東風4型系列內燃機車靜液壓傳動系統安全閥故障分析及處理探討

鄧有杰

摘要：伴隨著“和諧號”、“復興號”列車在全國鐵路網的加快部署，中國鐵路正在由“鐵路大國”向著“鐵路強國”邁進。曾經為鐵路運輸做出過巨大貢獻的東風4型系列內燃機車逐步在干線上退出了歷史舞臺。但是不可否認，內燃機車仍然有著不可替代的作用，如：部分鐵路支線上牽引客、貨列車；短途小運轉牽引作業；也可用于工礦企業內部，擔任場內運輸任務等。而隨著東風4型系列內燃機車運行公里的增加，機車靜液壓系統安全閥的故障也較為突出，影響了機車性能。本論述從東風4型系列內燃機車靜液壓傳動系統安全閥的概況、作用原理、常見故障進行分析，同時提出防止故障發生的措施。

關鍵詞：安全閥；故障分析；故障處理

中圖分類號：U262.2文獻標志碼：A

1東風4型機車安全閥概況

東風4型內燃機車裝有兩個冷卻風扇（高溫、低溫），每個風扇各自具有一套靜液壓傳動系統。為避免靜液壓系統中的液壓泵、液壓馬達及各液壓元件因過載或壓力沖擊而損壞，在靜液壓系統中并聯有特殊的安全閥。這種特制的安全閥與市場上出售的標準規格的安全閥有所不同。標準規格的安全閥其開啟壓力調定后基本上是定值，其原理是：進油口的壓力油通過阻尼活塞作用在其底部，形成一個與彈簧力相抗衡的液壓力；當此液壓力小于調壓彈簧的調定壓力時，錐閥關閉，此閥不起調壓作用；隨著進油口壓力的不斷增高，當此液壓力大于調壓彈簧的調定壓力時錐閥開啟，多余的壓力油溢回油箱，使進油口壓力穩定在調定值上。

東風4型內燃機車靜液壓系統所用的安全閥是根據靜液壓系統中液壓泵的特殊要求而設計和制造的。它的特殊要求是：安全閥的開啟壓力不是定值，它將隨著靜液壓泵轉速的變化（及液壓泵輸出流量的變化）而自動調節。所以安全閥開啟壓力的調定應按如下原則掌握，在靜液壓泵任意轉速下，安全閥的開啟壓力，均應略高于在此轉速下高壓管路中之正常工作壓力。采用這種自動調節開啟壓力安全閥的原因在于：可消除柴油機在熱機狀態下，溫度控制閥旁通油路關閉（機油或冷卻水溫度達到恒溫元件作用溫度的上限，導致溫度控制閥關閉旁通油路）狀態下，因柴油機啟動或升速，而引起的靜液壓系統高壓管路中短暫的油壓沖擊，這種沖擊壓力比系統的正常工作壓力高數倍，將會對系統各元件造成很大損壞，所以采用自動調節開啟壓力的安全閥可對靜液壓系統起到保護作用。

2東風4型機車安全閥的結構及工作原理

安全閥主要由閥體、滑閥、錐閥體、錐閥、導閥、減震器體、減震器閥、調節螺釘及彈簧等組成（具體見圖1所示）。安全閥的預先調定開啟壓力受主滑閥作用彈簧的壓縮力、錐閥作用彈簧的壓縮力以及泄油管中油壓的綜合控制。泄油管中的油壓隨著安全閥的工作狀態隨時變化，是一個不可預調量。在實驗臺上可通過安全閥頂部的調節螺釘直接調節兩個作用彈簧的壓縮力，以此來控制安全閥的預先調定開啟壓力。

自靜液壓泵來的高壓油從安全閥主滑閥下空腔（安全閥高壓油腔）通過主滑閥內阻尼塞的φ1.2 mm小孔進入主滑閥上空腔，使高壓油管內的壓力油作用在錐閥上。無論何時，當高壓油管內的油壓超過安全閥的預先調定壓力時，錐閥被打開，主滑閥上空腔中的壓力油從錐閥上開的小孔排入泄油管中，之后壓力油分兩個旁通支路，一路流回安全閥低壓回油管路，一路通過安全閥頂部的泄油管接頭流回靜液壓油箱，這就造成了主滑閥上空腔中的壓力下降。同時，由于主滑閥上、下空腔中的壓力失衡，主滑閥下部高壓油作用克服彈簧壓力逐漸向上移動，使安全閥高壓油腔與回油腔相通，一部分高壓油得以從回油管流會油箱，進而使主滑閥下空腔（安全閥高壓油腔）中的壓力下降——起到了壓力調節、保護靜液壓系統各元件免受損傷的作用。

安全閥高壓油腔與回油腔相通后，回油腔內的部分壓力油通過泄油管作用于錐閥和主滑閥上部，協同彈簧的壓縮力形成一個綜合壓力。當綜合壓力高于主滑閥下部高壓油腔壓力時，主滑閥逐漸向下移動，最終切斷高壓油腔與回油腔的通路，錐閥也隨之關閉（在錐閥彈簧作用下復位）。主滑閥上、下兩端壓力又從新趨于平衡，靜液壓系統又恢復正常工作狀態。

3東風4型內燃機車靜液壓系統安全閥幾種常見故障的原因分析

長期以來，經現場跟蹤、調查及大量現場情況統計，該安全閥主要有以下幾種常見故障。

3.1主滑閥、錐閥動作失靈（卡死）

即主滑閥、錐閥不再隨著高壓油腔與回油腔的壓力變化而動作，這一故障將造成兩種嚴重后果。

（1）主滑閥或錐閥卡死在安全閥閥體頂部相應位置，這時安全閥高壓油腔與回油腔總是處在相通狀態，此時靜液壓系統的高壓油管路內將無法建立高壓（無論溫度控制閥的旁通油路是否關閉）冷卻風扇無法正常運轉，整個機車的機油溫度或冷卻水溫度迅速上升，直至迫使柴油機自動卸載。

（2）主滑閥或錐閥卡死在安全閥閥體底部相應位置，這時安全閥高壓油腔與回油腔總是處在關閉狀態。此時靜液壓系統高壓油管路內的壓力只受柴油機轉速控制，柴油機處在熱機狀態下，升速時因溫度控制閥旁通油路關閉（溫度控制閥發揮作用）將會引起靜液壓系統高壓油管路內短暫的油壓沖擊。這種沖擊力比系統內正常的工作壓力高出數倍，將會對系統各元件造成很大損害，最大可能是高壓軟管首先迸裂，機車無法繼續運行，造成“機破”惡性事故。

造成以上故障的原因主要是：

（1）靜液壓系統清潔度差，在組裝時有贓物或異物進入系統內。由于主滑閥與閥體的配合間隙只有0.01mm～0.02 mm，錐閥與錐閥體的配合面為40°±0.5°的圓錐面，并且上部還有彈簧力作用，所以很容易被細小的異物墊住或卡死；

（2）主滑閥與閥體或錐閥與錐閥體的加工精度沒有達到設計要求，主滑閥與閥體圓柱度與圓度允差為0.01 mm，錐閥與錐閥體組裝后的同軸度允差為0.03 mm。如果加工精度粗糙，主滑閥或錐閥在上下滑動時會出現卡死現象；

（3）靜液壓系統內的其它運動部件（靜液壓泵、馬達），在惡劣的工作環境下，會出現缸體拉缸、柱塞或配流盤拉傷等情況，這時會有細小的金屬顆粒隨壓力油進入安全閥內，造成主滑閥或錐閥墊住、卡死；

（4）靜液壓油箱內的磁性濾清器，對回到油箱的液壓油沒有起到應有的濾清作用。

3.2主滑閥不能完全關閉或完全開啟高壓油腔與回油腔

主滑閥隨著高壓油腔與回油腔內的壓力變化而上下移動，但無法移動到預定位置，這種情況會造成兩種后果。

（1）主滑閥不能完全關閉高壓油腔與回油腔的通路，高壓油腔內的油壓無法達到最高值，致使冷卻風扇無法全速運轉，柴油機將處在油水溫度偏高的工況下運轉。

（2）主滑閥不能完全開啟高壓油腔與回油腔的通路，高壓油腔內的油壓無法降至最低值，導致冷卻風扇總是處在運轉工況下（柴油機“啟機”冷卻風扇就處在運轉工況下），柴油機將處在油水溫度偏低的工況下運轉。

這種故障的最大危害是，不易被乘務人員發現，而且很難認定，很容易與溫度控制閥、靜液壓泵、靜液壓馬達的故障相混淆。

造成這種故障的原因與主滑閥、錐閥動作失靈（卡死）的原因基本相同。另外由于試驗臺性能不良，無法正確判定安全閥性能好壞，也是造成這種故障的主要原因。

4防止故障發生的主要措施。

為防止上述故障的發生，一方面應嚴格把關努力提高靜液壓系統的整體清潔度，另一方面應嚴格控制安全閥的檢修與調試。本論述僅對安全閥檢修與調試中的幾個問題簡述如下。

（1）首先檢查安全閥各零部件的形位公差在設計范圍之內，各工作表面不應有嚴重拉傷，輕微拉傷允許用油石修磨，以確保其基本性能。重點檢查閥體內孔直徑尺寸、主滑閥外徑尺寸、內外彈簧自由高度等。

（2）錐閥與錐閥座應配對研磨，其接觸線應良好無間斷現象，寬度應在0.5 mm以上。

（3）應嚴格保證各閥體與滑閥之間的間隙。其中，主滑閥與閥體間隙為0.01～0.02 mm；導閥與閥體間隙為0.015～0.031 mm；減震器閥與減震器體間隙為0.008～0.045 mm。

（4）更換主滑閥內的阻尼塞時，應保證主閥滑與阻尼塞的過盈量為0.01～0.03 mm。

（5）安全閥試驗前，首先檢查試驗臺油箱油位不低于2/3，并保證油溫在20℃～50℃。

（6）安全閥性能試驗時，首先調定備壓壓力（回油口壓力），而后對照表1要求觀察開啟壓力（進油口壓力），如不符合要求可調節減震器頂部的調節螺釘。

（7）安全閥密封試驗時將進油口壓力調整至17±0.5 MPa，保持10 min各結合面和外表面不應有滲油現象。

（8）認真做好試驗記錄，以便于排查靜液壓系統的綜合故障。

5針對DF4靜液壓系統安全閥改造的建議

（1）靜液壓系統的整體清潔度，對安全閥的性能穩定有很大影響。為保證靜液壓油的清潔，可考慮在油箱加油口或管路上增加濾器。現部分機務段已將DF4增壓器機油精濾器，安裝口稍加改造后，裝于靜液壓油箱加油口處，對新加入的靜液壓油有良好的濾清作用。

（2）更換安全閥時，必須放靜液壓油。這樣除了工作量較大外，同時也造成靜液壓油的不必要浪費。應考慮在安全閥管路的前后，增加截止閥，以便于更換安全閥。

（3）由于安全閥設計上沒有緊急應變部件，機車運行中一旦發生滑閥卡死現象，乘務員將無法處理。因此建議，在安全閥閥體上（主滑閥底部位置）增加手動緊急螺釘。

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