东风4型系列内燃机车静液压传动系统安全阀故障分析及处理探讨

邓有杰

摘要：伴随着“和谐号”、“复兴号”列车在全国铁路网的加快部署，中国铁路正在由“铁路大国”向着“铁路强国”迈进。曾经为铁路运输做出过巨大贡献的东风4型系列内燃机车逐步在干线上退出了历史舞台。但是不可否认，内燃机车仍然有着不可替代的作用，如：部分铁路支线上牵引客、货列车；短途小运转牵引作业；也可用于工矿企业内部，担任场内运输任务等。而随着东风4型系列内燃机车运行公里的增加，机车静液压系统安全阀的故障也较为突出，影响了机车性能。本论述从东风4型系列内燃机车静液压传动系统安全阀的概况、作用原理、常见故障进行分析，同时提出防止故障发生的措施。

关键词：安全阀；故障分析；故障处理

中图分类号：U262.2文献标志码：A

1东风4型机车安全阀概况

东风4型内燃机车装有两个冷却风扇（高温、低温），每个风扇各自具有一套静液压传动系统。为避免静液压系统中的液压泵、液压马达及各液压元件因过载或压力冲击而损坏，在静液压系统中并联有特殊的安全阀。这种特制的安全阀与市场上出售的标准规格的安全阀有所不同。标准规格的安全阀其开启压力调定后基本上是定值，其原理是：进油口的压力油通过阻尼活塞作用在其底部，形成一个与弹簧力相抗衡的液压力；当此液压力小于调压弹簧的调定压力时，锥阀关闭，此阀不起调压作用；随着进油口压力的不断增高，当此液压力大于调压弹簧的调定压力时锥阀开启，多余的压力油溢回油箱，使进油口压力稳定在调定值上。

东风4型内燃机车静液压系统所用的安全阀是根据静液压系统中液压泵的特殊要求而设计和制造的。它的特殊要求是：安全阀的开启压力不是定值，它将随着静液压泵转速的变化（及液压泵输出流量的变化）而自动调节。所以安全阀开启压力的调定应按如下原则掌握，在静液压泵任意转速下，安全阀的开启压力，均应略高于在此转速下高压管路中之正常工作压力。采用这种自动调节开启压力安全阀的原因在于：可消除柴油机在热机状态下，温度控制阀旁通油路关闭（机油或冷却水温度达到恒温元件作用温度的上限，导致温度控制阀关闭旁通油路）状态下，因柴油机启动或升速，而引起的静液压系统高压管路中短暂的油压冲击，这种冲击压力比系统的正常工作压力高数倍，将会对系统各元件造成很大损坏，所以采用自动调节开启压力的安全阀可对静液压系统起到保护作用。

2东风4型機车安全阀的结构及工作原理

安全阀主要由阀体、滑阀、锥阀体、锥阀、导阀、减震器体、减震器阀、调节螺钉及弹簧等组成（具体见图1所示）。安全阀的预先调定开启压力受主滑阀作用弹簧的压缩力、锥阀作用弹簧的压缩力以及泄油管中油压的综合控制。泄油管中的油压随着安全阀的工作状态随时变化，是一个不可预调量。在实验台上可通过安全阀顶部的调节螺钉直接调节两个作用弹簧的压缩力，以此来控制安全阀的预先调定开启压力。

自静液压泵来的高压油从安全阀主滑阀下空腔（安全阀高压油腔）通过主滑阀内阻尼塞的φ1.2 mm小孔进入主滑阀上空腔，使高压油管内的压力油作用在锥阀上。无论何时，当高压油管内的油压超过安全阀的预先调定压力时，锥阀被打开，主滑阀上空腔中的压力油从锥阀上开的小孔排入泄油管中，之后压力油分两个旁通支路，一路流回安全阀低压回油管路，一路通过安全阀顶部的泄油管接头流回静液压油箱，这就造成了主滑阀上空腔中的压力下降。同时，由于主滑阀上、下空腔中的压力失衡，主滑阀下部高压油作用克服弹簧压力逐渐向上移动，使安全阀高压油腔与回油腔相通，一部分高压油得以从回油管流会油箱，进而使主滑阀下空腔（安全阀高压油腔）中的压力下降——起到了压力调节、保护静液压系统各元件免受损伤的作用。

安全阀高压油腔与回油腔相通后，回油腔内的部分压力油通过泄油管作用于锥阀和主滑阀上部，协同弹簧的压缩力形成一个综合压力。当综合压力高于主滑阀下部高压油腔压力时，主滑阀逐渐向下移动，最终切断高压油腔与回油腔的通路，锥阀也随之关闭（在锥阀弹簧作用下复位）。主滑阀上、下两端压力又从新趋于平衡，静液压系统又恢复正常工作状态。

3东风4型内燃机车静液压系统安全阀几种常见故障的原因分析

长期以来，经现场跟踪、调查及大量现场情况统计，该安全阀主要有以下几种常见故障。

3.1主滑阀、锥阀动作失灵（卡死）

即主滑阀、锥阀不再随着高压油腔与回油腔的压力变化而动作，这一故障将造成两种严重后果。

（1）主滑阀或锥阀卡死在安全阀阀体顶部相应位置，这时安全阀高压油腔与回油腔总是处在相通状态，此时静液压系统的高压油管路内将无法建立高压（无论温度控制阀的旁通油路是否关闭）冷却风扇无法正常运转，整个机车的机油温度或冷却水温度迅速上升，直至迫使柴油机自动卸载。

（2）主滑阀或锥阀卡死在安全阀阀体底部相应位置，这时安全阀高压油腔与回油腔总是处在关闭状态。此时静液压系统高压油管路内的压力只受柴油机转速控制，柴油机处在热机状态下，升速时因温度控制阀旁通油路关闭（温度控制阀发挥作用）将会引起静液压系统高压油管路内短暂的油压冲击。这种冲击力比系统内正常的工作压力高出数倍，将会对系统各元件造成很大损害，最大可能是高压软管首先迸裂，机车无法继续运行，造成“机破”恶性事故。

造成以上故障的原因主要是：

（1）静液压系统清洁度差，在组装时有赃物或异物进入系统内。由于主滑阀与阀体的配合间隙只有0.01mm～0.02 mm，锥阀与锥阀体的配合面为40°±0.5°的圆锥面，并且上部还有弹簧力作用，所以很容易被细小的异物垫住或卡死；

（2）主滑阀与阀体或锥阀与锥阀体的加工精度没有达到设计要求，主滑阀与阀体圆柱度与圆度允差为0.01 mm，锥阀与锥阀体组装后的同轴度允差为0.03 mm。如果加工精度粗糙，主滑阀或锥阀在上下滑动时会出现卡死现象；

（3）静液压系统内的其它运动部件（静液压泵、马达），在恶劣的工作环境下，会出现缸体拉缸、柱塞或配流盘拉伤等情况，这时会有细小的金属颗粒随压力油进入安全阀内，造成主滑阀或锥阀垫住、卡死；

（4）静液压油箱内的磁性滤清器，对回到油箱的液压油没有起到应有的滤清作用。

3.2主滑阀不能完全关闭或完全开启高压油腔与回油腔

主滑阀随着高压油腔与回油腔内的压力变化而上下移动，但无法移动到预定位置，这种情况会造成两种后果。

（1）主滑阀不能完全关闭高压油腔与回油腔的通路，高压油腔内的油压无法达到最高值，致使冷却风扇无法全速运转，柴油机将处在油水温度偏高的工况下运转。

（2）主滑阀不能完全开启高压油腔与回油腔的通路，高压油腔内的油压无法降至最低值，导致冷却风扇总是处在运转工况下（柴油机“启机”冷却风扇就处在运转工况下），柴油机将处在油水温度偏低的工况下运转。

这种故障的最大危害是，不易被乘务人员发现，而且很难认定，很容易与温度控制阀、静液压泵、静液压马达的故障相混淆。

造成這种故障的原因与主滑阀、锥阀动作失灵（卡死）的原因基本相同。另外由于试验台性能不良，无法正确判定安全阀性能好坏，也是造成这种故障的主要原因。

4防止故障发生的主要措施。

为防止上述故障的发生，一方面应严格把关努力提高静液压系统的整体清洁度，另一方面应严格控制安全阀的检修与调试。本论述仅对安全阀检修与调试中的几个问题简述如下。

（1）首先检查安全阀各零部件的形位公差在设计范围之内，各工作表面不应有严重拉伤，轻微拉伤允许用油石修磨，以确保其基本性能。重点检查阀体内孔直径尺寸、主滑阀外径尺寸、内外弹簧自由高度等。

（2）锥阀与锥阀座应配对研磨，其接触线应良好无间断现象，宽度应在0.5 mm以上。

（3）应严格保证各阀体与滑阀之间的间隙。其中，主滑阀与阀体间隙为0.01～0.02 mm；导阀与阀体间隙为0.015～0.031 mm；减震器阀与减震器体间隙为0.008～0.045 mm。

（4）更换主滑阀内的阻尼塞时，应保证主阀滑与阻尼塞的过盈量为0.01～0.03 mm。

（5）安全阀试验前，首先检查试验台油箱油位不低于2/3，并保证油温在20℃～50℃。

（6）安全阀性能试验时，首先调定备压压力（回油口压力），而后对照表1要求观察开启压力（进油口压力），如不符合要求可调节减震器顶部的调节螺钉。

（7）安全阀密封试验时将进油口压力调整至17±0.5 MPa，保持10 min各结合面和外表面不应有渗油现象。

（8）认真做好试验记录，以便于排查静液压系统的综合故障。

5针对DF4静液压系统安全阀改造的建议

（1）静液压系统的整体清洁度，对安全阀的性能稳定有很大影响。为保证静液压油的清洁，可考虑在油箱加油口或管路上增加滤器。现部分机务段已将DF4增压器机油精滤器，安装口稍加改造后，装于静液压油箱加油口处，对新加入的静液压油有良好的滤清作用。

（2）更换安全阀时，必须放静液压油。这样除了工作量较大外，同时也造成静液压油的不必要浪费。应考虑在安全阀管路的前后，增加截止阀，以便于更换安全阀。

（3）由于安全阀设计上没有紧急应变部件，机车运行中一旦发生滑阀卡死现象，乘务员将无法处理。因此建议，在安全阀阀体上（主滑阀底部位置）增加手动紧急螺钉。

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