DK-2型制动机192电空切换阀故障影响分析及结构改进

摘要：DK-2型制动机中192电空切换阀（以下简称“192切换阀”）作为控制闸缸预控风缸或三通阀容积室与作用管沟通的切换部件，其产品质量稳定性直接影响DK-2型制动机空气位时制动缸保压性能、机车小闸制动性能。鉴于此，通过分析不同工况下192切换阀工作原理，结合HXN5B车型实际运用情况，分析192切换阀故障原因，提出产品结构设计方案。试验验证证明，该设计改进方案可提高DK-2型制动机的运用可靠性。

关键词：DK-2型制动机；192切换阀；疲劳断裂

中图分类号：U262.6" " 文献标志码：A" " 文章编号：1671-0797（2024）16-0072-04

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

0" " 引言

HXN5B机车采用DK-2型制动机，这是一种具备微机控制、网络通信和故障诊断等信息化功能的机车电空制动机[1]，总体应用情况良好。HXN5B机车作为调车机车，适用于大中规模的站线编组作业。相较于干线电力机车，该车型站线调车作业时，运行、停车工况切换频繁，制动系统制动/缓解工况切换频率远高于干线电力机车，DK-2型制动机中192切换阀作为控制闸缸预控风缸或三通阀容积室与作用管沟通的切换部件，其产品质量稳定性直接关系到机车作业安全性及稳定性。

本文通过对现有切换阀结构、故障进行分析，提出新的优化设计方案，以提高192切换阀产品整体质量稳定性。

1" " 192切换阀结构

192切换阀由后阀盖、复位弹簧、阀体、O型圈、阀杆、密封圈、密封垫、Y型密封圈、活塞、前端盖、铭牌、紧固件等组成，结构如图1所示，其中A口连接作用管，P2口连接三通阀容积室，P1口连接闸缸预控风缸，K口连接262YV切换电磁阀。其有两个作用位置：空气位和正常位。

1.1" " 空气位

如图2所示，262YV切换电磁阀失电，192切换阀控制口K无压力，阀杆被复位弹簧压力推至右位，连通作用管的A口和连通三通阀容积室的P2口沟通，连通闸缸预控风缸的P1口被截止。

1.2" " 正常位

如图3所示，262YV切换电磁阀得电，192切换阀控制口K有压力，阀杆被压缩空气压力推至左位，连通作用管的A口和连通闸缸预控风缸P1口沟通，连通三通阀容积室的P2口被截止。

2" " DK2制动机制动缸控制原理

如图4所示[2]，分析在DK-2型制动机不同工况下，192切换阀在制动缸控制系统内的切换控制逻辑。

1）192切换阀空气位。

控制气路走向为：101三通阀→110三通阀容积室→192切换阀→作用管→105作用阀，三通阀根据列车管压力变化控制机车制动缸的制动与缓解。

2）192切换阀正常位。

控制气路走向为：260YV单制电磁阀/261YV单缓解电磁阀→109闸缸预控风缸→192切换阀→作用管→105作用阀，通过电子分配阀控制闸缸预控的压力进而控制机车制动缸的制动与缓解。

根据DK-2型制动机各工况下192切换阀的动作分析，192切换阀作为作用管气路的重要切换控制部件，其产品质量直接关系着机车行车制动安全。

3" " 192切换阀故障原因分析

根据HXN5B车型在段运行反馈故障信息：某调车机车作业时报A10故障，小闸制动不上闸，解体检查192切换阀发现其复位弹簧断裂。随后对该车型普查时又发现一起切换阀弹簧断裂故障。两起切换阀故障发生时间均在产品检修出厂后4年左右，对库存复位弹簧进行外观尺寸检查、弹簧力学性能试验及原材料材质分析，检查试验结果均符合图纸技术要求。同时，对比复位弹簧2017年及2021年质检报告与实测结果数据吻合，检测数据如表1所示。

192切换阀复位弹簧设计说明：

1）切换推力F1=工作气压P×活塞面积S。

切换阀工作设计压力为300～1 000 kPa，其最低切换压力为300 kPa，活塞直径为22 mm，切换推力F1≈114 N。

2）复位弹簧弹簧力最大取：0.5F1≈57 N。

3）材料：0Cr18Ni9不锈钢弹簧钢丝。

4）规格：线径？准1.20 mm，中径？准6.60 mm，节距t=2.4，总圈数N=19圈，有效圈数N1=17圈，高度H=

43 mm，K=3.8 N/mm，螺旋升角α=6.5°。

5）材料处理：回火处理，消除应力。

6）复位弹簧安装初始高度H1=32.5 mm，切换动作时压缩形成6 mm，极限压缩安装高度H2=26.5 mm，弹簧并圈高度为1.2×19=22.8 mm，即复位弹簧工作时不并圈。

综上所述，复位弹簧设计合理。

结合HXN5B机车调车作业工况，192切换阀在实际工作过程中，空气位/正常位切换频繁，该复位弹簧断裂故障主要原因为弹簧在长周期、大压力、高频次压缩工况下，因弹簧弯制过程形成表面裂纹、疵点、伤痕等微观缺陷导致最终疲劳断裂。

4" " 192切换阀设计改进方案

根据上述分析192切换阀复位弹簧存在超设计寿命使用工况，机车运行存在安全风险。为进一步提升DK-2型制动机安全性，对192切换阀进行结构改进。

192切换阀阀体开通一路气道，连通P1口压缩空气压力至复位弹簧端活塞底部，结构如图5所示。

切换阀正常位转空气位时，活塞复位由复位弹簧力单独作用改为弹簧力+压缩空气作用力，结构优化后：

1）压缩空气作用力F2=工作气压P×活塞面积S。

2）优化后复位弹簧规格：线径？准0.80 mm，中径？准7.00 mm，节距t=2.4，总圈数N=19圈，有效圈数N1=17圈，高度H=43 mm，K=0.67 N/mm，预压缩量10 mm，终压缩量16 mm；弹簧力F3=0.67×16=10.72 N，结构优化后切换推力F4=F2+F3。

结构优化后切换阀切换动作正常，新结构可以降低复位弹簧力，提高抗疲劳强度，延长复位弹簧使用寿命。

5" " 改进方案的可行性验证

为验证上述改进方案的可行性，对192电空切换阀阀体进行气路改造，按照例行试验标准进行试验，试验数据如表2所示。

改进后切换阀各项试验参数均满足设计技术要求。解体切换阀后，各零部件状态正常，复测复位弹簧力学性能符合技术要求。DK-2制动机换装改款切换阀后，制动机例行试验合格，各参数控制指标与换装前试验数据均符合要求。192切换阀结构改进方案经试验验证可行，该方案对降低DK-2制动机故障发生率，提升制动机检修周期内质量稳定性有明显效果。

6" " 结束语

本文分析了DK-2型制动机192电空切换阀对机车行车安全的影响，提出了相应的改进方案并进行了可行性验证。通过优化阀体气道结构，利用压缩空气作用力和弹簧力结合方式驱动活塞实施切换控制，提供了降低复位弹簧力的优化措施，从而提高了复位弹簧抗疲劳强度，延长了复位弹簧使用寿命。

[参考文献]

[1] 方长征，刘泉，毛金虎.DK-2型机车电空制动机系统[M].北京：中国铁道出版社有限公司，2021.

[2] 王志伟.DK-2型制动机267YV电磁阀故障影响分析及改进[J].电力机车与城轨车辆，2023，46（3）：130-132.

收稿日期：2024-04-11

作者简介：刘宇（1987—），男，湖南韶山人，工程师，研究方向：制动系统阀类配件。

刘爱明（1986—），男，江西吉安人，高级工程师，研究方向：制动系统产品及部件。