DK-2型制動(dòng)機(jī)192電空切換閥故障影響分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)

摘要：DK-2型制動(dòng)機(jī)中192電空切換閥（以下簡稱“192切換閥”）作為控制閘缸預(yù)控風(fēng)缸或三通閥容積室與作用管溝通的切換部件，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性直接影響DK-2型制動(dòng)機(jī)空氣位時(shí)制動(dòng)缸保壓性能、機(jī)車小閘制動(dòng)性能。鑒于此，通過分析不同工況下192切換閥工作原理，結(jié)合HXN5B車型實(shí)際運(yùn)用情況，分析192切換閥故障原因，提出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)驗(yàn)證證明，該設(shè)計(jì)改進(jìn)方案可提高DK-2型制動(dòng)機(jī)的運(yùn)用可靠性。

關(guān)鍵詞：DK-2型制動(dòng)機(jī)；192切換閥；疲勞斷裂

中圖分類號(hào)：U262.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）16-0072-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.16.020

0" " 引言

HXN5B機(jī)車采用DK-2型制動(dòng)機(jī)，這是一種具備微機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信和故障診斷等信息化功能的機(jī)車電空制動(dòng)機(jī)[1]，總體應(yīng)用情況良好。HXN5B機(jī)車作為調(diào)車機(jī)車，適用于大中規(guī)模的站線編組作業(yè)。相較于干線電力機(jī)車，該車型站線調(diào)車作業(yè)時(shí)，運(yùn)行、停車工況切換頻繁，制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)/緩解工況切換頻率遠(yuǎn)高于干線電力機(jī)車，DK-2型制動(dòng)機(jī)中192切換閥作為控制閘缸預(yù)控風(fēng)缸或三通閥容積室與作用管溝通的切換部件，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性直接關(guān)系到機(jī)車作業(yè)安全性及穩(wěn)定性。

本文通過對現(xiàn)有切換閥結(jié)構(gòu)、故障進(jìn)行分析，提出新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以提高192切換閥產(chǎn)品整體質(zhì)量穩(wěn)定性。

1" " 192切換閥結(jié)構(gòu)

192切換閥由后閥蓋、復(fù)位彈簧、閥體、O型圈、閥桿、密封圈、密封墊、Y型密封圈、活塞、前端蓋、銘牌、緊固件等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中A口連接作用管，P2口連接三通閥容積室，P1口連接閘缸預(yù)控風(fēng)缸，K口連接262YV切換電磁閥。其有兩個(gè)作用位置：空氣位和正常位。

1.1" " 空氣位

如圖2所示，262YV切換電磁閥失電，192切換閥控制口K無壓力，閥桿被復(fù)位彈簧壓力推至右位，連通作用管的A口和連通三通閥容積室的P2口溝通，連通閘缸預(yù)控風(fēng)缸的P1口被截止。

1.2" " 正常位

如圖3所示，262YV切換電磁閥得電，192切換閥控制口K有壓力，閥桿被壓縮空氣壓力推至左位，連通作用管的A口和連通閘缸預(yù)控風(fēng)缸P1口溝通，連通三通閥容積室的P2口被截止。

2" " DK2制動(dòng)機(jī)制動(dòng)缸控制原理

如圖4所示[2]，分析在DK-2型制動(dòng)機(jī)不同工況下，192切換閥在制動(dòng)缸控制系統(tǒng)內(nèi)的切換控制邏輯。

1）192切換閥空氣位。

控制氣路走向?yàn)椋?01三通閥→110三通閥容積室→192切換閥→作用管→105作用閥，三通閥根據(jù)列車管壓力變化控制機(jī)車制動(dòng)缸的制動(dòng)與緩解。

2）192切換閥正常位。

控制氣路走向?yàn)椋?60YV單制電磁閥/261YV單緩解電磁閥→109閘缸預(yù)控風(fēng)缸→192切換閥→作用管→105作用閥，通過電子分配閥控制閘缸預(yù)控的壓力進(jìn)而控制機(jī)車制動(dòng)缸的制動(dòng)與緩解。

根據(jù)DK-2型制動(dòng)機(jī)各工況下192切換閥的動(dòng)作分析，192切換閥作為作用管氣路的重要切換控制部件，其產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系著機(jī)車行車制動(dòng)安全。

3" " 192切換閥故障原因分析

根據(jù)HXN5B車型在段運(yùn)行反饋故障信息：某調(diào)車機(jī)車作業(yè)時(shí)報(bào)A10故障，小閘制動(dòng)不上閘，解體檢查192切換閥發(fā)現(xiàn)其復(fù)位彈簧斷裂。隨后對該車型普查時(shí)又發(fā)現(xiàn)一起切換閥彈簧斷裂故障。兩起切換閥故障發(fā)生時(shí)間均在產(chǎn)品檢修出廠后4年左右，對庫存復(fù)位彈簧進(jìn)行外觀尺寸檢查、彈簧力學(xué)性能試驗(yàn)及原材料材質(zhì)分析，檢查試驗(yàn)結(jié)果均符合圖紙技術(shù)要求。同時(shí)，對比復(fù)位彈簧2017年及2021年質(zhì)檢報(bào)告與實(shí)測結(jié)果數(shù)據(jù)吻合，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

192切換閥復(fù)位彈簧設(shè)計(jì)說明：

1）切換推力F1=工作氣壓P×活塞面積S。

切換閥工作設(shè)計(jì)壓力為300～1 000 kPa，其最低切換壓力為300 kPa，活塞直徑為22 mm，切換推力F1≈114 N。

2）復(fù)位彈簧彈簧力最大?。?.5F1≈57 N。

3）材料：0Cr18Ni9不銹鋼彈簧鋼絲。

4）規(guī)格：線徑？準(zhǔn)1.20 mm，中徑？準(zhǔn)6.60 mm，節(jié)距t=2.4，總?cè)?shù)N=19圈，有效圈數(shù)N1=17圈，高度H=

43 mm，K=3.8 N/mm，螺旋升角α=6.5°。

5）材料處理：回火處理，消除應(yīng)力。

6）復(fù)位彈簧安裝初始高度H1=32.5 mm，切換動(dòng)作時(shí)壓縮形成6 mm，極限壓縮安裝高度H2=26.5 mm，彈簧并圈高度為1.2×19=22.8 mm，即復(fù)位彈簧工作時(shí)不并圈。

綜上所述，復(fù)位彈簧設(shè)計(jì)合理。

結(jié)合HXN5B機(jī)車調(diào)車作業(yè)工況，192切換閥在實(shí)際工作過程中，空氣位/正常位切換頻繁，該復(fù)位彈簧斷裂故障主要原因?yàn)閺椈稍陂L周期、大壓力、高頻次壓縮工況下，因彈簧彎制過程形成表面裂紋、疵點(diǎn)、傷痕等微觀缺陷導(dǎo)致最終疲勞斷裂。

4" " 192切換閥設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

根據(jù)上述分析192切換閥復(fù)位彈簧存在超設(shè)計(jì)壽命使用工況，機(jī)車運(yùn)行存在安全風(fēng)險(xiǎn)。為進(jìn)一步提升DK-2型制動(dòng)機(jī)安全性，對192切換閥進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

192切換閥閥體開通一路氣道，連通P1口壓縮空氣壓力至復(fù)位彈簧端活塞底部，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

切換閥正常位轉(zhuǎn)空氣位時(shí)，活塞復(fù)位由復(fù)位彈簧力單獨(dú)作用改為彈簧力+壓縮空氣作用力，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后：

1）壓縮空氣作用力F2=工作氣壓P×活塞面積S。

2）優(yōu)化后復(fù)位彈簧規(guī)格：線徑？準(zhǔn)0.80 mm，中徑？準(zhǔn)7.00 mm，節(jié)距t=2.4，總?cè)?shù)N=19圈，有效圈數(shù)N1=17圈，高度H=43 mm，K=0.67 N/mm，預(yù)壓縮量10 mm，終壓縮量16 mm；彈簧力F3=0.67×16=10.72 N，結(jié)構(gòu)優(yōu)化后切換推力F4=F2+F3。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后切換閥切換動(dòng)作正常，新結(jié)構(gòu)可以降低復(fù)位彈簧力，提高抗疲勞強(qiáng)度，延長復(fù)位彈簧使用壽命。

5" " 改進(jìn)方案的可行性驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述改進(jìn)方案的可行性，對192電空切換閥閥體進(jìn)行氣路改造，按照例行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

改進(jìn)后切換閥各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。解體切換閥后，各零部件狀態(tài)正常，復(fù)測復(fù)位彈簧力學(xué)性能符合技術(shù)要求。DK-2制動(dòng)機(jī)換裝改款切換閥后，制動(dòng)機(jī)例行試驗(yàn)合格，各參數(shù)控制指標(biāo)與換裝前試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合要求。192切換閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證可行，該方案對降低DK-2制動(dòng)機(jī)故障發(fā)生率，提升制動(dòng)機(jī)檢修周期內(nèi)質(zhì)量穩(wěn)定性有明顯效果。

6" " 結(jié)束語

本文分析了DK-2型制動(dòng)機(jī)192電空切換閥對機(jī)車行車安全的影響，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案并進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。通過優(yōu)化閥體氣道結(jié)構(gòu)，利用壓縮空氣作用力和彈簧力結(jié)合方式驅(qū)動(dòng)活塞實(shí)施切換控制，提供了降低復(fù)位彈簧力的優(yōu)化措施，從而提高了復(fù)位彈簧抗疲勞強(qiáng)度，延長了復(fù)位彈簧使用壽命。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 王志偉.DK-2型制動(dòng)機(jī)267YV電磁閥故障影響分析及改進(jìn)[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2023，46（3）：130-132.

收稿日期：2024-04-11

作者簡介：劉宇（1987—），男，湖南韶山人，工程師，研究方向：制動(dòng)系統(tǒng)閥類配件。

劉愛明（1986—），男，江西吉安人，高級(jí)工程師，研究方向：制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品及部件。