DK-2型制動機192電空切換閥故障影響分析及結構改進

摘要：DK-2型制動機中192電空切換閥（以下簡稱“192切換閥”）作為控制閘缸預控風缸或三通閥容積室與作用管溝通的切換部件，其產品質量穩定性直接影響DK-2型制動機空氣位時制動缸保壓性能、機車小閘制動性能。鑒于此，通過分析不同工況下192切換閥工作原理，結合HXN5B車型實際運用情況，分析192切換閥故障原因，提出產品結構設計方案。試驗驗證證明，該設計改進方案可提高DK-2型制動機的運用可靠性。

關鍵詞：DK-2型制動機；192切換閥；疲勞斷裂

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

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

0" " 引言

HXN5B機車采用DK-2型制動機，這是一種具備微機控制、網絡通信和故障診斷等信息化功能的機車電空制動機[1]，總體應用情況良好。HXN5B機車作為調車機車，適用于大中規模的站線編組作業。相較于干線電力機車，該車型站線調車作業時，運行、停車工況切換頻繁，制動系統制動/緩解工況切換頻率遠高于干線電力機車，DK-2型制動機中192切換閥作為控制閘缸預控風缸或三通閥容積室與作用管溝通的切換部件，其產品質量穩定性直接關系到機車作業安全性及穩定性。

本文通過對現有切換閥結構、故障進行分析，提出新的優化設計方案，以提高192切換閥產品整體質量穩定性。

1" " 192切換閥結構

192切換閥由后閥蓋、復位彈簧、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，結構如圖1所示，其中A口連接作用管，P2口連接三通閥容積室，P1口連接閘缸預控風缸，K口連接262YV切換電磁閥。其有兩個作用位置：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，連通閘缸預控風缸的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口和連通閘缸預控風缸P1口溝通，連通三通閥容積室的P2口被截止。

2" " DK2制動機制動缸控制原理

如圖4所示[2]，分析在DK-2型制動機不同工況下，192切換閥在制動缸控制系統內的切換控制邏輯。

1）192切換閥空氣位。

控制氣路走向為：101三通閥→110三通閥容積室→192切換閥→作用管→105作用閥，三通閥根據列車管壓力變化控制機車制動缸的制動與緩解。

2）192切換閥正常位。

控制氣路走向為：260YV單制電磁閥/261YV單緩解電磁閥→109閘缸預控風缸→192切換閥→作用管→105作用閥，通過電子分配閥控制閘缸預控的壓力進而控制機車制動缸的制動與緩解。

根據DK-2型制動機各工況下192切換閥的動作分析，192切換閥作為作用管氣路的重要切換控制部件，其產品質量直接關系著機車行車制動安全。

3" " 192切換閥故障原因分析

根據HXN5B車型在段運行反饋故障信息：某調車機車作業時報A10故障，小閘制動不上閘，解體檢查192切換閥發現其復位彈簧斷裂。隨后對該車型普查時又發現一起切換閥彈簧斷裂故障。兩起切換閥故障發生時間均在產品檢修出廠后4年左右，對庫存復位彈簧進行外觀尺寸檢查、彈簧力學性能試驗及原材料材質分析，檢查試驗結果均符合圖紙技術要求。同時，對比復位彈簧2017年及2021年質檢報告與實測結果數據吻合，檢測數據如表1所示。

192切換閥復位彈簧設計說明：

1）切換推力F1=工作氣壓P×活塞面積S。

切換閥工作設計壓力為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）復位彈簧彈簧力最大取：0.5F1≈57 N。

3）材料：0Cr18Ni9不銹鋼彈簧鋼絲。

4）規格：線徑？準1.20 mm，中徑？準6.60 mm，節距t=2.4，總圈數N=19圈，有效圈數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，消除應力。

6）復位彈簧安裝初始高度H1=32.5 mm，切換動作時壓縮形成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，即復位彈簧工作時不并圈。

綜上所述，復位彈簧設計合理。

結合HXN5B機車調車作業工況，192切換閥在實際工作過程中，空氣位/正常位切換頻繁，該復位彈簧斷裂故障主要原因為彈簧在長周期、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、傷痕等微觀缺陷導致最終疲勞斷裂。

4" " 192切換閥設計改進方案

根據上述分析192切換閥復位彈簧存在超設計壽命使用工況，機車運行存在安全風險。為進一步提升DK-2型制動機安全性，對192切換閥進行結構改進。

192切換閥閥體開通一路氣道，連通P1口壓縮空氣壓力至復位彈簧端活塞底部，結構如圖5所示。

切換閥正常位轉空氣位時，活塞復位由復位彈簧力單獨作用改為彈簧力+壓縮空氣作用力，結構優化后：

1）壓縮空氣作用力F2=工作氣壓P×活塞面積S。

2）優化后復位彈簧規格：線徑？準0.80 mm，中徑？準7.00 mm，節距t=2.4，總圈數N=19圈，有效圈數N1=17圈，高度H=43 mm，K=0.67 N/mm，預壓縮量10 mm，終壓縮量16 mm；彈簧力F3=0.67×16=10.72 N，結構優化后切換推力F4=F2+F3。

結構優化后切換閥切換動作正常，新結構可以降低復位彈簧力，提高抗疲勞強度，延長復位彈簧使用壽命。

5" " 改進方案的可行性驗證

為驗證上述改進方案的可行性，對192電空切換閥閥體進行氣路改造，按照例行試驗標準進行試驗，試驗數據如表2所示。

改進后切換閥各項試驗參數均滿足設計技術要求。解體切換閥后，各零部件狀態正常，復測復位彈簧力學性能符合技術要求。DK-2制動機換裝改款切換閥后，制動機例行試驗合格，各參數控制指標與換裝前試驗數據均符合要求。192切換閥結構改進方案經試驗驗證可行，該方案對降低DK-2制動機故障發生率，提升制動機檢修周期內質量穩定性有明顯效果。

6" " 結束語

本文分析了DK-2型制動機192電空切換閥對機車行車安全的影響，提出了相應的改進方案并進行了可行性驗證。通過優化閥體氣道結構，利用壓縮空氣作用力和彈簧力結合方式驅動活塞實施切換控制，提供了降低復位彈簧力的優化措施，從而提高了復位彈簧抗疲勞強度，延長了復位彈簧使用壽命。

[參考文獻]

[1] 方長征，劉泉，毛金虎.DK-2型機車電空制動機系統[M].北京：中國鐵道出版社有限公司，2021.

[2] 王志偉.DK-2型制動機267YV電磁閥故障影響分析及改進[J].電力機車與城軌車輛，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：制動系統閥類配件。

劉愛明（1986—），男，江西吉安人，高級工程師，研究方向：制動系統產品及部件。