關(guān)于120系列緩解閥體套松動(dòng)的分析

劉書銀

（太原鐵路局 湖東車輛段，山西大同037000）

2011年各120閥制造廠生產(chǎn)的緩解閥均有緩解閥套松動(dòng)、串出問題，壓裝不銹鋼套的緩解閥體在使用過程中出現(xiàn)不同程度向上串出的問題，導(dǎo)致漏泄。圖1是故障閥照片。

圖1 故障閥照片

1 原因查找及分析

1.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)過盈量，閥套外徑的公差為φ30x7（+0.085

+0.064），閥體孔公差為φ30（+0.033 0），過盈量為0.031～0.085mm。120系列緩解閥體套配合尺寸見表1。

表1 120系列緩解閥體套配合尺寸

1.2 背壓的影響

當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，緩解閥套下方受背壓F=P·S，P為制動(dòng)缸壓力，經(jīng)計(jì)算緩解閥套受力情況如表2所示。

表2 緩解閥套受力情況

面積計(jì)算：

面積S=π×（302-162）／4=505.80mm2

即按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，背壓對(duì)緩解閥套產(chǎn)生的最大推力（移動(dòng)力）不超過220N（不考慮活塞桿上的O型圈與套之間的摩擦力）。

從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取20套緩解閥體組成進(jìn)行退出力測(cè)試可以看出，在常溫情況下，退出力范圍在3 800～12 500N之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作時(shí)的背壓。因此，背壓的因素可以排除。

1.3 120緩解閥體和套不同材質(zhì)的線膨脹系數(shù)的影響

分析（見表3）

表3 材料線膨脹系數(shù)（溫度范圍20～100℃）

從表3中可以看出，鋁合金與銅套之間材料線膨脹系數(shù)差距很小，而鋁合金與不銹鋼套之間差距大于一倍。

（1）緩解閥體和緩解閥套配合尺寸φ30隨溫度變化時(shí)的尺寸變化情況（理論計(jì)算值）（見表4）

表4 緩解閥體和緩解閥套配合尺寸變化情況表

從表4可以看出因?yàn)椴讳P鋼與鋁合金之間材料線膨脹系數(shù)之差很大，當(dāng)緩解閥在運(yùn)行過程中，由于環(huán)境溫度變化時(shí)，當(dāng)溫差達(dá)到100℃時(shí)，鋁合金體與不銹鋼套之間因溫度變化在直徑方向產(chǎn)生的線形變形量之差將達(dá)到0.041 1，當(dāng)溫差達(dá)到100℃這種極端情況時(shí)，體和套之間就可能出現(xiàn)過盈量不足的問題（體套設(shè)計(jì)過盈量為0.031～0.085mm）。

（2）緩解閥體及套在不同溫度下的實(shí)測(cè)內(nèi)孔尺寸變化

測(cè)量過程如下：在常溫測(cè)量（23℃）→ 升溫到83℃→保溫1h→測(cè)量→ 升溫到103℃→保溫1h→測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如下。

①緩解閥體在不同溫度下的實(shí)測(cè)內(nèi)孔尺寸變化情況

緩解閥體φ30內(nèi)孔在溫度升高60℃后，尺寸增大0.043～0.06mm；溫度升高80℃后，尺寸增大0.052～0.067mm。

②不銹鋼材質(zhì)的緩解閥套在不同溫度下的外圓實(shí)測(cè)尺寸變化情況

不銹鋼緩解閥套φ30外圓在溫度升高60℃后，尺寸增大0.01～0.025mm；溫度升高80℃后，尺寸增大0.02～0.035mm。

③鉛黃銅材質(zhì)的緩解閥套在不同溫度下的外圓實(shí)測(cè)尺寸變化情況

鉛黃銅緩解閥套φ30外圓在溫度升高60℃后，尺寸增大0.037～0.045mm；溫度升高80℃后，尺寸增大0.042～0.05mm。

由表2～表4的數(shù)據(jù)可以得出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算基本相符。由于溫度變化引起的尺寸變化可以導(dǎo)致過盈量不足的問題。

2 改進(jìn)方案

要繼續(xù)采用不銹鋼材料，一方面要加大過盈量，另外需通過改進(jìn)組裝結(jié)構(gòu)來徹底根除緩解閥套竄出的可能。

（1）保證過盈量

（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖2 壓套改進(jìn)圖

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

兩種方案各加工了5件，各選配了3套進(jìn)行壓套，壓套后進(jìn)行了氣密性試驗(yàn)，均不漏，再組裝進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。之后放入高低溫箱加溫至110℃保溫3h，取出立即進(jìn)行振動(dòng)以后恢復(fù)至常溫，再進(jìn)行氣密性打壓試驗(yàn)，均無漏泄。最后測(cè)退套力在范圍之內(nèi)。

4 結(jié)束語

120緩解閥套松動(dòng)的主要原因?yàn)椴讳P鋼與鋁合金之間材料線膨脹系數(shù)之差很大，容易導(dǎo)致體套過盈量不足引起松動(dòng)。通過適當(dāng)調(diào)整過盈量并局部?jī)?yōu)化結(jié)構(gòu)，可以有效的解決閥套松動(dòng)的問題。