編組輛數越多，前后部的車輛制動機形成充氣緩解位置的時間差越大。

為了使長大貨物列車前后部車輛的充氣緩解動作盡可能一致，長大列車后部車輛的120型控制閥處于充氣緩解位。

此時，因列車管增壓而充入各車輛的壓縮空氣進入中間體后，一部分經過緊急閥進入緊急室；一部分經過主閥進入副風缸和加速緩解風缸。與此同時，制動缸內的壓縮空氣經過主閥下方的排氣口排向大氣。制動缸的活塞桿復位，制動作用解除，制動機處于緩解狀態。

2.減速充氣及緩解位

減速充氣及緩解位產生于長大列車前部車輛或短小列車車輛制動機所處位置。

參照“充氣及緩解位”，由于前部車輛制動機先得到較高的氣體壓力，使主閥作用部內的主活塞向下移動并壓縮了減速部的減速彈簧，此時作用部的滑閥以較小的通路與進入中間體內的壓縮空氣對接，使經過主閥進入副風缸和加速緩解風缸的速度減慢，導致列車管內的壓縮空氣快速向后部車輛流動。另外由于加速緩解風缸協助產生局部增壓作用，也使其后部車輛制動機緩解速度得到提高。

由于長大列車前部車輛制動機減速充氣及緩解，而后部車輛制動機正常充氣及緩解，所以，全列車前后部車輛制動機的充氣及緩解速度趨于一致，減少了列車緩解時的縱向沖動。

全列車充氣緩解結束后，由于主活塞上下壓力差趨于平衡和減速彈簧的回彈作用，使作用部各零部件均處于充氣緩解位置。

3.常用制動位

列車運行中需要減速或準備進站停車時，司機要施行列車管常用制動減壓，車輛制動機將產生制動作用，實現減速或停車的目的。

（1）列車管局部減壓作用

在司機施行列車管的常用制動減壓時，主閥作用部內的主活塞在列車管與副風缸二者壓力差的作用下，將帶動節制閥上移，首先產生列車管的第一階段局部減壓：使列車管的部分壓縮空氣，進入中間體的局減室，經過位于中間體與主閥安裝座之間的排氣縮孔Ⅰ排向大氣；主活塞兩側的壓力差進一步加大，帶動節制閥和滑閥一起上移，結束了第一階段的局減作用，同時又產生了列車管的第二階段局部減壓作用：此時，列車管的部分壓縮空氣經過局減閥，進入制動缸。當制動缸內壓力達到50～70kPa時，局減閥向外移動關閉相關通路，停止了列車管的局部減壓作用。

第二階段局減作用，保證了列車尾部車輛制動機即使在列車管小減壓量時，也能有一個初始的躍升壓力。

列車管的局部減壓作用，不僅加快了本車的制動作用，而且提高了列車管減壓作用由前向后傳播的速度，提高了列車的制動波速，減小了制動時列車的縱向沖動。

（2）常用制動作用

在主活塞移動到上方后，副風缸與制動缸之間形成了通路，副風缸的壓縮空氣進入制動缸，使制動缸活塞向外移動，帶動基礎制動裝置完成制動作用。根據列車管減壓量的多少，主活塞控制著副風缸向制動缸輸送壓縮空氣的“量”，保證制動缸內的壓力滿足列車制動的正常需要。

（3）制動機的穩定性

當列車管發生輕微漏泄（緩慢減壓——減壓速度<30kPa/min）時，自動空氣制動機不發生制動作用的性能。

能夠保證制動機穩定性良好的主要部件是位于主閥作用部下方的穩定彈簧、穩定桿。

（4）制動機的安定性

自動空氣制動機在進行常用制動作用時不發生緊急制動作用的性能。

能夠保證制動機安定性良好的主要是位于緊急閥內的安定彈簧和緊急活塞桿上的軸向縮孔Ⅲ。

4.制動保壓位

在常用制動減壓中，當列車管減壓量達到要求（制動力滿足需要）時，司機將自動制動閥的手把移到保壓位，停止列車管減壓。此時，主活塞帶動節制閥輕微下移，遮斷副風缸向制動缸送氣的通路，使制動缸內的壓力既不上升也不下降，即制動機呈保壓狀態。

5.緊急制動位

列車運行中遇到意外情況需要立即停車時，司機將自動制動閥手把移到緊急制動位，使列車管內的壓縮空氣快速排入大氣，以實現緊急制動停車的目的。

（1）主閥快速動作

列車管快速減壓后，主閥各部分的動作過程，除緊急二段閥外，均與常用制動時一樣。主活塞上移，先后產生第一階段局減、第二階段局減及制動作用，只是動作更加迅速，且制動缸一直充氣到與副風缸壓力相平衡的最高壓力值。

（2）緊急閥快速大量排氣

隨著列車管的快速減壓，緊急活塞在其上方緊急室氣壓的作用下，克服安定彈簧的阻力向下移動，首先頂開先導閥，使放風閥的背壓得到釋放，然后繼續下移打開放風閥，使列車管的壓縮空氣，快速大量從緊急閥排氣口涌出，產生了強烈的局部減壓作用，明顯地提高了緊急制動波速。

此時，不僅列車管的壓縮空氣從緊急閥排氣口涌出，緊急活塞上方緊急室里的壓縮空氣也經過緊急活塞桿上的縮孔Ⅴ、再經過排氣口排向大氣，需15s左右才能排完。在緊急室壓縮空氣未排盡時，放風閥一直處于開放狀態，若此時司機向列車管充氣，則壓縮空氣將繼續經過放風閥排向大氣，制動機不可能緩解。只有等到緊急室壓縮空氣排盡，安定彈簧推動緊急活塞上移，放風閥彈簧推動放風閥與閥座密貼，先導閥彈簧推動先導閥與閥座密貼，這時向列車管充氣才能達到使制動機緩解的目的。

緊急室排氣時間設計為15s左右，是為了使列車發生緊急制動后，必須在列車停車以后才可以進行充氣緩解，以防止列車產生劇烈縱向沖動，甚至造成斷鉤事故。

（四）主要優點

（1）適應長大重載列車的運行要求。制動波速高，制動作用可靠；緊急制動中能減少縱向沖動；制動穩定性好，可防止列車自然制動；利用加速緩解閥和加速緩解風缸，提高了列車的緩解波速。

（2）適應于較高速度列車運行。緊急制動與常用制動分部管理、緊急閥內增設先導閥，確保緊急制動靈敏可靠；常用制動后可以有條件地轉為緊急制動作用。

（3）能與安裝GK型三通閥、103型分配閥的車輛混編，并提高它們的使用性能。

（4）半自動緩解閥作用可靠、操作方便。

（5）能與安裝356mm或254mm兩種不同直徑制動缸的制動機配套使用。

（6）適應長大下坡道對保持壓力的操縱要求。

（7）便于檢修和延長檢修期。

（五）主要缺點

120型控制閥是我國自行設計、制造的車輛制動機用空氣控制閥，采用了部分與103型分配閥相同的零部件，雖然近年來零部件的材料和制造工藝都有所改善，但從結構、性能及材料方面仍存在著一些缺點。

（1）橡膠膜板、橡膠夾心閥耐油性差，使用壽命短。橡膠膜板若穿孔、裂紋，橡膠夾心閥若開膠、夾渣等，均會導致控制閥失去正常作用，影響列車運行安全。

（2）常用制動安定性差。緊急閥部的安定彈簧過弱或緊急活塞兩側壓差稍大，先導閥更易引起意外緊急制動。

（3）構造還是比較復雜，作用性能多，不易控制運用、檢修質量，從而影響控制閥發揮正常的作用。

（4）在列車管小減壓量制動以后緩解時，由于制動缸壓力較低，有可能推不動加速緩解閥動作，所以就不會產生加速緩解作用，影響緩解波速。

三、120-1型控制閥簡介

2003年為了使120閥無論單獨使用或與ECP（電空制動系統）、Locotrol（機車無線同步控制系統）配套使用時都能滿足重載運輸的需要，在原120閥的基礎上改進設計，增加常用加速制動功能，研制了120-1型貨車空氣控制閥。

2005年開始隨同C80型敞車投入大秦線運用考驗，常用加速制動功能比較明顯，減少了列車縱向沖擊作用，縮短了常用制動距離。2007年獲得中國鐵路科技鑒定成果獎，開始推廣使用。

（一）各部分構造

120-1閥基本與120閥相同，由中間體、主閥、半自動緩解閥和緊急閥四部分組成。

1.中間體、半自動緩解閥

與120閥相同，主要是完成安裝座和半自動緩解閥的基本作用。

2.主閥

為了實現常用加速制動作用，重點對主閥作用部進行了重新設計，主要包括以下內容。

（1）對滑閥重新設計，增加了兩個新的氣路、對原有氣路進行了調整及優化。

（2）對節制閥進行了對應的重新設計。

（3）為保證主閥性能，提高了對滑閥、節制閥的加工精度要求。

（4）為適應重載列車的需要，對穩定桿進行了重新設計。

（5）為了減少局減閥的漏泄，將局減活塞與局減閥桿一體化。

（6）主閥部的上蓋和前蓋，為了提高剛度防止變形而增加了一些加強筋，同時增加了“TK”的制造徽記和“120-1”鑄字標記（圖2-8），以免與120閥的混裝。特別是上蓋活塞內孔深度增加了2mm，使活塞和滑閥的工作行程增加了2mm，提高了運用性能。

3.緊急閥

在緊急閥上蓋內側增加了一個小孔，在外側增加了類似主閥上蓋的加強筋以提高剛度，并鑄字以示與120閥的區別。

（二）作用原理

120-1閥的作用原理與120閥相同，同樣具有充氣緩解位、減速充氣緩解位、常用制動位、保壓位和緊急制動位這五個作用位置，唯一的區別是在常用制動中，新增加了局部減壓作用的通路，就是在第二階段局部減壓，列車管的部分壓縮空氣進入制動缸的同時，又形成了一條使列車管的部分壓縮空氣經過局減室，通過主閥安裝面排氣口排向大氣的通路。加快了列車管的排氣速度，提高了制動波速。