104型空氣分配閥慣性故障的改進(jìn)措施

朱迎春 ,池 海 ,田 宇 ,安 鴻 ,李謀逵 ,呂 超 ,吳正雨,楊金龍

(1.眉山中車制動(dòng)科技股份有限公司,四川 眉山 620010;2.北京縱橫機(jī)電科技有限公司,北京 100094)

104型空氣分配閥(以下簡稱為“104閥”)是我國旅客列車的主型分配閥[1],經(jīng)過四十多年的發(fā)展與完善,已具有結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。但受其結(jié)構(gòu)、材料等限制,104閥在運(yùn)用過程中會出現(xiàn)漏風(fēng)自緩及偶發(fā)性緊急制動(dòng)后排風(fēng)不止等故障,同時(shí)還存在閥內(nèi)清潔度差、滑閥面潤滑不良及拉傷等慣性問題,對旅客列車運(yùn)輸安全和運(yùn)輸秩序產(chǎn)生了不良影響。

104閥采用滑閥結(jié)構(gòu)[2],為金屬平面密封,受研磨質(zhì)量、潤滑油脂和風(fēng)源質(zhì)量的影響較大。現(xiàn)場調(diào)研及反饋信息表明,104閥在運(yùn)用過程中普遍存在滑閥副潤滑不良的問題,新造或檢修后的104閥在運(yùn)用4～5個(gè)月以后,滑閥副中的潤滑油即流失干凈,作用部的滑閥與滑閥座基本上已呈干摩擦狀態(tài),易造成滑閥副工作面拉傷、剝離,導(dǎo)致漏泄、自緩等故障發(fā)生。

1 改進(jìn)技術(shù)路線

考慮到現(xiàn)有的104閥在客車上裝車數(shù)量大,且各客車檢修單位對現(xiàn)有104閥已具備較完整、成熟的檢修工藝及設(shè)備,結(jié)合近年來相關(guān)單位在現(xiàn)有滑閥結(jié)構(gòu)和新型柱塞結(jié)構(gòu)上研發(fā)取得的多項(xiàng)新技術(shù),確定了以下技術(shù)改進(jìn)路線:

(1) 根據(jù)中國鐵路總公司運(yùn)輛客車函〔2015〕201號文《客車制動(dòng)故障攻關(guān)研討會會議紀(jì)要》中對104分配閥的滑閥副自潤滑功能、滑閥副材料匹配特性、主閥內(nèi)外部防塵性能等進(jìn)行改進(jìn)研究的要求,提出在現(xiàn)有104閥基礎(chǔ)上采用主動(dòng)潤滑方案[3],同時(shí)采用互換材質(zhì)、優(yōu)化一局減通路、新型防塵結(jié)構(gòu)、緊急閥新型導(dǎo)向及QPQ 防腐處理等新技術(shù)對104閥進(jìn)行改進(jìn),減少故障產(chǎn)生。

(2) 根據(jù)中國鐵路總公司機(jī)輛動(dòng)客函〔2018〕92號文《關(guān)于防范旅客列車冬季制動(dòng)系統(tǒng)故障有關(guān)要求的通知》中開展無滑閥104分配閥結(jié)構(gòu)研究的要求,提出了在150閥基礎(chǔ)上研制全新的性能和接口與現(xiàn)有104閥一致的無滑閥分配閥方案[4]。

2 104閥的改進(jìn)方案

2.1 滑閥副主動(dòng)潤滑技術(shù)

采用具有自動(dòng)開閉功能的主動(dòng)潤滑結(jié)構(gòu)(圖1),通過在閥內(nèi)設(shè)置獨(dú)立的儲油腔儲存11 mL的潤滑油,利用閥內(nèi)的壓力變化,將儲油腔內(nèi)的潤滑油輸送到滑閥副2個(gè)工作面。同時(shí),利用節(jié)制閥工作原理,在節(jié)制閥工作行程的中點(diǎn)設(shè)置自動(dòng)開關(guān),中點(diǎn)(制動(dòng)位)打開油路,其余行程(充氣位和保壓位)關(guān)閉油路,實(shí)現(xiàn)了節(jié)制閥面和滑閥座面的主動(dòng)潤滑功能,極大減少了儲油腔內(nèi)潤滑油的耗油量,顯著延長了滑閥副潤滑時(shí)間和使用壽命。

圖1 滑閥副主動(dòng)潤滑機(jī)構(gòu)示意圖

2.2 滑閥副互換材質(zhì)技術(shù)

現(xiàn)有104閥滑閥副材質(zhì)的致密度(硬度)從高到低依次是滑閥、節(jié)制閥、滑閥套,其中滑閥套致密度最低,但工作接觸面最大,導(dǎo)致在使用過程中易出現(xiàn)點(diǎn)蝕、剝離及拉傷的情況。通過互換滑閥副材質(zhì)(表1),將滑閥套這一難于研磨且工作接觸面積最大的部件材質(zhì)調(diào)整為致密度最高,滑閥副材質(zhì)的致密度從高到低依次變?yōu)榛y套、滑閥、節(jié)制閥,使其材料特性匹配更加合理化,提高滑閥副耐磨性,降低因材質(zhì)問題出現(xiàn)的剝離、拉傷問題,延長滑閥副使用壽命。

表1 滑閥副材質(zhì)對比

2.3 滑閥優(yōu)化一局減通路技術(shù)

現(xiàn)有104閥在制動(dòng)保壓位時(shí),雖然節(jié)制閥切斷了一局減通路,但滑閥與滑閥套的一局減通路未斷開(相交1.5 mm),如圖2所示。當(dāng)滑閥工作面有劃痕時(shí),工作風(fēng)缸或列車管的壓縮空氣很可能進(jìn)入滑閥內(nèi)的一局減通路,容易造成局減排氣口漏風(fēng)。

圖2 改進(jìn)前制動(dòng)保壓位一局減通路

從設(shè)計(jì)源頭優(yōu)化一局減通路設(shè)計(jì),使104閥在制動(dòng)保壓位時(shí),節(jié)制閥切斷了一局減通路的同時(shí),滑閥與滑閥套的一局減通路也斷開(相隔2.5 mm),形成滑閥與滑閥套的一局減通路的雙密封結(jié)構(gòu),如圖3所示。這樣,當(dāng)滑閥工作面有劃痕時(shí),即使工作風(fēng)缸或列車管空氣可能進(jìn)入滑閥內(nèi)的一局減通路,也不會造成局減排氣口漏風(fēng),顯著減少局減排氣口漏泄現(xiàn)象,提高客車分配閥的作用穩(wěn)定性。

圖3 改進(jìn)后制動(dòng)保壓位一局減通路

2.4 緊急閥新型導(dǎo)向技術(shù)

現(xiàn)有緊急活塞桿與緊急閥座間為剛性接觸,可能導(dǎo)致緊急活塞桿偏磨、卡滯,出現(xiàn)緊急制動(dòng)后排風(fēng)不止的故障,影響緊急閥作用穩(wěn)定性。

在緊急閥座內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向O 形圈[5](圖4),使緊急活塞桿處于柔性導(dǎo)向,減少剛性接觸磨損,可基本解決緊急活塞桿偏磨、卡滯問題,消除緊急制動(dòng)后排風(fēng)不止的故障,提高緊急閥的作用穩(wěn)定性。

圖4 緊急活塞桿柔性導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

2.5 螺旋式排風(fēng)部防塵技術(shù)

采用螺旋式排風(fēng)部(圖5),可防止外界沙塵、雜質(zhì)從鐵路客車分配閥作用部、均衡部排氣口進(jìn)入分配閥內(nèi)部,增強(qiáng)客車分配閥防塵能力,提高客車分配閥內(nèi)部清潔度,顯著減少客車分配閥因清潔度問題導(dǎo)致的漏風(fēng)故障,且不影響客車分配閥的排氣性能。

圖5 螺旋式排風(fēng)部

2.6 中間體防塵技術(shù)

在中間體工作風(fēng)缸、副風(fēng)缸、制動(dòng)缸等氣路上設(shè)置不銹鋼燒結(jié)濾塵器(圖6),最大限度提高開孔率,增大透氣量,提高過濾精度(過濾精度為50μm),提升進(jìn)入閥內(nèi)壓縮空氣的清潔度。

圖6 中間體與濾塵器

2.7 鑄鐵件QPQ防腐處理技術(shù)

現(xiàn)有104閥的鑄鐵件防腐采用磷化處理以及整閥組裝后噴漆的防腐工藝。運(yùn)用中受環(huán)境溫濕度影響,磷化處理的104閥鑄鐵件,易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象;同時(shí),鑄鐵件外部漆皮常出現(xiàn)局部起泡或脫落,一旦進(jìn)入到閥體內(nèi)部,不僅難于清理,而且影響產(chǎn)品性能,對行車安全帶來較大隱患。借鑒120 閥鑄鐵件的成熟運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)[6],104閥鑄鐵件采用QPQ 處理技術(shù)替代磷化及油漆工藝,以提高104閥鑄鐵件內(nèi)、外表面的防腐能力,從根本上杜絕漆皮脫落進(jìn)入閥內(nèi)帶來的安全隱患。磷化處理與QPQ 處理的鑄鐵件鹽霧試驗(yàn)后對比情況,如圖7所示。

圖7 磷化處理與QPQ 處理的鑄鐵件鹽霧試驗(yàn)情況對比

2.8 技術(shù)評審

2016年1月19日,104閥滑閥副主動(dòng)潤滑、互換材質(zhì)技術(shù)等改進(jìn)方案通過了中國鐵路總公司組織的專家評審。2018年4月11日,客車主動(dòng)潤滑104閥運(yùn)用考核通過了中國鐵路總公司評審。

2018年10月15日,中國鐵路總公司以機(jī)輛動(dòng)客函〔2018〕118號《關(guān)于公布客車104型分配閥(主動(dòng)潤滑)圖樣的通知》公布了主動(dòng)潤滑104型空氣分配閥、既有104型空氣分配閥主動(dòng)潤滑改造的圖樣和技術(shù)條件,要求自2019年1月1日起,新造客車采購時(shí)鐵路局選裝的104型空氣分配閥須為主動(dòng)潤滑型,客車檢修時(shí)各單位可根據(jù)實(shí)際情況選擇裝用主動(dòng)潤滑104型空氣分配閥或?qū)扔?04型空氣分配閥進(jìn)行主動(dòng)潤滑改造。

3 無滑閥分配閥方案

主動(dòng)潤滑104閥作用部采用滑閥結(jié)構(gòu),雖顯著改善了滑閥副潤滑狀態(tài),但滑閥副運(yùn)動(dòng)屬于金屬間摩擦運(yùn)動(dòng),長時(shí)間運(yùn)動(dòng)摩擦后金屬面的劃傷仍不可避免,使104閥檢修周期進(jìn)一步延長較為困難。根據(jù)中國鐵路總公司機(jī)輛動(dòng)客函〔2018〕92號文要求,相關(guān)單位開展了無滑閥分配閥研制。

3.1 研制目標(biāo)

無滑閥分配閥研制目標(biāo)如下:

(1) 無滑閥分配閥安裝接口與現(xiàn)有104閥一致;

(2) 無滑閥分配閥性能與現(xiàn)有104閥一致[7];

(3) 可以與現(xiàn)有104閥混編運(yùn)用[8];

(4) 適應(yīng)現(xiàn)有104集成電空制動(dòng)機(jī)安裝要求[9];

(5) 適應(yīng)環(huán)境溫度±50℃及其它運(yùn)用環(huán)境條件;

(6) 預(yù)計(jì)檢修期達(dá)到A3修(120萬km)。

3.2 方案說明

該分配閥主閥采用二壓力間接作用方式[10],作用部采用150閥成熟的柱塞結(jié)構(gòu),膜板采用夾布工藝,主閥接口按104閥接口設(shè)計(jì),增加均衡部,閥體和蓋類零件采用鋁合金材質(zhì);緊急閥采用鋁合金材質(zhì)的104緊急閥;中間體借用104閥的鑄鐵中間體或集成板式中間體;檢修期為A3 修(120 萬km);適應(yīng)環(huán)境溫度±50℃。

主閥(圖8)適應(yīng)現(xiàn)有104集成電空制動(dòng)機(jī)的安裝要求;預(yù)留電空制動(dòng)控制接口,容積室緩解通路引到分配閥的安裝面,便于今后取消現(xiàn)有外露的保壓連接管。

圖8 主閥外形圖

該主閥與104 主閥的最大區(qū)別集中在作用部。104閥作用部采用滑閥結(jié)構(gòu)(圖9),包括主活塞組成、滑閥、滑閥套、節(jié)制閥等。無滑閥分配閥作用部采用柱塞結(jié)構(gòu)(圖10),取代原104閥的滑閥結(jié)構(gòu),原滑閥、滑閥座上的充氣、一局減、制動(dòng)、緩解等通路變?yōu)橄鄳?yīng)的止閥結(jié)構(gòu),通過主活塞上下動(dòng)作帶動(dòng)各止閥的開關(guān),實(shí)現(xiàn)原滑閥副移動(dòng)所起的作用。

圖10 無滑閥分配閥作用部剖面圖

活塞動(dòng)作阻力由主活塞彈簧(制動(dòng))和平衡閥彈簧(緩解)來控制,作用性能由加工手段和精度來保證,無滑閥分配閥徹底摒棄技藝型生產(chǎn)和閥面漏泄這一慣性質(zhì)量問題。

鋁合金104緊急閥是在104緊急閥基礎(chǔ)上,把現(xiàn)有的鑄鐵緊急閥體、緊急閥蓋、放風(fēng)閥蓋的材質(zhì)改為150閥已成熟運(yùn)用的鋁合金材質(zhì)ZL111,采用重力鑄造,其性能參數(shù)、安裝接口與現(xiàn)有104緊急閥一致,能進(jìn)行互換,如圖11所示。鋁合金緊急閥體、緊急閥蓋、放風(fēng)閥蓋與鑄鐵緊急閥對應(yīng)部件接口及外形尺寸一致可互換,便于推廣運(yùn)用。

圖11 鋁合金緊急閥剖面圖

3.3 結(jié)題驗(yàn)收

無滑閥分配閥已完成了研發(fā)及各項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證,2021年3 月通過了國鐵集團(tuán)科信部項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收,2023年6月通過了國鐵集團(tuán)科信部方案評審和試用評審,獲得運(yùn)用考核資質(zhì)。

4 結(jié)束語

主動(dòng)潤滑104閥在不改變104閥主體結(jié)構(gòu)和基本性能的基礎(chǔ)上,增設(shè)了主動(dòng)潤滑機(jī)構(gòu)以改善滑閥副的潤滑狀態(tài),互換滑閥副材質(zhì)提高了滑閥副的耐磨性,運(yùn)用表明主動(dòng)潤滑104閥改善了滑閥副的潤滑狀態(tài),能延長滑閥副使用壽命。同時(shí)通過采用中間體不銹鋼濾塵器、螺旋式排風(fēng)部、緊急閥新型導(dǎo)向結(jié)構(gòu)等改進(jìn)措施,提高了104閥運(yùn)用可靠性,可滿足104閥延長檢修周期至A2修周期的要求。

無滑閥分配閥大量借鑒了150閥、104閥成熟的結(jié)構(gòu)及經(jīng)驗(yàn),采用無滑閥柱塞結(jié)構(gòu)、鋁合金104緊急閥等新技術(shù),保證了分配閥的可靠性、可用性、安全性和可維護(hù)性。各項(xiàng)試驗(yàn)表明:無滑閥分配閥在保持104閥作用性能和接口尺寸的前提下,能適應(yīng)我國鐵路客車運(yùn)用環(huán)境,符合司機(jī)操作習(xí)慣,能適應(yīng)各型車輛安裝要求,進(jìn)一步提高了可靠性,延長檢修周期至A3修。