崔婧美，何光明，趙翀，姚金鈺

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062）

電磁閥是氣壓控制中最主要的元件，先導(dǎo)式是指電磁閥的主閥由氣壓力進(jìn)行切換的一種動(dòng)作方式。氣動(dòng)先導(dǎo)式電磁閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小，由于其具有功耗小發(fā)熱少、線圈不易燒毀、響應(yīng)時(shí)間短、可以長時(shí)間通電及氣動(dòng)元件可靠性高等特點(diǎn)（表1），在動(dòng)車組集便系統(tǒng)的罐式水增壓裝置中被大量使用。

表1 電磁閥特點(diǎn)

電磁閥在動(dòng)車組集便系統(tǒng)中是一種應(yīng)用十分普遍的執(zhí)行元件，集便系統(tǒng)水增壓供水裝置中應(yīng)用在進(jìn)水處的氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥作為便器沖洗程序的執(zhí)行者，是便器沖洗回路中至關(guān)重要部件，進(jìn)水電磁閥故障后將導(dǎo)致凈水箱內(nèi)的水通過水增壓器源源不斷地輸入車內(nèi)，造車淹車故障，因此選擇可靠性高、安全性好的氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥至關(guān)重要。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

集便系統(tǒng)水增壓裝置的進(jìn)水處的氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥主要由閥體、閥蓋、閥芯、活塞、彈簧、線圈、插頭等組成，結(jié)構(gòu)見圖1，其原理是通過電氣控制方式實(shí)現(xiàn)閥的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，常態(tài)時(shí)彈簧壓縮閥芯，使閥芯膜片與閥體貼合，阻斷水流；當(dāng)需要開啟時(shí)，為線圈提供電源，線圈產(chǎn)生磁力打開氣孔，壓縮氣體通過線圈底座進(jìn)入閥蓋，推動(dòng)活塞，活塞壓縮彈簧，將閥芯提升從而可以通過水流。

圖1 氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥結(jié)構(gòu)圖

電磁閥內(nèi)部的密封結(jié)構(gòu)可有效實(shí)現(xiàn)氣體和通過介質(zhì)的隔離，介質(zhì)不會(huì)進(jìn)入閥蓋內(nèi)，工作時(shí)通過密封件也不會(huì)對(duì)通過介質(zhì)造成影響。影響電磁閥開啟和關(guān)閉密封的主要因素是進(jìn)入閥蓋的氣體壓力和彈簧力，氣體壓力和彈簧力大小相等方向相反，消除了工作介質(zhì)對(duì)電磁閥開、關(guān)的影響，只要復(fù)位彈簧能給閥芯膜片提供必須的密封壓力，同時(shí)氣體壓力保證能克服彈簧力，電磁閥即能實(shí)現(xiàn)可靠的啟閉功能（圖2）。

圖2 氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥原理圖

2 選型

集便系統(tǒng)水增壓裝置進(jìn)水口和出水口處分別安裝進(jìn)、出水電磁閥，兩處閥體與活塞部分結(jié)構(gòu)一致，都是由壓縮氣體驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)行開關(guān)的閥門，進(jìn)水電磁閥是在閥體上集成了先導(dǎo)電磁閥塊，通過先導(dǎo)電磁閥塊的通斷電來控制閥門的開關(guān)，出水口處閥則是由集成在水增壓裝置板上的電磁閥塊控制閥門的開關(guān)。

選用電磁閥時(shí)，遵循安全、可靠、適用、經(jīng)濟(jì)的原則。集便系統(tǒng)沖洗使用的介質(zhì)為水，宜選用銅合金為閥體材料的電磁閥，電磁閥公稱壓力應(yīng)超過管內(nèi)最高工作壓力；對(duì)于電磁閥需長時(shí)間關(guān)閉且持續(xù)時(shí)間多于開啟時(shí)間，宜選用常閉電磁閥；根據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的通徑規(guī)格(即DN)和接口方式，電壓規(guī)格應(yīng)盡量?jī)?yōu)先選用DC24V 較為方便。

電磁閥選擇后，根據(jù)通過電磁閥的流體性質(zhì)選用適宜的流量特性曲線可計(jì)算流量或壓差，進(jìn)水電磁閥處的先導(dǎo)壓力值則通常根據(jù)使用壓力進(jìn)行設(shè)置。

3 應(yīng)用

集便系統(tǒng)引入計(jì)算機(jī)并充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的智能作用，系統(tǒng)通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能浖壿嫵绦蜻M(jìn)行控制確保其各項(xiàng)功能正常執(zhí)行，當(dāng)某個(gè)部件出現(xiàn)問題時(shí)，如果在程序中未能識(shí)別其破壞性，各程序段沒有自鎖和互鎖功能，系統(tǒng)動(dòng)作容易出現(xiàn)強(qiáng)制執(zhí)行的情況，以保持式集便系統(tǒng)為例，按壓便器沖洗按鈕，便器先進(jìn)行一次沖水，當(dāng)系統(tǒng)真空在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，便器滑閥打開進(jìn)行排污，便器進(jìn)行二次沖水，之后氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥開啟對(duì)水增壓罐進(jìn)行補(bǔ)水等待便器下一次使用，動(dòng)作原理如圖3 所示。

圖3 動(dòng)作原理圖

工況一：當(dāng)便器水增壓罐內(nèi)液位傳感器檢測(cè)到水增壓罐內(nèi)水不滿時(shí)，氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥打開，清水通過氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥通口進(jìn)入便器水增壓罐內(nèi)，此時(shí)，水增壓罐內(nèi)原有的氣體通過快速排氣閥排出。當(dāng)水增壓罐內(nèi)的液位傳感器檢測(cè)到水增壓罐滿后，氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥關(guān)閉，便器停止進(jìn)水。

工況二：當(dāng)便器進(jìn)行沖洗時(shí)，電磁閥組打開，風(fēng)壓通過電磁閥組及快速排氣閥進(jìn)入水增壓罐內(nèi)，將水增壓罐內(nèi)的水通過噴嘴壓送到便盆內(nèi)，然后電磁閥組關(guān)閉，快速排氣閥內(nèi)的膜片返回到原位，水增壓罐內(nèi)的殘余壓縮空氣通過快速排氣閥排出。

工況三：當(dāng)氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥被雜質(zhì)卡住不能完全關(guān)閉時(shí)，即使氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，清水仍可以通過卡住的電磁閥進(jìn)入水增壓罐內(nèi)，然后通過便盆噴嘴或者快速排氣閥排出，導(dǎo)致漏水。

4 故障研究分析

電磁閥最常見的故障為：接線頭松動(dòng)導(dǎo)致電磁閥不得電、電磁閥線圈燒毀、密封件有雜質(zhì)帶入或潤滑油太少卡住導(dǎo)致電磁閥泄漏或動(dòng)作不良。

集便系統(tǒng)在應(yīng)用氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥的過程中，正常情況下，電磁閥得電打開向水增壓罐供水，當(dāng)水罐注滿水后，電磁閥斷電，關(guān)閉進(jìn)水口；當(dāng)進(jìn)水電磁閥故障無法關(guān)閉時(shí)，水箱持續(xù)向水增壓罐供水，溢出的水通過溢流管流出。電磁閥泄漏引起的長流水故障為氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥在集便系統(tǒng)使用過程中出現(xiàn)比例最高的故障，若發(fā)現(xiàn)處置不及時(shí)，則會(huì)引發(fā)影響行車的嚴(yán)重故障。

對(duì)故障進(jìn)水電磁閥拆解后發(fā)現(xiàn)，造成該部件故障的原因是受地域水質(zhì)影響，在長期使用過程中，隔板組件過水側(cè)水垢嚴(yán)重，由于異物附著，閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)流體慢慢進(jìn)入閥蓋一側(cè)，活塞運(yùn)動(dòng)潤滑油脂被沖洗，加速了軸密封O 型圈磨耗，導(dǎo)致閥蓋氣腔內(nèi)部、活塞組件整體水垢、銹蝕，最終導(dǎo)致電磁閥閥芯卡滯，無法正常關(guān)閉，致使系統(tǒng)水管路無法正常切斷，出現(xiàn)滴水、漏水等情況。

5 故障應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)進(jìn)水電磁閥卡滯導(dǎo)致的長流水故障，可通過水增壓器的快速排氣閥進(jìn)行引流，將進(jìn)水電磁閥的水導(dǎo)到至車外，也可通過集便系統(tǒng)軟件優(yōu)化，在沖洗循環(huán)中的二次沖洗后進(jìn)水電磁閥再進(jìn)行補(bǔ)水，有效提升進(jìn)水電磁閥的使用壽命；未進(jìn)行沖洗動(dòng)作時(shí)，水增壓罐液位不激活信號(hào)觸發(fā)，進(jìn)水電磁閥不打開補(bǔ)水，水避免長流水導(dǎo)致淹車問題，優(yōu)化后水增壓器控制邏輯如圖4 所示。

圖4 控制流程圖

結(jié)合集便系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥在使用過程中出現(xiàn)故障的主要原因?yàn)樗泻须s質(zhì)引起，因此通過采取在電磁閥安裝前保持管道清潔干凈、定期清洗或更換管道過濾網(wǎng)等措施，能有效降低電磁閥的使用故障發(fā)生率。

優(yōu)化閥芯膜片以及O 型密封圈材質(zhì)，選用耐腐蝕性更好的聚四氟乙烯（PTFE）或合成橡膠中性能更優(yōu)的氟橡膠（FPM），也能有效提高電磁閥的密封性能。

高級(jí)修時(shí)，對(duì)進(jìn)水電磁閥和氣控閥可進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)氣源供應(yīng)后，在電磁閥密閉空間和壓力檢測(cè)設(shè)備內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定氣壓空間，然后根據(jù)壓力檢測(cè)設(shè)備中流量計(jì)和壓力表的數(shù)值顯示，可以確定氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥是否出現(xiàn)故障，氣體檢測(cè)回路如圖5 所示。對(duì)故障電磁閥，根本的解決方法是將電磁閥拆下，取出活塞及膜片進(jìn)行清洗，使得活塞在殼體內(nèi)動(dòng)作靈活。

圖5 檢測(cè)回路圖

6 結(jié)語

氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥作為集便系統(tǒng)中重要的控制元件，其可靠性直接影響整個(gè)集便系統(tǒng)的可靠性。氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥在集便系統(tǒng)使用過程中出現(xiàn)故障的主要原因?yàn)樗泻须s質(zhì)引起，因此通過采取向外引流、軟件優(yōu)化、密封材料選擇等措施，能有效降低氣動(dòng)先導(dǎo)電磁閥的使用故障發(fā)生率。