關于120系列緩解閥體套松動的分析

劉書銀

（太原鐵路局 湖東車輛段，山西大同037000）

2011年各120閥制造廠生產的緩解閥均有緩解閥套松動、串出問題，壓裝不銹鋼套的緩解閥體在使用過程中出現不同程度向上串出的問題，導致漏泄。圖1是故障閥照片。

圖1 故障閥照片

1 原因查找及分析

1.1 設計結構

設計過盈量，閥套外徑的公差為φ30x7（+0.085

+0.064），閥體孔公差為φ30（+0.033 0），過盈量為0.031～0.085mm。120系列緩解閥體套配合尺寸見表1。

表1 120系列緩解閥體套配合尺寸

1.2 背壓的影響

當緊急制動時，緩解閥套下方受背壓F=P·S，P為制動缸壓力，經計算緩解閥套受力情況如表2所示。

表2 緩解閥套受力情況

面積計算：

面積S=π×（302-162）／4=505.80mm2

即按照圖紙設計結構，背壓對緩解閥套產生的最大推力（移動力）不超過220N（不考慮活塞桿上的O型圈與套之間的摩擦力）。

從生產現場隨機抽取20套緩解閥體組成進行退出力測試可以看出，在常溫情況下，退出力范圍在3 800～12 500N之間，遠遠大于工作時的背壓。因此，背壓的因素可以排除。

1.3 120緩解閥體和套不同材質的線膨脹系數的影響

分析（見表3）

表3 材料線膨脹系數（溫度范圍20～100℃）

從表3中可以看出，鋁合金與銅套之間材料線膨脹系數差距很小，而鋁合金與不銹鋼套之間差距大于一倍。

（1）緩解閥體和緩解閥套配合尺寸φ30隨溫度變化時的尺寸變化情況（理論計算值）（見表4）

表4 緩解閥體和緩解閥套配合尺寸變化情況表

從表4可以看出因為不銹鋼與鋁合金之間材料線膨脹系數之差很大，當緩解閥在運行過程中，由于環境溫度變化時，當溫差達到100℃時，鋁合金體與不銹鋼套之間因溫度變化在直徑方向產生的線形變形量之差將達到0.041 1，當溫差達到100℃這種極端情況時，體和套之間就可能出現過盈量不足的問題（體套設計過盈量為0.031～0.085mm）。

（2）緩解閥體及套在不同溫度下的實測內孔尺寸變化

測量過程如下：在常溫測量（23℃）→ 升溫到83℃→保溫1h→測量→ 升溫到103℃→保溫1h→測量，測量結果如下。

①緩解閥體在不同溫度下的實測內孔尺寸變化情況

緩解閥體φ30內孔在溫度升高60℃后，尺寸增大0.043～0.06mm；溫度升高80℃后，尺寸增大0.052～0.067mm。

②不銹鋼材質的緩解閥套在不同溫度下的外圓實測尺寸變化情況

不銹鋼緩解閥套φ30外圓在溫度升高60℃后，尺寸增大0.01～0.025mm；溫度升高80℃后，尺寸增大0.02～0.035mm。

③鉛黃銅材質的緩解閥套在不同溫度下的外圓實測尺寸變化情況

鉛黃銅緩解閥套φ30外圓在溫度升高60℃后，尺寸增大0.037～0.045mm；溫度升高80℃后，尺寸增大0.042～0.05mm。

由表2～表4的數據可以得出實測數據與理論計算基本相符。由于溫度變化引起的尺寸變化可以導致過盈量不足的問題。

2 改進方案

要繼續采用不銹鋼材料，一方面要加大過盈量，另外需通過改進組裝結構來徹底根除緩解閥套竄出的可能。

（1）保證過盈量

（2）結構優化

圖2 壓套改進圖

3 試驗驗證

兩種方案各加工了5件，各選配了3套進行壓套，壓套后進行了氣密性試驗，均不漏，再組裝進行性能試驗，試驗合格。之后放入高低溫箱加溫至110℃保溫3h，取出立即進行振動以后恢復至常溫，再進行氣密性打壓試驗，均無漏泄。最后測退套力在范圍之內。

4 結束語

120緩解閥套松動的主要原因為不銹鋼與鋁合金之間材料線膨脹系數之差很大，容易導致體套過盈量不足引起松動。通過適當調整過盈量并局部優化結構，可以有效的解決閥套松動的問題。