半自動緩解閥體缺陷引起鐵路貨車制動故障的分析

袁太紅,李旭英

(中車太原機車車輛有限公司,山西 太原 030027)

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

1 存在故障與分析

《鐵路貨車廠修規(guī)程》中規(guī)定,制動閥需分解檢修,經(jīng)分解檢修后的改進型120閥,須在鐵道部批準的120閥專用試驗臺上逐個按試驗驗收規(guī)范規(guī)定的試驗方法和質(zhì)量標準進行試驗,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 閥試驗臺試驗,各項試驗技術(shù)指標均合格,裝車后采用微機控制單車試驗器進行單車試驗,各項試驗仍合格,完成三檢一驗后操作工拉緩解閥拉桿,排盡該車制動系統(tǒng)壓力空氣進行遷車作業(yè)。

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

1.2 故障判定

將故障車輛解編回送到交車臺位,對該車再次進行單車試驗,置1位充風時半自動緩解閥處仍出現(xiàn)上述故障,鑒定組決定將120 閥拆解下車后送到制動室進行分解專項檢查,分別檢查半自動緩解閥,先拆下緩解閥上蓋,觀察檢測緩解閥內(nèi)的密封圈是否安裝到位及破損,同時對金屬零部件進行外觀缺陷檢查。重點檢查緩解閥的副風缸和加速緩解風缸的2個φ16夾心閥是否有缺陷或止回閥座閥口是否有碰傷故障,當取下緩解閥體上的2個O形橡膠密封圈D22X2.25、2個止回閥彈簧及2個φ16夾心閥后,對緩解閥的副風缸和加速緩解風缸的2個φ16夾心閥安裝面進行仔細檢查,并未發(fā)現(xiàn)2個φ16夾心閥有斑點、凹陷、開膠等缺陷;緊接著對閥體上2個止回閥閥座進行仔細檢查,也并未發(fā)現(xiàn)2個止回閥座閥口有碰傷現(xiàn)象。再進一步對閥體內(nèi)頂桿進行檢查時,發(fā)現(xiàn)控制副風缸通路的夾心閥頂桿處于卡滯位置,而控制加速緩解風缸通路的夾心閥頂桿處于正常工作位,見圖 1。

圖1 緩解閥頂桿不復位故障

在發(fā)現(xiàn)副風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、不復位的原因,即副風缸端頂桿導向孔的止回閥座與閥體的圓孔安裝時出現(xiàn)錯位“臺階”,而加速緩解風缸端的止回閥座孔與閥體導向孔連接處無“臺階”,見圖2。筆者將卡滯的副風缸處頂桿再裝回去稍微轉(zhuǎn)動調(diào)整時,頂桿又恢復到復位狀態(tài),連續(xù)試了 20 次后,發(fā)現(xiàn)有 2 次出現(xiàn)卡滯,18 次能正常復位,出現(xiàn)卡滯故障概率為10%。同時對加速緩解風缸處的頂桿進行了20次試驗,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)場發(fā)現(xiàn)的閥體缺陷及試驗情況,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臺進行試驗,并且裝車后按規(guī)定用微機控制單車試驗器進行單車試驗,試驗結(jié)果均顯示合格,可確定此時與副風缸連通的緩解閥頂桿應(yīng)是處于正常復位狀態(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、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屬于過盈配合,緩解閥止回閥座孔與閥體頂桿導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,導致兩者內(nèi)孔連接處出現(xiàn)同步或錯位“臺階”,“臺階”是引起緩解閥頂桿卡滯不復位的根本原因,見圖3、圖4。

圖3 頂桿頂開夾心閥時受力示意圖

當做完單車試驗完成交檢交驗后,遷車工作人員需持續(xù)拉緩解閥拉桿使該車整個制動系統(tǒng)(包括副風缸、加速緩解風缸、列車管等)的壓力空氣全部排出。在拉動緩解閥手柄時,副風缸通路的夾心閥與加速緩解風缸通路夾心閥先后被頂桿頂開,導致整車壓力空氣全部排空。當緩解手柄復位后,止回閥彈簧回復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向孔連接處出現(xiàn)錯位“臺階”,導致頂桿在孔內(nèi)處于與豎直方向存在夾角θ,止回閥彈簧反彈力F存在一個水平分力F1和一個豎直方向分力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過程中還存在輕微轉(zhuǎn)動,當頂桿轉(zhuǎn)動到與“臺階”處接觸面積增大時,兩者間摩擦力也會進一步增大,因此外力F的水平分力F1可將控制副風缸通路的緩解閥頂桿卡滯在圖 3 中的圓孔錯位(錯位“臺階”)處,此時頂桿不復位,導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)。該故障車進行列車編組并掛上機車后,機車風源裝置通過列車管向每輛車的列車管、副風缸、加速緩解風缸及緊急室進行初充氣時,故障車的半自動緩解閥處出現(xiàn)持續(xù)漏泄現(xiàn)象。

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

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)同步或錯位“臺階”,會導致緩解閥頂桿出現(xiàn)一定概率的不復位故障,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緩解閥(檢修中已再次確認兩緩解止回閥座內(nèi)孔與頂桿導向孔連接處無異常)后在 120閥專用試驗臺進行多次試驗 ,試驗結(jié)果均為合格[2]。將 120 閥裝車后用微機控制單車試驗器進行試驗,列車編組等相關(guān)試驗也符合要求,最后確定將該車故障解除,拆下的半自動緩解閥體由于檢修工藝水平限制做報廢處理。

2 建議

經(jīng)過上述分析,對制動閥的造修單位及設(shè)計單位建議如下:

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

(2) 制動閥檢修單位應(yīng)對指導生產(chǎn)的工藝文件、作業(yè)指導書進行認真編制、審核、評審,確認作業(yè)指導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行檢查,不得出現(xiàn)同步或錯位“臺階”。有“臺階”的半自動緩解閥體,經(jīng)檢修確認合格后方可進入下工序,對不能修復的做報廢處理。

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

3 結(jié)論

對現(xiàn)代鐵路來說,制動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、污染嚴重的行業(yè)。鑄造企業(yè)在生產(chǎn)過程中對環(huán)境污染最嚴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,進一步導致鑄造件的采購成本偏高。因此,對閥體配合結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計、提高造修工藝水平可顯著降低閥體鑄造件的報廢率,可降低貨車制造企業(yè)的采購成本,起到降本增效的作用;同時可降低環(huán)境中鑄造件三廢排放量,為環(huán)境保護作出實質(zhì)的貢獻。