東風(fēng)4型系列內(nèi)燃機(jī)車靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)安全閥故障分析及處理探討

鄧有杰

摘要：伴隨著“和諧號(hào)”、“復(fù)興號(hào)”列車在全國(guó)鐵路網(wǎng)的加快部署，中國(guó)鐵路正在由“鐵路大國(guó)”向著“鐵路強(qiáng)國(guó)”邁進(jìn)。曾經(jīng)為鐵路運(yùn)輸做出過巨大貢獻(xiàn)的東風(fēng)4型系列內(nèi)燃機(jī)車逐步在干線上退出了歷史舞臺(tái)。但是不可否認(rèn)，內(nèi)燃機(jī)車仍然有著不可替代的作用，如：部分鐵路支線上牽引客、貨列車；短途小運(yùn)轉(zhuǎn)牽引作業(yè)；也可用于工礦企業(yè)內(nèi)部，擔(dān)任場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸任務(wù)等。而隨著東風(fēng)4型系列內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行公里的增加，機(jī)車靜液壓系統(tǒng)安全閥的故障也較為突出，影響了機(jī)車性能。本論述從東風(fēng)4型系列內(nèi)燃機(jī)車靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)安全閥的概況、作用原理、常見故障進(jìn)行分析，同時(shí)提出防止故障發(fā)生的措施。

關(guān)鍵詞：安全閥；故障分析；故障處理

中圖分類號(hào)：U262.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1東風(fēng)4型機(jī)車安全閥概況

東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車裝有兩個(gè)冷卻風(fēng)扇（高溫、低溫），每個(gè)風(fēng)扇各自具有一套靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。為避免靜液壓系統(tǒng)中的液壓泵、液壓馬達(dá)及各液壓元件因過載或壓力沖擊而損壞，在靜液壓系統(tǒng)中并聯(lián)有特殊的安全閥。這種特制的安全閥與市場(chǎng)上出售的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的安全閥有所不同。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的安全閥其開啟壓力調(diào)定后基本上是定值，其原理是：進(jìn)油口的壓力油通過阻尼活塞作用在其底部，形成一個(gè)與彈簧力相抗衡的液壓力；當(dāng)此液壓力小于調(diào)壓彈簧的調(diào)定壓力時(shí)，錐閥關(guān)閉，此閥不起調(diào)壓作用；隨著進(jìn)油口壓力的不斷增高，當(dāng)此液壓力大于調(diào)壓彈簧的調(diào)定壓力時(shí)錐閥開啟，多余的壓力油溢回油箱，使進(jìn)油口壓力穩(wěn)定在調(diào)定值上。

東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車靜液壓系統(tǒng)所用的安全閥是根據(jù)靜液壓系統(tǒng)中液壓泵的特殊要求而設(shè)計(jì)和制造的。它的特殊要求是：安全閥的開啟壓力不是定值，它將隨著靜液壓泵轉(zhuǎn)速的變化（及液壓泵輸出流量的變化）而自動(dòng)調(diào)節(jié)。所以安全閥開啟壓力的調(diào)定應(yīng)按如下原則掌握，在靜液壓泵任意轉(zhuǎn)速下，安全閥的開啟壓力，均應(yīng)略高于在此轉(zhuǎn)速下高壓管路中之正常工作壓力。采用這種自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟壓力安全閥的原因在于：可消除柴油機(jī)在熱機(jī)狀態(tài)下，溫度控制閥旁通油路關(guān)閉（機(jī)油或冷卻水溫度達(dá)到恒溫元件作用溫度的上限，導(dǎo)致溫度控制閥關(guān)閉旁通油路）狀態(tài)下，因柴油機(jī)啟動(dòng)或升速，而引起的靜液壓系統(tǒng)高壓管路中短暫的油壓沖擊，這種沖擊壓力比系統(tǒng)的正常工作壓力高數(shù)倍，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)各元件造成很大損壞，所以采用自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟壓力的安全閥可對(duì)靜液壓系統(tǒng)起到保護(hù)作用。

2東風(fēng)4型機(jī)車安全閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

安全閥主要由閥體、滑閥、錐閥體、錐閥、導(dǎo)閥、減震器體、減震器閥、調(diào)節(jié)螺釘及彈簧等組成（具體見圖1所示）。安全閥的預(yù)先調(diào)定開啟壓力受主滑閥作用彈簧的壓縮力、錐閥作用彈簧的壓縮力以及泄油管中油壓的綜合控制。泄油管中的油壓隨著安全閥的工作狀態(tài)隨時(shí)變化，是一個(gè)不可預(yù)調(diào)量。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可通過安全閥頂部的調(diào)節(jié)螺釘直接調(diào)節(jié)兩個(gè)作用彈簧的壓縮力，以此來(lái)控制安全閥的預(yù)先調(diào)定開啟壓力。

自靜液壓泵來(lái)的高壓油從安全閥主滑閥下空腔（安全閥高壓油腔）通過主滑閥內(nèi)阻尼塞的φ1.2 mm小孔進(jìn)入主滑閥上空腔，使高壓油管內(nèi)的壓力油作用在錐閥上。無(wú)論何時(shí)，當(dāng)高壓油管內(nèi)的油壓超過安全閥的預(yù)先調(diào)定壓力時(shí)，錐閥被打開，主滑閥上空腔中的壓力油從錐閥上開的小孔排入泄油管中，之后壓力油分兩個(gè)旁通支路，一路流回安全閥低壓回油管路，一路通過安全閥頂部的泄油管接頭流回靜液壓油箱，這就造成了主滑閥上空腔中的壓力下降。同時(shí)，由于主滑閥上、下空腔中的壓力失衡，主滑閥下部高壓油作用克服彈簧壓力逐漸向上移動(dòng)，使安全閥高壓油腔與回油腔相通，一部分高壓油得以從回油管流會(huì)油箱，進(jìn)而使主滑閥下空腔（安全閥高壓油腔）中的壓力下降——起到了壓力調(diào)節(jié)、保護(hù)靜液壓系統(tǒng)各元件免受損傷的作用。

安全閥高壓油腔與回油腔相通后，回油腔內(nèi)的部分壓力油通過泄油管作用于錐閥和主滑閥上部，協(xié)同彈簧的壓縮力形成一個(gè)綜合壓力。當(dāng)綜合壓力高于主滑閥下部高壓油腔壓力時(shí)，主滑閥逐漸向下移動(dòng)，最終切斷高壓油腔與回油腔的通路，錐閥也隨之關(guān)閉（在錐閥彈簧作用下復(fù)位）。主滑閥上、下兩端壓力又從新趨于平衡，靜液壓系統(tǒng)又恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

3東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車靜液壓系統(tǒng)安全閥幾種常見故障的原因分析

長(zhǎng)期以來(lái)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤、調(diào)查及大量現(xiàn)場(chǎng)情況統(tǒng)計(jì)，該安全閥主要有以下幾種常見故障。

3.1主滑閥、錐閥動(dòng)作失靈（卡死）

即主滑閥、錐閥不再隨著高壓油腔與回油腔的壓力變化而動(dòng)作，這一故障將造成兩種嚴(yán)重后果。

（1）主滑閥或錐閥卡死在安全閥閥體頂部相應(yīng)位置，這時(shí)安全閥高壓油腔與回油腔總是處在相通狀態(tài)，此時(shí)靜液壓系統(tǒng)的高壓油管路內(nèi)將無(wú)法建立高壓（無(wú)論溫度控制閥的旁通油路是否關(guān)閉）冷卻風(fēng)扇無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)機(jī)車的機(jī)油溫度或冷卻水溫度迅速上升，直至迫使柴油機(jī)自動(dòng)卸載。

（2）主滑閥或錐閥卡死在安全閥閥體底部相應(yīng)位置，這時(shí)安全閥高壓油腔與回油腔總是處在關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)靜液壓系統(tǒng)高壓油管路內(nèi)的壓力只受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速控制，柴油機(jī)處在熱機(jī)狀態(tài)下，升速時(shí)因溫度控制閥旁通油路關(guān)閉（溫度控制閥發(fā)揮作用）將會(huì)引起靜液壓系統(tǒng)高壓油管路內(nèi)短暫的油壓沖擊。這種沖擊力比系統(tǒng)內(nèi)正常的工作壓力高出數(shù)倍，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)各元件造成很大損害，最大可能是高壓軟管首先迸裂，機(jī)車無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，造成“機(jī)破”惡性事故。

造成以上故障的原因主要是：

（1）靜液壓系統(tǒng)清潔度差，在組裝時(shí)有贓物或異物進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)。由于主滑閥與閥體的配合間隙只有0.01mm～0.02 mm，錐閥與錐閥體的配合面為40°±0.5°的圓錐面，并且上部還有彈簧力作用，所以很容易被細(xì)小的異物墊住或卡死；

（2）主滑閥與閥體或錐閥與錐閥體的加工精度沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主滑閥與閥體圓柱度與圓度允差為0.01 mm，錐閥與錐閥體組裝后的同軸度允差為0.03 mm。如果加工精度粗糙，主滑閥或錐閥在上下滑動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象；

（3）靜液壓系統(tǒng)內(nèi)的其它運(yùn)動(dòng)部件（靜液壓泵、馬達(dá)），在惡劣的工作環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)缸體拉缸、柱塞或配流盤拉傷等情況，這時(shí)會(huì)有細(xì)小的金屬顆粒隨壓力油進(jìn)入安全閥內(nèi)，造成主滑閥或錐閥墊住、卡死；

（4）靜液壓油箱內(nèi)的磁性濾清器，對(duì)回到油箱的液壓油沒有起到應(yīng)有的濾清作用。

3.2主滑閥不能完全關(guān)閉或完全開啟高壓油腔與回油腔

主滑閥隨著高壓油腔與回油腔內(nèi)的壓力變化而上下移動(dòng)，但無(wú)法移動(dòng)到預(yù)定位置，這種情況會(huì)造成兩種后果。

（1）主滑閥不能完全關(guān)閉高壓油腔與回油腔的通路，高壓油腔內(nèi)的油壓無(wú)法達(dá)到最高值，致使冷卻風(fēng)扇無(wú)法全速運(yùn)轉(zhuǎn)，柴油機(jī)將處在油水溫度偏高的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）主滑閥不能完全開啟高壓油腔與回油腔的通路，高壓油腔內(nèi)的油壓無(wú)法降至最低值，導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇總是處在運(yùn)轉(zhuǎn)工況下（柴油機(jī)“啟機(jī)”冷卻風(fēng)扇就處在運(yùn)轉(zhuǎn)工況下），柴油機(jī)將處在油水溫度偏低的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。

這種故障的最大危害是，不易被乘務(wù)人員發(fā)現(xiàn)，而且很難認(rèn)定，很容易與溫度控制閥、靜液壓泵、靜液壓馬達(dá)的故障相混淆。

造成這種故障的原因與主滑閥、錐閥動(dòng)作失靈（卡死）的原因基本相同。另外由于試驗(yàn)臺(tái)性能不良，無(wú)法正確判定安全閥性能好壞，也是造成這種故障的主要原因。

4防止故障發(fā)生的主要措施。

為防止上述故障的發(fā)生，一方面應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)努力提高靜液壓系統(tǒng)的整體清潔度，另一方面應(yīng)嚴(yán)格控制安全閥的檢修與調(diào)試。本論述僅對(duì)安全閥檢修與調(diào)試中的幾個(gè)問題簡(jiǎn)述如下。

（1）首先檢查安全閥各零部件的形位公差在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，各工作表面不應(yīng)有嚴(yán)重拉傷，輕微拉傷允許用油石修磨，以確保其基本性能。重點(diǎn)檢查閥體內(nèi)孔直徑尺寸、主滑閥外徑尺寸、內(nèi)外彈簧自由高度等。

（2）錐閥與錐閥座應(yīng)配對(duì)研磨，其接觸線應(yīng)良好無(wú)間斷現(xiàn)象，寬度應(yīng)在0.5 mm以上。

（3）應(yīng)嚴(yán)格保證各閥體與滑閥之間的間隙。其中，主滑閥與閥體間隙為0.01～0.02 mm；導(dǎo)閥與閥體間隙為0.015～0.031 mm；減震器閥與減震器體間隙為0.008～0.045 mm。

（4）更換主滑閥內(nèi)的阻尼塞時(shí)，應(yīng)保證主閥滑與阻尼塞的過盈量為0.01～0.03 mm。

（5）安全閥試驗(yàn)前，首先檢查試驗(yàn)臺(tái)油箱油位不低于2/3，并保證油溫在20℃～50℃。

（6）安全閥性能試驗(yàn)時(shí)，首先調(diào)定備壓壓力（回油口壓力），而后對(duì)照表1要求觀察開啟壓力（進(jìn)油口壓力），如不符合要求可調(diào)節(jié)減震器頂部的調(diào)節(jié)螺釘。

（7）安全閥密封試驗(yàn)時(shí)將進(jìn)油口壓力調(diào)整至17±0.5 MPa，保持10 min各結(jié)合面和外表面不應(yīng)有滲油現(xiàn)象。

（8）認(rèn)真做好試驗(yàn)記錄，以便于排查靜液壓系統(tǒng)的綜合故障。

5針對(duì)DF4靜液壓系統(tǒng)安全閥改造的建議

（1）靜液壓系統(tǒng)的整體清潔度，對(duì)安全閥的性能穩(wěn)定有很大影響。為保證靜液壓油的清潔，可考慮在油箱加油口或管路上增加濾器?，F(xiàn)部分機(jī)務(wù)段已將DF4增壓器機(jī)油精濾器，安裝口稍加改造后，裝于靜液壓油箱加油口處，對(duì)新加入的靜液壓油有良好的濾清作用。

（2）更換安全閥時(shí)，必須放靜液壓油。這樣除了工作量較大外，同時(shí)也造成靜液壓油的不必要浪費(fèi)。應(yīng)考慮在安全閥管路的前后，增加截止閥，以便于更換安全閥。

（3）由于安全閥設(shè)計(jì)上沒有緊急應(yīng)變部件，機(jī)車運(yùn)行中一旦發(fā)生滑閥卡死現(xiàn)象，乘務(wù)員將無(wú)法處理。因此建議，在安全閥閥體上（主滑閥底部位置）增加手動(dòng)緊急螺釘。

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