路金昌,冷 東,劉運東
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空氣彈簧作為動車組轉(zhuǎn)向架二系懸掛系統(tǒng)的重要部件,能有效提高列車的平穩(wěn)性和舒適性。如圖1所示,總風(fēng)管壓力經(jīng)過溢流閥、節(jié)流閥、三通塞門、過濾器、高度閥給空氣彈簧供風(fēng)。當列車運營時,由于乘客分布不均勻或列車通過曲線,因重力不均,造成車輛高度不一致,車體相對轉(zhuǎn)向架運動,高度閥對空氣彈簧進行充排氣壓力控制,直到車體恢復(fù)至設(shè)定高度[1]。
圖1 空氣懸掛控制系統(tǒng)氣路圖
但空氣彈簧壓力過高容易引起空氣彈簧爆裂,從而導(dǎo)致車體傾斜、連掛裝置脫鉤或者翻車等重大安全事故的發(fā)生。為避免過高的空氣壓力對空氣彈簧造成損壞,動車組空氣懸掛控制設(shè)備采用安全閥保護空氣彈簧組件,當空氣彈簧壓力超過800 kPa時,安全閥開啟進行排氣。
目前該安全閥為進口部件,沒有相關(guān)檢修工藝文件,當整車到達四五級修時,安全閥進行換新,拆下的安全閥進行報廢處理。采用換新模式的安全閥四五級修檢修成本較高,且下車的安全閥仍有檢修價值,直接作為廢品處理造成極大的浪費。因此有必要對安全閥的檢修工藝進行研究,實現(xiàn)安全閥的檢修再利用。
安全閥結(jié)構(gòu)如圖2所示,當空氣彈簧內(nèi)部壓力在正常工作壓力范圍內(nèi),即低于安全閥整定壓力800 kPa時,此時閥芯受壓縮彈簧的作用力,將密封墊壓在閥體的閥座上,安全閥內(nèi)部與外界隔斷。當空氣彈簧內(nèi)壓力超過安全閥整定壓力時,將克服壓縮彈簧力推動閥芯離開閥體,使閥體閥座開啟,空氣彈簧內(nèi)壓縮空氣通過閥體排風(fēng)口排出。另外可以通過旋轉(zhuǎn)手動通風(fēng)螺栓,拉動閥桿提起閥芯,達到手動排風(fēng)的功能。
圖2 安全閥結(jié)構(gòu)圖
安全閥檢修涉及拆解、清洗、檢驗、組裝、試驗工序,并伴有檢修過程中故障情況的處理,為使各工序在生產(chǎn)過程中順利流轉(zhuǎn),有效縮短檢修周期,制訂了安全閥檢修工藝流程如圖3所示。
圖3 安全閥檢修工藝流程
本文主要從檢修目標、拆解組裝工藝、必換件清單、偶換件修復(fù)工藝和性能指標驗證這幾方面進行了分析。
安全閥安裝在動車組轉(zhuǎn)向架上,使用環(huán)境比較惡劣,除了受到雨雪風(fēng)沙的侵蝕外,還承受著來自軌道的激勵振動。達到四級修程的安全閥,表面污漬嚴重,啟閉壓差偏差較大。
結(jié)合動車組的修程修制要求,檢修的安全閥應(yīng)至少滿足240萬公里或6年的使用要求,并且適用動車組嚴冬酷暑的環(huán)境使用要求。TB/T 3457—2016《動車組制動系統(tǒng)用安全閥》行業(yè)標準規(guī)定,安全閥整定壓力偏差為3%整定壓力,排放壓力≤1.1倍整定壓力,回座壓力≥0.9倍整定壓力。
因此檢修后安全閥的性能指標如下:
(1) 適用環(huán)境溫度:-40~+45 ℃;
(2) 振動沖擊等級:符合IEC 61373:2010《鐵路設(shè)備滾動車輛設(shè)備沖擊和振動試驗》 2類;
(3) 整定壓力:(800±24) kPa;
(4) 排放壓力:≤880 kPa;
(5) 回座壓力:≥720 kPa;
(6) 氣密性:常溫下泄漏量≤5 kPa/min,低溫泄漏量≤10 kPa/min;
(7) 閥體及手動通風(fēng)螺栓進行必要的防銹處理,以盡量減少下次檢修時閥體及手動通風(fēng)螺栓出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。
為實現(xiàn)上述指標,關(guān)鍵在于保證閥體閥口的完整性,并且選用合適的密封墊橡膠材質(zhì)和合適的表面處理方式。
制定合理的拆解組裝工藝,需要盡量減少對安全閥零件的破壞,并節(jié)省拆解組裝時間[2-6]。參考安全閥結(jié)構(gòu),鉛封及圓柱銷可以通過尖嘴鉗和沖子方便地拆除;十字卡環(huán)及調(diào)整螺栓拆解空間較小,拆解不當易造成閥桿損壞,因而需要制作專用工裝;閥桿及閥芯已壓裝為一體,拆解時不再進行分解;組裝時需要對安全閥開啟壓力進行調(diào)整,應(yīng)優(yōu)先完成密封墊與閥桿閥芯的組裝、彈簧及調(diào)整螺栓的組裝并借助試驗臺完成壓力調(diào)整。
綜上所述確定拆解工藝為依次剪斷鉛封線、拆除圓柱銷、用工裝破環(huán)十字卡環(huán)后,取出墊片、手動通風(fēng)螺栓、O型圈。用特制工裝,擰出調(diào)整螺栓,取出壓縮彈簧、閥桿,并將密封墊從閥桿中取出。而確定的組裝工藝步驟為首先將密封墊裝入閥桿,注意應(yīng)充分排出槽位內(nèi)的空氣,安裝合格的密封墊應(yīng)完全裝入槽位,并與槽位平齊。依次將閥桿、壓縮彈簧、調(diào)整螺栓裝入閥體,并借助試驗臺,完成開啟壓力的調(diào)整。再依次裝入O型圈、手動通風(fēng)螺栓、墊片、十字卡環(huán)、圓柱銷及鉛封等零部件。
必換件通常為存在表面老化變形、材料剛度衰減、影響行車安全關(guān)鍵零件及拆解過程中破損的零件必須更換。因此確定必換件為鉛封、圓柱銷、十字卡環(huán)、壓縮彈簧、密封墊、O型圈。因氟硅橡膠具有良好的物理機械性能及化學(xué)穩(wěn)定性,優(yōu)良的耐酸堿性、耐油、耐老化性能,滿足安全閥的使用條件要求,所以定為新造密封墊橡膠材質(zhì)。
除必換件之外的其余部件均為偶換件。墊片、調(diào)整螺栓、閥體、閥桿、手動通風(fēng)螺栓等部件放入超聲波清洗機進行清洗,去除油脂、鎖固膠殘漬等。由于閥體與車端管接頭為管螺紋配合密封膠連接,待修閥體外螺紋留有較多的固化密封膠,需要用刷子額外進行機械清理。閥體中對外螺紋存在磕碰變形的,用板牙進行套絲修復(fù),檢查閥座是否平整光滑,對有輕微麻點的進行研磨修復(fù),對有較大缺陷的報廢處理。閥桿主要檢查其上部與十字卡環(huán)配合處的卡槽是否有破損,閥桿與閥桿下端密封墊安裝槽的垂直度是否合格,若合格可留用。
閥體和手動通風(fēng)螺栓通過清洗和檢查合格后進行鍍鎳處理。銅鍍鎳可以有效保護銅不被氧化,并具有較高的硬度、良好的美觀性,因此適用于閥體和手動通風(fēng)螺栓的表面處理。
完成檢修的安全閥,為了驗證是否滿足性能指標要求,需要進行高低溫、振動沖擊等型式試驗。其中:低溫試驗按GB/T 2423.1—2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗A:低溫》的試驗Ab進行,試驗條件為(-40±3) ℃×16 h。高溫試驗按GB/T 2423.2—2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗A:高溫》的試驗Bb進行,試驗條件為(45±2) ℃×16 h。振動沖擊試驗按IEC 61373:2010中2類部件的要求進行試驗。
試驗表明,檢修的安全閥性能指標滿足要求。試驗結(jié)果見表1。
表1 安全閥型式試驗數(shù)據(jù)
安全閥在動車組上的安裝方式如圖4所示,安全閥閥體螺紋、管接頭內(nèi)螺紋均為G3/4非密封管螺紋,安裝時在閥體螺紋處涂抹樂泰572密封膠,然后旋入Parker管接頭緊固,通過密封膠實現(xiàn)密封。
圖4 檢修安全閥裝車照片
檢修的安全閥已批量裝車且應(yīng)用良好。但期間發(fā)生了4起安全閥與車輛管接頭連接端面處漏風(fēng)現(xiàn)象,對發(fā)生該故障的安全閥拆解下來進行檢查,螺紋完整無明顯缺陷,重新與管接頭組裝進行了測試,未發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,因此判斷漏風(fēng)故障是組裝不良引起的。鑒于非密封螺紋采用涂抹密封膠的方式達到密封效果,但對涂膠量、涂膠固化時間等均有要求,對裝配過程要求較高。經(jīng)測試,在安全閥與Parker管接頭之間增加一紫銅密封墊(端面密封),并保留原涂抹密封膠的組裝工藝,這使得密封效果更可靠。在安全閥與管接頭之間增加密封墊,從根本上改善密封效果,降低對安全閥螺紋狀態(tài)、組裝過程的要求,從而有效降低漏風(fēng)故障率。
安全閥對保證空氣彈簧的安全運用至關(guān)重要,本文通過對安全閥檢修工藝研究,實現(xiàn)了安全閥的檢修再利用,有效地降低了運營成本。同時在安全閥與管接頭之間增加密封墊,這有效地降低了漏風(fēng)故障率。