電力機(jī)車分配閥安全閥損壞的原因及防止措施

田 洪

（成都鐵路局 成都機(jī)務(wù)段 技術(shù)科，四川成都610081）

目前，我國韶山系電力機(jī)車上使用的是DK－1制動(dòng)機(jī)，為了限制制動(dòng)缸壓力，在109型分配閥上安裝有安全閥。安全閥通過跳躍式排氣方式直接控制分配閥容積室壓力，經(jīng)分配閥均衡部作用，間接控制制動(dòng)缸壓力保持在（450±10）k Pa（緊急制動(dòng)時(shí)）或200 kPa（無火回送時(shí)）?，F(xiàn)有安全閥靠金屬研磨件密封，雖然具有靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，但是金屬研磨件密封本身就存在漏泄，很難達(dá)到TB規(guī)定的漏泄要求。而且，機(jī)車每次緊急制動(dòng)時(shí)，安全閥就持續(xù)跳躍式動(dòng)作，很容易造成密封面損傷。特別是乘務(wù)員退勤時(shí)不按要求操作制動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致安全閥長時(shí)間動(dòng)作，造成安全閥快速損壞。成都機(jī)務(wù)段曾在3個(gè)月內(nèi)損壞80多個(gè)安全閥，有些安全閥使用不到1個(gè)月就出現(xiàn)密封故障。若安全閥密封不良，當(dāng)單獨(dú)制動(dòng)閥制動(dòng)后放中立位時(shí)，則會(huì)造成容積室漏風(fēng)，出現(xiàn)制動(dòng)缸壓力跟隨下降，嚴(yán)重影響機(jī)車運(yùn)用安全。由于金屬研磨件損壞后很難修復(fù)，不僅增加了機(jī)務(wù)段的成本支出，而且嚴(yán)重影響機(jī)務(wù)段的正常工作。

1 安全閥損壞原因分析

最早的安全閥圖號(hào)是MSP315（如圖1），主要存在開閉壓力超標(biāo)和漏泄等問題。從1999年起改用目前的安全閥，圖號(hào)為 MSP315A（如圖2）。當(dāng)連接管路空氣壓力大于閥上方彈簧的整定壓力時(shí)，閥上移開放通大氣口，因排風(fēng)口大于管路截面，使管路內(nèi)壓力下降，當(dāng)降至低于彈簧的反力時(shí)，彈簧將閥壓回閥座，關(guān)閉閥口。由于總風(fēng)不斷向容積室充風(fēng)，安全閥閥口連續(xù)不斷的開閉，從而產(chǎn)生間斷排氣。

圖1 早期安全閥

圖2 現(xiàn)用安全閥

由分配閥結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)分配閥容積室壓力達(dá)到能克服分配閥增壓閥彈簧的反力和增壓閥上方列車管壓力時(shí)，增壓閥動(dòng)作，總風(fēng)經(jīng)增壓閥套徑向小孔迅速流向容積室，當(dāng)容積室壓力達(dá)到（450±10）k Pa時(shí)，安全閥動(dòng)作。由此可見，增壓閥動(dòng)作將引起安全閥動(dòng)作，而增壓閥動(dòng)作主要發(fā)生在兩種情況：一是緊急制動(dòng)時(shí)，列車管壓力急劇下降；二是制動(dòng)機(jī)失電制動(dòng)，列車管壓力持續(xù)下降。特別是乘務(wù)員在退勤時(shí)，若直接拉開蓄電池閘刀，由于緩解電空閥和制動(dòng)電空閥均失電，使得均衡風(fēng)缸壓力空氣→轉(zhuǎn)換閥153→緩解電空閥上閥口→閥座縮孔d3→制動(dòng)電空閥上閥口→大氣；由于電空制動(dòng)電源已被切除，壓力開關(guān)208不作用，均衡風(fēng)缸壓力將一直減到零，經(jīng)中繼閥作用，將列車管內(nèi)壓力空氣全部排入大氣，增壓閥下方壓力大于上方壓力而上移，總風(fēng)進(jìn)入容積室導(dǎo)致安全閥長時(shí)間開閉動(dòng)作，造成安全閥閥口快速磨損、閥口關(guān)閉不嚴(yán)。

2 防止措施

由以上分析可知，乘務(wù)員退勤時(shí)的不規(guī)范操作是造成安全閥長時(shí)間動(dòng)作而損壞的主要原因，為消除人為因素造成安全閥損壞，成都機(jī)務(wù)段技術(shù)科專門發(fā)文對(duì)乘務(wù)員退勤操作進(jìn)行了規(guī)范。乘務(wù)員退勤交出機(jī)車時(shí)，除按《機(jī)車操縱規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行外，還應(yīng)按下列3條進(jìn)行操作，然后方可關(guān)閉車門交出機(jī)車：

（1）將單獨(dú)制動(dòng)閥置“制動(dòng)”位，確認(rèn)制動(dòng)缸壓力為300 k Pa，防止后續(xù)操作中機(jī)車溜逸。

（2）將自動(dòng)制動(dòng)閥置“中位”后，將轉(zhuǎn)換閥153由“正?！蔽晦D(zhuǎn)到“空氣”位。如果直接轉(zhuǎn)換153，雖然切斷了均衡風(fēng)缸與電空制動(dòng)屏均衡管的通路，但制動(dòng)屏均衡管經(jīng)轉(zhuǎn)換閥與大氣溝通，而此時(shí)緩解電空閥依然得電，總風(fēng)→55＃調(diào)壓閥→緩解電空閥下閥口→制動(dòng)屏均衡管→大氣，造成風(fēng)源的極大浪費(fèi)。將自動(dòng)制動(dòng)閥置“中位”后，制動(dòng)電空閥得電吸合，切斷了制動(dòng)屏均衡管經(jīng)制動(dòng)電空閥上閥口排大氣通路，雖然緩解電空閥經(jīng)壓力開關(guān)207聯(lián)鎖維持得電，但當(dāng)轉(zhuǎn)換153時(shí)，制動(dòng)屏均衡管快速排風(fēng)，207動(dòng)作斷開緩解電空閥電路，緩解電空閥失電，切斷了55＃調(diào)壓閥到制動(dòng)屏均衡管通路，因此轉(zhuǎn)換153時(shí)只會(huì)出現(xiàn)短暫排風(fēng)現(xiàn)象。

（3）最后拉下機(jī)車蓄電池開關(guān)。

3 安全閥的改進(jìn)

在不改變主要控制原理和安裝接口情況下，要徹底解決安全閥漏泄和壽命短的問題，就必須要改變金屬研磨面密封方式，而采用橡膠與金屬密封方式。為此，在眉山車輛廠的配合下嘗試進(jìn)行了多次安全閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，見圖3～圖5。

圖3 K型圈方案

圖4 Y型圈方案

由于只需單向密封，且閥桿頻繁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此選用具有單向密封性能的Y型密封圈進(jìn)行往復(fù)動(dòng)密封。

圖5 反頂式安全閥方案

經(jīng)過試驗(yàn)，橡膠金屬密封的安全閥雖能保證漏泄量，但關(guān)閉壓力達(dá)不到TB要求，一般差50～150 k Pa。

4 徹底解決方案

安全閥動(dòng)作是由增壓閥動(dòng)作后總風(fēng)直接進(jìn)入容積室引起的，如果增加一個(gè)限壓閥，將進(jìn)入容積室的總風(fēng)壓力限制在安全閥動(dòng)作壓力稍下一點(diǎn)，則安全閥將不動(dòng)作，只有在限壓閥故障不起限制作用時(shí)，安全閥才動(dòng)作，從而可以從根本上解決安全閥壽命不長的缺陷。改造方案原理如下：

總風(fēng)壓力空氣經(jīng)主閥上蓋通道進(jìn)入限壓閥上膜板下方，克服彈簧反力將上膜板頂?shù)缴蠘O限位，帶動(dòng)進(jìn)風(fēng)閥打開，輸出壓力空氣進(jìn)入下膜板下方，當(dāng)輸出壓力逐漸增高，則閥桿上下方壓力差逐漸變大，閥桿逐漸上移，當(dāng)輸出壓力達(dá)到限制值時(shí)，進(jìn)風(fēng)閥關(guān)閉，從而將進(jìn)入容積室的總風(fēng)壓力限制在安全閥動(dòng)作壓力以下。

圖6 109分配閥改造原理圖

方案優(yōu)點(diǎn)：由于采用限壓式取代泄壓式控制容積室壓力，不會(huì)出現(xiàn)緊急制動(dòng)時(shí)，安全閥一直排風(fēng)的現(xiàn)象，因此，更加節(jié)能環(huán)保。另外，方案更加有利于單緩，從原理上分析，單緩不到零的問題也可以完全得到解決。本方案對(duì)于現(xiàn)車改裝也很方便，只需將原有109分配閥的主閥上蓋取下，換上裝有限壓閥的109主閥上蓋組成即可。改造后的實(shí)物如圖7。

改裝后的分配閥經(jīng)地面上DK－1制動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過后，于2010年10月、12月分別在SS3型5208、5063機(jī)車中修竣工試運(yùn)時(shí)裝車試驗(yàn)。新型的安全閥能保證在任何工況下制動(dòng)缸壓力與列車管壓力成比例正常升降，而且能保證列車施行最大有效減壓（減壓170 kPa）和緊急制動(dòng)時(shí)，通過限壓閥將制動(dòng)缸壓力控制在450 k Pa，分配閥安全閥不再動(dòng)作噴氣，從而避免分配閥安全閥因頻繁動(dòng)作磨耗閥口導(dǎo)致制動(dòng)缸不保壓。

圖7 109分配閥改造實(shí)物圖