半自動(dòng)緩解閥體缺陷引起鐵路貨車制動(dòng)故障的分析

袁太紅,李旭英

(中車太原機(jī)車車輛有限公司,山西 太原 030027)

鐵路貨車是鐵路貨運(yùn)的重要裝備,需適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和鐵路運(yùn)輸形勢(shì)變化。制動(dòng)系統(tǒng)作為鐵路貨車運(yùn)行的核心部分,應(yīng)積極開展制動(dòng)技術(shù)提升和新產(chǎn)品研發(fā),超前把握制動(dòng)技術(shù)發(fā)展方向,努力實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新,滿足鐵路貨運(yùn)的運(yùn)輸需求。目前,我國鐵路在“速密重并重”的運(yùn)輸組織模式下,鐵路貨車運(yùn)用條件具有“速度高、軸重大、編組長、制動(dòng)距離短”的特殊性。在這種特殊運(yùn)用條件下,改進(jìn)型 120 型控制閥(以下簡稱“改進(jìn)型120閥”)、KZW-A 型空重車自動(dòng)調(diào)整裝置、HGM 系列高摩擦因數(shù)合成閘瓦、LBC-1型主動(dòng)潤滑制動(dòng)缸、NSW-Ⅰ型手制動(dòng)機(jī)等新技術(shù)的推廣應(yīng)用,基本滿足了我國鐵路貨運(yùn)的特殊運(yùn)用要求,但從鐵路運(yùn)用部門每季度的鐵路貨車典型故障統(tǒng)計(jì)中可以看出,制動(dòng)閥作用不良故障仍存在一定的比例,從而導(dǎo)致鐵路貨車在運(yùn)用中存在不穩(wěn)定的安全因素。因此,提高改進(jìn)型120閥的造修質(zhì)量,降低車輛制動(dòng)故障率,保障鐵路貨車運(yùn)輸安全,具有重要及深遠(yuǎn)的意義。

1 存在故障與分析

《鐵路貨車廠修規(guī)程》中規(guī)定,制動(dòng)閥需分解檢修,經(jīng)分解檢修后的改進(jìn)型120閥,須在鐵道部批準(zhǔn)的120閥專用試驗(yàn)臺(tái)上逐個(gè)按試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)方法和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn),合格后方可裝車使用[1]。

1.1 故障出現(xiàn)

2018年8月9 日,筆者參與了一輛平-集共用車(NX17K5275722)制動(dòng)故障鑒定,該車在故障發(fā)生前所裝用的120 閥檢修后,在 120 閥試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)均合格,裝車后采用微機(jī)控制單車試驗(yàn)器進(jìn)行單車試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)仍合格,完成三檢一驗(yàn)后操作工拉緩解閥拉桿,排盡該車制動(dòng)系統(tǒng)壓力空氣進(jìn)行遷車作業(yè)。

該車在檢修單位緩沖線進(jìn)行車輛編組后,掛上機(jī)車進(jìn)行列車初充氣時(shí),在該車半自動(dòng)緩解閥手柄部出現(xiàn)少量“嗤嗤”排氣聲,同時(shí)在緩解閥體組成與緩解閥下蓋連接處有壓力空氣漏出。該列車副風(fēng)缸充至定壓(500 kPa)后進(jìn)行列車制動(dòng),除故障車漏泄,活塞桿不出閘外,其余車輛制動(dòng)均正常。初步判定該車故障為 120 閥半自動(dòng)緩解閥異常。

1.2 故障判定

將故障車輛解編回送到交車臺(tái)位,對(duì)該車再次進(jìn)行單車試驗(yàn),置1位充風(fēng)時(shí)半自動(dòng)緩解閥處仍出現(xiàn)上述故障,鑒定組決定將120 閥拆解下車后送到制動(dòng)室進(jìn)行分解專項(xiàng)檢查,分別檢查半自動(dòng)緩解閥,先拆下緩解閥上蓋,觀察檢測(cè)緩解閥內(nèi)的密封圈是否安裝到位及破損,同時(shí)對(duì)金屬零部件進(jìn)行外觀缺陷檢查。重點(diǎn)檢查緩解閥的副風(fēng)缸和加速緩解風(fēng)缸的2個(gè)φ16夾心閥是否有缺陷或止回閥座閥口是否有碰傷故障,當(dāng)取下緩解閥體上的2個(gè)O形橡膠密封圈D22X2.25、2個(gè)止回閥彈簧及2個(gè)φ16夾心閥后,對(duì)緩解閥的副風(fēng)缸和加速緩解風(fēng)缸的2個(gè)φ16夾心閥安裝面進(jìn)行仔細(xì)檢查,并未發(fā)現(xiàn)2個(gè)φ16夾心閥有斑點(diǎn)、凹陷、開膠等缺陷;緊接著對(duì)閥體上2個(gè)止回閥閥座進(jìn)行仔細(xì)檢查,也并未發(fā)現(xiàn)2個(gè)止回閥座閥口有碰傷現(xiàn)象。再進(jìn)一步對(duì)閥體內(nèi)頂桿進(jìn)行檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)控制副風(fēng)缸通路的夾心閥頂桿處于卡滯位置,而控制加速緩解風(fēng)缸通路的夾心閥頂桿處于正常工作位,見圖 1。

圖1 緩解閥頂桿不復(fù)位故障

在發(fā)現(xiàn)副風(fēng)缸通路處的夾心閥頂桿卡滯后,繼續(xù)取出夾心閥頂桿,發(fā)現(xiàn)了頂桿卡滯、不復(fù)位的原因,即副風(fēng)缸端頂桿導(dǎo)向孔的止回閥座與閥體的圓孔安裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)位“臺(tái)階”,而加速緩解風(fēng)缸端的止回閥座孔與閥體導(dǎo)向孔連接處無“臺(tái)階”,見圖2。筆者將卡滯的副風(fēng)缸處頂桿再裝回去稍微轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí),頂桿又恢復(fù)到復(fù)位狀態(tài),連續(xù)試了 20 次后,發(fā)現(xiàn)有 2 次出現(xiàn)卡滯,18 次能正常復(fù)位,出現(xiàn)卡滯故障概率為10%。同時(shí)對(duì)加速緩解風(fēng)缸處的頂桿進(jìn)行了20次試驗(yàn),頂桿未出現(xiàn)卡滯,故障發(fā)生率為0。

圖2 緩解閥頂桿卡滯部位

1.3 故障分析

綜合現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的閥體缺陷及試驗(yàn)情況,將120型控制閥故障原因初步分析如下:

由于該故障車裝用的 120 閥檢修后已在專用試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn),并且裝車后按規(guī)定用微機(jī)控制單車試驗(yàn)器進(jìn)行單車試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果均顯示合格,可確定此時(shí)與副風(fēng)缸連通的緩解閥頂桿應(yīng)是處于正常復(fù)位狀態(tài),即止回閥彈簧的彈力及彈簧室內(nèi)的空氣壓力將φ16夾心閥壓緊在閥座上,120 閥的制動(dòng)、緩解、保壓、安定、緊急等作用均符合要求。由于緩解閥止回閥座與閥體組裝時(shí)屬于過盈配合,緩解閥止回閥座孔與閥體頂桿導(dǎo)向孔在加工過程中存在公差,將緩解閥止回閥座壓裝到閥體上后兩者內(nèi)孔理論上存在孔徑誤差,導(dǎo)致兩者內(nèi)孔連接處出現(xiàn)同步或錯(cuò)位“臺(tái)階”,“臺(tái)階”是引起緩解閥頂桿卡滯不復(fù)位的根本原因,見圖3、圖4。

圖3 頂桿頂開夾心閥時(shí)受力示意圖

當(dāng)做完單車試驗(yàn)完成交檢交驗(yàn)后,遷車工作人員需持續(xù)拉緩解閥拉桿使該車整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)(包括副風(fēng)缸、加速緩解風(fēng)缸、列車管等)的壓力空氣全部排出。在拉動(dòng)緩解閥手柄時(shí),副風(fēng)缸通路的夾心閥與加速緩解風(fēng)缸通路夾心閥先后被頂桿頂開,導(dǎo)致整車壓力空氣全部排空。當(dāng)緩解手柄復(fù)位后,止回閥彈簧回復(fù)力將夾心閥瞬間壓在頂桿端部,由于緩解閥止回閥座孔與閥體導(dǎo)向孔連接處出現(xiàn)錯(cuò)位“臺(tái)階”,導(dǎo)致頂桿在孔內(nèi)處于與豎直方向存在夾角θ,止回閥彈簧反彈力F存在一個(gè)水平分力F1和一個(gè)豎直方向分力F2,頂桿兩端及中部的截面均呈十字形,頂桿在一次次的頂起上下移動(dòng)過程中還存在輕微轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)頂桿轉(zhuǎn)動(dòng)到與“臺(tái)階”處接觸面積增大時(shí),兩者間摩擦力也會(huì)進(jìn)一步增大,因此外力F的水平分力F1可將控制副風(fēng)缸通路的緩解閥頂桿卡滯在圖 3 中的圓孔錯(cuò)位(錯(cuò)位“臺(tái)階”)處,此時(shí)頂桿不復(fù)位,導(dǎo)致夾心閥與閥座間不密貼,止回閥彈簧室與緩解閥頂桿間處于通路狀態(tài)。該故障車進(jìn)行列車編組并掛上機(jī)車后,機(jī)車風(fēng)源裝置通過列車管向每輛車的列車管、副風(fēng)缸、加速緩解風(fēng)缸及緊急室進(jìn)行初充氣時(shí),故障車的半自動(dòng)緩解閥處出現(xiàn)持續(xù)漏泄現(xiàn)象。

由于故障車列車管、各風(fēng)缸的壓力空氣一直通過半自動(dòng)緩解閥副風(fēng)缸端夾心閥處漏泄,在列車施行減壓制動(dòng)時(shí)該車120型控制閥主閥模板兩側(cè)形不成壓差,因此也不可能實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)作用。

1.4 故障處理

經(jīng)過上述分析得出,因緩解止回閥座與閥體安裝后兩內(nèi)孔連接處出現(xiàn)同步或錯(cuò)位“臺(tái)階”,會(huì)導(dǎo)致緩解閥頂桿出現(xiàn)一定概率的不復(fù)位故障,此故障不易在檢修過程中發(fā)現(xiàn)和解決,存在頂桿卡滯故障的 120 閥在裝車使用過程中存在較大的制動(dòng)安全隱患。

在故障120型控制閥主閥上更換檢修合格的半自動(dòng)緩解閥(檢修中已再次確認(rèn)兩緩解止回閥座內(nèi)孔與頂桿導(dǎo)向孔連接處無異常)后在 120閥專用試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行多次試驗(yàn) ,試驗(yàn)結(jié)果均為合格[2]。將 120 閥裝車后用微機(jī)控制單車試驗(yàn)器進(jìn)行試驗(yàn),列車編組等相關(guān)試驗(yàn)也符合要求,最后確定將該車故障解除,拆下的半自動(dòng)緩解閥體由于檢修工藝水平限制做報(bào)廢處理。

2 建議

經(jīng)過上述分析,對(duì)制動(dòng)閥的造修單位及設(shè)計(jì)單位建議如下:

(1) 新造的半自動(dòng)緩解閥體導(dǎo)向孔及緩解止回閥座內(nèi)孔在加工時(shí)孔徑建議預(yù)留工藝余量,將二者組裝后統(tǒng)一擴(kuò)孔至符合圖紙要求。

(2) 制動(dòng)閥檢修單位應(yīng)對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)的工藝文件、作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行認(rèn)真編制、審核、評(píng)審,確認(rèn)作業(yè)指導(dǎo)文件的合理有效及可操作性,緩解止回閥座與閥體組裝后須用樣板進(jìn)行檢查,不得出現(xiàn)同步或錯(cuò)位“臺(tái)階”。有“臺(tái)階”的半自動(dòng)緩解閥體,經(jīng)檢修確認(rèn)合格后方可進(jìn)入下工序,對(duì)不能修復(fù)的做報(bào)廢處理。

(3) 緩解止回閥座壓裝半自動(dòng)緩解閥體出現(xiàn)不合格時(shí)不可拆卸,如半自動(dòng)緩解閥體導(dǎo)向孔及緩解止回閥座內(nèi)孔連接處出現(xiàn)“臺(tái)階”時(shí),絕大部分的緩解閥體在現(xiàn)有工藝水平局限下不可修復(fù)導(dǎo)致報(bào)廢處理,建議將現(xiàn)有緩解止回閥座或閥體頂桿導(dǎo)向孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使緩解止回閥座具有可拆卸功能,當(dāng)出現(xiàn)“臺(tái)階”時(shí),可選配更換緩解止回閥座以消除“臺(tái)階”,杜絕頂桿卡滯隱患,避免半自動(dòng)緩解閥體報(bào)廢。

3 結(jié)論

對(duì)現(xiàn)代鐵路來說,制動(dòng)的重要性不僅是安全問題,其已經(jīng)成為限制列車速度和牽引質(zhì)量進(jìn)一步提高的重要因素,作為鐵路貨車“心臟”部件的 120 閥,造修質(zhì)量決定鐵路貨車的運(yùn)輸安全。

120型控制閥的各閥體均為鑄造件,鑄造業(yè)屬于高能耗、污染嚴(yán)重的行業(yè)。鑄造企業(yè)在生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重的是固體廢棄物和空氣污染。近年來由于環(huán)保要求提高使得各鑄造件生產(chǎn)企業(yè)制造成本提升,進(jìn)一步導(dǎo)致鑄造件的采購成本偏高。因此,對(duì)閥體配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高造修工藝水平可顯著降低閥體鑄造件的報(bào)廢率,可降低貨車制造企業(yè)的采購成本,起到降本增效的作用;同時(shí)可降低環(huán)境中鑄造件三廢排放量,為環(huán)境保護(hù)作出實(shí)質(zhì)的貢獻(xiàn)。