109型机车分配阀安全阀故障分析及改进建议

109型机车分配阀安全阀故障分析及改进建议（共2篇）

109型机车分配阀安全阀故障分析及改进建议 篇1

109型机车分配阀安全阀故障分析及改进建议

摘 要：本文通过分析目前109型机车分配阀安全阀在运用过程中容易出现的故障现象，如在进行几次紧急制动后安全阀易出现不正常漏风现象、安全阀返修率高等问题，文章总结了故障原因，并结合实际情况提出了几点改进建议。

关键词：DK-1型电空制动机； DK-2型电空制动机；109型机车分配阀；安全阀；增压方式； 调压阀

0 引言

DK-1型电空制动机是我国电力机车中的主型制动机，而109型分配阀又是DK-1型电空制动机的核心元件，它根据列车管压力的变化来相应控制制动缸压力的大小，从而实现机车的制动和缓解。

在实际运用过程中，109型机车分配阀安全阀在目前的紧急增压方式下易出现风压不正常泄漏；紧急制动时安全阀噪音偏大；消耗压缩空气严重；无火回送时安全阀调压不方便；安全阀返修率较高等缺点。

据售后人员反映，109型机车分配阀的安全阀一般在完成几次紧急制动后，就可能出现安全阀漏风现象，使容积室压力非正常下降，其主要原因是安全阀在工作时动作频繁，导致阀口的密封性降低，使安全阀出现漏风点，导致容积室产生漏风现象。这会在一定程度上会影响机车制动力的大小，使空气制动作用不能达到预期效果，因此对安全阀的改进具有重要意义。安全阀故障现象及原因分析

1.1 故障现象

据在各机务段售后人员反映，109型机车分配阀安全阀在完成几次紧急制动后，安全阀就可能出现故障，主要表现在：

（1）安全阀不正常漏风，导致容积室压力不稳定。

（2）安全阀的阀口易形成麻点，（3）安全阀的整定压力值会随着时间的推移产生一定的偏差。

（4）安全阀工作时噪音较大。

（5）压缩空气泄漏量大。

1.2 原因分析

紧急制动时在增压阀的作用下，总风经小孔迅速流向容积室，使得容积室压力能够快速上升，直至其压力达到安全阀的整定压力值。此时，安全阀便开始在排风和停止排风的重复动作中反复切换，直到容积室压力得以缓解。

安全阀采用泄压式金属阀口密封的形式，阀芯与阀体为刚性接触。实施紧急制动时，因为安全阀的动作过程非常迅速，使阀芯与阀体之间频繁冲击，因此导致阀芯与阀体的接触面在频繁冲击的状态下易产生损伤，并且，当阀口一旦有异物进入时接触面还易形成麻点，使安全阀密封不严，阀与阀口的接触面就是安全阀的主要漏风地点，最终会导致容积室压缩空气经安全阀泄漏。

由于安全阀的频繁跳跃式的工作，锁紧螺母由于频繁的机械振动可能会有一些松动，使得安全阀随着工作时间的推移，整定压力值发生一定的飘移。

紧急制动时，安全阀在动作过程中，压力空气的排泄以及阀芯与阀体的频繁冲击都会产生较大的噪音污染。改进建议

为了解决109型分配阀安全阀的以上问题，本文针对已投入运营机车和新造机车两种不同情况提出以下建议。

2.1 对于已投入运营机车的改进建议

（1）在制动机的操作方法上的优化改进：

①尽可能少使制动机处于紧急制动位，以降低安全阀的工作频率，延长其使用寿命；

②在不使用制动机时应关闭总风，防止总风意外进入容积室，产生过大的压力使安全阀动作，以SS4B机车DK-1型电空制动机为例，具体操作是关闭总风塞门123，阻断总风进入分配阀的通路。

（2）应给安全阀加装空气过滤装置，如过滤网，尽量提高压力空气的清洁度，因为空气中的杂质会使阀与阀体的接触面更容易损伤，降低安全阀的使用寿命。

2.2 对于新造机车的改进建议

（1）对于新造机车提出一种新的紧急增压时容积室压力控制设计方案，具体方案如下：

总风进入分配阀后分为两条空气通路，一路为增压阀口打开时向容积室供风的通路，一路为均衡部制动缸供风通路。新的压力控制方案保留了均衡部制动缸供风通路，而另一条则是从外部引入经过调压阀整定后的总风，并且将其引入到原增压阀部。

①取消原分配阀阀体上的安全阀，并封堵沟通安全阀和容积室的孔Ⅳ；

②堵塞分配阀内部沟通总风与增压阀的孔Ⅲ；

③将分配阀增压阀部的总风通路引出然后通过一个外部调压阀与外部总风管连通；

将分配阀紧急增压通路变为由外部总风经调压阀到增压阀，再到容积室。改进以后，紧急制动状态下增压阀阀口打开，外部总风流经过调压阀将压力变为调压阀整定值的450kPa，再通过C3小孔流往容积室，容积室的最高压力等于调压阀整定压力值。

容积室的最高压力由调压阀进行控制，同时去掉安全阀后，完全截断了容积室的压缩空气从安全阀泄漏的通路，彻底消除了容积室压力经安全阀泄漏的隐患，并可完全消除安全阀动作时产生的噪音污染，还可减少压缩空气的消耗。

（2）实践运用

这种设计方法已应用在160km/h交流客运机车DK-2型电空制动机的设计中。总风经过调压阀52（整定压力450kPa，无火回送时250kPa）、检测口276、紧急增压塞门137进入到分配阀101内部。紧急制动时，由于列车管压力急剧降低，经调压阀调压后的压力空气进入到容积室内，并保障容积室内的空气压力大小即为调压阀的整定值。通过实验对设计方案的反复验证，证明这种新的紧急增压时容积室压力控制方式的设计准确、可靠。原来的安全阀在无火回送时调压不便，需要反复充风来调节整定压力，操作繁琐，而新的设计方案只需把无火安全塞门139打开，容积室最大压力由无火安全阀（整定压力250kPa）190来控制，操作简单方便。结束语

针对109型机车分配阀安全阀易出现的故障，装有DK-1型电空制动机已投入运营的机车，采取优化操作方法和加装安全阀空气过滤装置能在一定程度上降低安全阀的故障率，但不能从根本上解决安全阀漏风、易消耗压缩空气等问题。若采用上文新的容积室压力控制设计方式，弱化安全阀在制动机正常工作时的功能和作用，可使安全阀的问题得到根本上的解决。这样既避免了压缩空气的泄漏，保障了容积室压力在紧急制动时的准确和稳定，又降低了压缩空气的消耗，消除了安全阀噪音，使无火回送时调压方便。此种设计方案可在后续各型机车制动机新设计时推广应用。

参考文献：

[1] 刘豫湘，陆缙华，潘传熙.DK-1型电空制动机与电力机车空气管路系统[M].北京：中国铁道出版社，1998.[2] 黄金虎，马俊飞.109型分配阀紧急增压方式的改进探讨[J]电力机车与城轨车辆，2011（3）.

109型机车分配阀安全阀故障分析及改进建议 篇2

1 冷却风扇介绍

HXN3型机车的冷却间安装有2个冷却风扇, 分别为高、低温冷却风扇, 两者相互独立, 冷却风扇旋转从冷却间的侧百叶窗吸风, 然后吹向顶部的高温散热器和低温散热器, 通过散热器对柴油机高、低温水进行冷却。冷却风扇的转速为两级, 半速为1 000 r / min, 全速为2 000 r / min, 通过检测柴油机高、低温冷却水的温度, 由微机系统EM2000自动控制冷却风扇的开启。冷却风扇由叶片、轮毂和电机三大部件组成, 其外形结构如图1所示。

2 冷却风扇故障及分析

2011年3月, 北京怀柔北机务段的第125、126号HXN3型机车发生低温冷却风扇损坏的情况, 冷却风扇叶片全部折断, 电机壳体部分损坏脱落。2011年5月, 通辽机务段的第145、151号HXN3型机车发生低温冷却风扇损坏的情况, 冷却风扇叶片全部折断 ( 见图2) , 部分螺栓的防缓线发生错位 ( 见图3) , 电机壳体部分损坏脱落。

故障发生后, 各相关单位奔赴现场, 查看冷却风扇损坏的情况, 并把断裂的叶片及风扇电机一起运回, 进行研究分析。由于破坏表现为叶片打断、螺栓断裂及电机外壳撕裂3种情况, 需要通过分析、计算和推演解决以下3个问题:

( 1) 通过叶轮解体过程的推演, 寻找第1个被破坏的叶片;

( 2) 通过有限元计算, 从理论上找出结构上最薄弱的环节;

( 3) 通过对残片的金相、合金成分、力学性能分析, 找出叶轮解体破坏的原因。

根据以上分析, 将破损的11个叶片拼接还原, 依次排列, 找出了仅有后缘伤痕的叶片, 即为首先破坏的叶片。通过有限元计算, 发现叶片与电机外壳连接的螺栓孔处应力最大 ( 见图4) , 因此, 很有可能是由于螺栓、垫片的强度不足或者电机外壳的厚度薄弱引起的。经分析认为是由于个别螺栓强度不足致使运用中螺栓松动或断裂, 进而导致叶片裂损。另外, 垫片硬度的不足致电机壳体局部应力过高而使电机壳体破损。

3 设计改进

找到结构的薄弱环节之后, 对原有的冷却风扇进行了改进设计, 改进方案如图5所示。在电机壳体的内侧安装大垫板, 大垫板可以将2组叶片相近的2个螺栓连接在一起, 通过增加接触面积来降低壳体的应力, 并将叶片与电机外壳连接的螺栓孔径改为14 mm, 连接螺栓改为M14, 垫片的强度改为大于300 HV, 并加强壳体制造、叶片制造、风机电机组装过程中的质量控制, 其中包括螺栓的逐个探伤检查、螺栓力矩把紧、壳体热处理及壁厚控制等。

此方案通过有限元分析验证, 壳体、叶片和螺栓的受力关系得到很大改善, 满足了要求 ( 见图6) 。采用大垫片前, 机壳安装孔应力在120 MPa ~ 150MPa之间, 采用大垫片后, 应力值比之前有所下降, 在100 MPa ~ 120 MPa之间。

4 试验验证

为验证冷却风扇改进后的机械性能及可靠性, 对改进后的冷却风扇进行了超速试验。将冷却风扇放置于密闭的风筒中, 进行抽真空处理, 然后进行超速30% 试验。试验后, 通过外观检查无明显扭曲变形, 尺寸无明显变化; 螺栓用力矩扳手校核为原扭紧力矩110 N·m, 无松动; 垫圈与螺栓、螺母、壳体接触面均匀无变形痕迹; 叶片、壳体及螺栓探伤处理后无裂纹。

5 结论