某型柴油機啟動系統二位三通電磁閥改進設計

王東軍

摘要：本文介紹了某型柴油機主啟動電磁閥在實際使用中出現的故障及針對故障所進行的優化改進設計。

關鍵詞：啟動系統;二位三通電磁閥;改進

中圖分類號：V216.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0009-02

0? 引言

某型柴油機為四沖程多缸柴油機，配備兩套啟動系統，分別為空氣分配器啟動和空氣馬達啟動。啟動系統二位三通電磁閥（以下簡稱電磁閥）的功能是控制空氣分配器所需壓縮空氣的通斷，電磁閥最大工作壓力為4MPa，開啟電壓為24V。該閥作為空氣啟動系統的主要部件，其工作可靠性直接影響柴油機能否順利啟動。

1? 故障現象

某型柴油機啟動系統電磁閥在實際使用過程中暴露出兩個問題，極大的影響了柴油機啟動系統的工作可靠性，一是電磁閥的先導閥偶爾存在卡滯現象，造成柴油機無法啟動;二是電磁線圈支撐套容易出現松動現象，造成電磁閥工作時先導閥漏氣嚴重，嚴重時無法啟動柴油機。

2? 電磁閥的構造及原理

電磁閥的主體構造如圖1所示，主要由閥蓋（1）及閥體（11）組成，電磁線圈（2）通過自鎖螺母（12）鎖緊在線圈支撐套（3）上，支撐套通過螺紋擰在閥蓋上。進氣腔與閥蓋A腔通過閥體頂部的通氣孔（圖2中孔1）及閥蓋底部的通氣孔（圖3中孔2）相連通，B腔通過閥蓋底部的通氣孔（圖3中孔3）與C腔相通。電磁閥不通電時彈簧（4）推動頂銷（5）下移，克服小活塞（7）彈簧的作用力，使得小活塞下移封住通大氣進口，此時A腔、B腔、C腔均與進氣腔相通。大活塞（9）上下兩面壓力均為進氣壓力，因大活塞上表面面積大于下表面面積，大活塞下移分隔開進氣腔與啟動腔。電磁閥通電時，電磁吸力克服彈簧（4）的作用力，小活塞及頂銷在小活塞彈簧的作用下上移，B腔、C腔通大氣，內壓力為大氣壓力，因進氣壓力遠高于大氣壓力，大活塞向上移動，進氣腔與啟動腔相通，啟動空氣通過啟動腔進入空氣分配器啟動柴油機。

3? 故障原因分析

3.1 電磁閥的先導閥出現卡滯現象

從電磁閥的構造原理可知，啟動空氣的通斷受大活塞的控制，而大活塞則受小活塞的控制，在實際使用過程中偶爾出現的卡滯現象，其根本原因就是活塞發生了卡滯。在實際使用時，壓縮空氣中存在著微小的顆粒物，當顆粒物擠在活塞與孔壁之間時，活塞可能出現卡滯現象。大活塞的導向距離遠大于小活塞的導向距離，且小活塞彈簧的彈力明顯小于大活塞承受的空氣壓力，因此小活塞相對于大活塞更容易因顆粒物而產生卡滯現象。另外通過在實際修理過程中發現，小活塞長時間未動作后容易出現小活塞導向孔壁氧化腐蝕物堆積，腐蝕物極易造成小活塞出現卡滯情況。分析認為先導閥小活塞卡滯是造成電磁閥功能失效的主要原因。

3.2 電磁線圈支撐套容易出現松動現象

電磁閥在使用過程中的維護保養、柴油機運轉過程中的振動沖擊，都容易造成線圈支撐套發生松動。電磁閥在實際使用過程中曾多次出現電磁線圈支撐套松動故障，分析認為松動的主要原因是：當需要調整電磁線圈位置，扭轉電磁線圈方向時極容易造成線圈支撐套松動。問題的根源有兩方面，一是電磁線圈與線圈支撐套摩擦力過大;二是線圈支撐套缺乏有效的防松措施。

4? 改進措施

4.1 解決先導閥小活塞卡滯問題

為了徹底解決先導閥卡滯問題，我們根據故障的發生機理，從兩方面進行改進設計。

一方面我們從提高先導閥壓縮空氣的清潔度入手，減少活塞的卡滯概率。在改進設計時，我們為先導閥壓縮空氣通道設置了過濾器，如圖4和圖5所示。綜合考慮后選用銅合金粉末燒結濾片作為過濾器，銅合金粉末燒結濾片具有過濾精度均勻一致，透氣性好，壓力損耗小，耐腐蝕，易于反吹，再生能力強，使用壽命長等優點。選用的濾片空氣通過效率約為12%，閥蓋底部進氣孔直徑為3mm。 計算濾片最小直徑D：

改進后的通氣孔局部視圖如圖5所示，濾片（3）下部的孔徑為9mm，其作用是保證濾片有足夠的流通截面積，同時可以降低氣流流速以減少沖擊和損耗。電磁閥在改進過濾裝置以后在不同氣壓條件下進行功能性試驗，電磁閥的動作情況與改進前未發生明顯變化。

另一方面我們對電磁閥小活塞的導向孔壁進行電鍍鎳處理，目的是提高導向孔壁的抗氧化腐蝕性能。原始的閥體材料為H62黃銅，電磁閥工作過程中，空氣介質中不可避免的會含有一些水分，當電磁閥停止使用以后，小活塞和導向孔中殘留的水分會造成H62黃銅氧化腐蝕，而且氧化腐蝕程度會隨著時間的延長而加重，尤其是柴油機在長時間停止不用的過程中腐蝕情況更為嚴重，這些氧化腐蝕產物極易造成小活塞出現卡滯故障。

4.2 解決電磁線圈支撐套容易松動的問題

如圖6所示，在電磁線圈支撐套（4）與閥蓋（7）之間增加齒形防松環（5），防松環通過開關定位銷（6）固定在閥蓋（7）上。通過機械鎖止的措施，徹底解決了線圈支撐套容易出現松動的問題，而且結構緊湊，未對閥蓋和線圈支撐套進行加工，避免了對電磁閥其他零部件的影響。此外為了減少轉動線圈時對線圈支撐套的摩擦阻力，在鎖緊螺母（1）及電磁線圈之間增加波形墊圈（2），采用這種安裝方式后電磁線圈既能夠在線圈支撐套上自由轉動，又能在柴油機工作時的劇烈震動環境下電磁線圈和線圈支撐套之間能緩沖減震。

5? 改進后效果

設計改進后的電磁閥進口通入規定壓力的壓縮空氣，保持在主閥關閉狀態，電磁線圈可自由靈活轉動，未出現支撐套隨同線圈發生轉動的情況。隨后按照試驗大綱要求對電磁閥進行了3000次啟閉耐久性平臺試驗，試驗過程中未出現線圈支撐套與閥蓋連接部位松動漏氣的情況，電磁閥也未出現卡滯現象，動作正常可靠。改進后的電磁閥在實際裝機使用過程中，動作可靠，故障率明顯降低。

參考文獻：

[1]張偉，任再青.某型二位三通電磁閥測試系統的設計[J].現代制造工程，2015（11）：148-150.

[2]荀向紅，王金亭.柴油機調速器外部伺服系統故障案例分析[J].柴油機，2017，39（04）：57-59.

[3]荀向紅，李明，徐韜.某V型柴油機怠速運行時B排氣缸排溫異常的故障案例介紹[J].內燃機與配件，2019（11）：39-41.