某型柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)二位三通電磁閥改進(jìn)設(shè)計(jì)

王東軍

摘要：本文介紹了某型柴油機(jī)主啟動(dòng)電磁閥在實(shí)際使用中出現(xiàn)的故障及針對(duì)故障所進(jìn)行的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng);二位三通電磁閥;改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：V216.8? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）22-0009-02

0? 引言

某型柴油機(jī)為四沖程多缸柴油機(jī)，配備兩套啟動(dòng)系統(tǒng)，分別為空氣分配器啟動(dòng)和空氣馬達(dá)啟動(dòng)。啟動(dòng)系統(tǒng)二位三通電磁閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電磁閥）的功能是控制空氣分配器所需壓縮空氣的通斷，電磁閥最大工作壓力為4MPa，開(kāi)啟電壓為24V。該閥作為空氣啟動(dòng)系統(tǒng)的主要部件，其工作可靠性直接影響柴油機(jī)能否順利啟動(dòng)。

1? 故障現(xiàn)象

某型柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)電磁閥在實(shí)際使用過(guò)程中暴露出兩個(gè)問(wèn)題，極大的影響了柴油機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的工作可靠性，一是電磁閥的先導(dǎo)閥偶爾存在卡滯現(xiàn)象，造成柴油機(jī)無(wú)法啟動(dòng);二是電磁線(xiàn)圈支撐套容易出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，造成電磁閥工作時(shí)先導(dǎo)閥漏氣嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法啟動(dòng)柴油機(jī)。

2? 電磁閥的構(gòu)造及原理

電磁閥的主體構(gòu)造如圖1所示，主要由閥蓋（1）及閥體（11）組成，電磁線(xiàn)圈（2）通過(guò)自鎖螺母（12）鎖緊在線(xiàn)圈支撐套（3）上，支撐套通過(guò)螺紋擰在閥蓋上。進(jìn)氣腔與閥蓋A腔通過(guò)閥體頂部的通氣孔（圖2中孔1）及閥蓋底部的通氣孔（圖3中孔2）相連通，B腔通過(guò)閥蓋底部的通氣孔（圖3中孔3）與C腔相通。電磁閥不通電時(shí)彈簧（4）推動(dòng)頂銷(xiāo)（5）下移，克服小活塞（7）彈簧的作用力，使得小活塞下移封住通大氣進(jìn)口，此時(shí)A腔、B腔、C腔均與進(jìn)氣腔相通。大活塞（9）上下兩面壓力均為進(jìn)氣壓力，因大活塞上表面面積大于下表面面積，大活塞下移分隔開(kāi)進(jìn)氣腔與啟動(dòng)腔。電磁閥通電時(shí)，電磁吸力克服彈簧（4）的作用力，小活塞及頂銷(xiāo)在小活塞彈簧的作用下上移，B腔、C腔通大氣，內(nèi)壓力為大氣壓力，因進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)高于大氣壓力，大活塞向上移動(dòng)，進(jìn)氣腔與啟動(dòng)腔相通，啟動(dòng)空氣通過(guò)啟動(dòng)腔進(jìn)入空氣分配器啟動(dòng)柴油機(jī)。

3? 故障原因分析

3.1 電磁閥的先導(dǎo)閥出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象

從電磁閥的構(gòu)造原理可知，啟動(dòng)空氣的通斷受大活塞的控制，而大活塞則受小活塞的控制，在實(shí)際使用過(guò)程中偶爾出現(xiàn)的卡滯現(xiàn)象，其根本原因就是活塞發(fā)生了卡滯。在實(shí)際使用時(shí)，壓縮空氣中存在著微小的顆粒物，當(dāng)顆粒物擠在活塞與孔壁之間時(shí)，活塞可能出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。大活塞的導(dǎo)向距離遠(yuǎn)大于小活塞的導(dǎo)向距離，且小活塞彈簧的彈力明顯小于大活塞承受的空氣壓力，因此小活塞相對(duì)于大活塞更容易因顆粒物而產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象。另外通過(guò)在實(shí)際修理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，小活塞長(zhǎng)時(shí)間未動(dòng)作后容易出現(xiàn)小活塞導(dǎo)向孔壁氧化腐蝕物堆積，腐蝕物極易造成小活塞出現(xiàn)卡滯情況。分析認(rèn)為先導(dǎo)閥小活塞卡滯是造成電磁閥功能失效的主要原因。

3.2 電磁線(xiàn)圈支撐套容易出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象

電磁閥在使用過(guò)程中的維護(hù)保養(yǎng)、柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)沖擊，都容易造成線(xiàn)圈支撐套發(fā)生松動(dòng)。電磁閥在實(shí)際使用過(guò)程中曾多次出現(xiàn)電磁線(xiàn)圈支撐套松動(dòng)故障，分析認(rèn)為松動(dòng)的主要原因是：當(dāng)需要調(diào)整電磁線(xiàn)圈位置，扭轉(zhuǎn)電磁線(xiàn)圈方向時(shí)極容易造成線(xiàn)圈支撐套松動(dòng)。問(wèn)題的根源有兩方面，一是電磁線(xiàn)圈與線(xiàn)圈支撐套摩擦力過(guò)大;二是線(xiàn)圈支撐套缺乏有效的防松措施。

4? 改進(jìn)措施

4.1 解決先導(dǎo)閥小活塞卡滯問(wèn)題

為了徹底解決先導(dǎo)閥卡滯問(wèn)題，我們根據(jù)故障的發(fā)生機(jī)理，從兩方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

一方面我們從提高先導(dǎo)閥壓縮空氣的清潔度入手，減少活塞的卡滯概率。在改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，我們?yōu)橄葘?dǎo)閥壓縮空氣通道設(shè)置了過(guò)濾器，如圖4和圖5所示。綜合考慮后選用銅合金粉末燒結(jié)濾片作為過(guò)濾器，銅合金粉末燒結(jié)濾片具有過(guò)濾精度均勻一致，透氣性好，壓力損耗小，耐腐蝕，易于反吹，再生能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。選用的濾片空氣通過(guò)效率約為12%，閥蓋底部進(jìn)氣孔直徑為3mm。 計(jì)算濾片最小直徑D：

改進(jìn)后的通氣孔局部視圖如圖5所示，濾片（3）下部的孔徑為9mm，其作用是保證濾片有足夠的流通截面積，同時(shí)可以降低氣流流速以減少?zèng)_擊和損耗。電磁閥在改進(jìn)過(guò)濾裝置以后在不同氣壓條件下進(jìn)行功能性試驗(yàn)，電磁閥的動(dòng)作情況與改進(jìn)前未發(fā)生明顯變化。

另一方面我們對(duì)電磁閥小活塞的導(dǎo)向孔壁進(jìn)行電鍍鎳處理，目的是提高導(dǎo)向孔壁的抗氧化腐蝕性能。原始的閥體材料為H62黃銅，電磁閥工作過(guò)程中，空氣介質(zhì)中不可避免的會(huì)含有一些水分，當(dāng)電磁閥停止使用以后，小活塞和導(dǎo)向孔中殘留的水分會(huì)造成H62黃銅氧化腐蝕，而且氧化腐蝕程度會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而加重，尤其是柴油機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間停止不用的過(guò)程中腐蝕情況更為嚴(yán)重，這些氧化腐蝕產(chǎn)物極易造成小活塞出現(xiàn)卡滯故障。

4.2 解決電磁線(xiàn)圈支撐套容易松動(dòng)的問(wèn)題

如圖6所示，在電磁線(xiàn)圈支撐套（4）與閥蓋（7）之間增加齒形防松環(huán)（5），防松環(huán)通過(guò)開(kāi)關(guān)定位銷(xiāo)（6）固定在閥蓋（7）上。通過(guò)機(jī)械鎖止的措施，徹底解決了線(xiàn)圈支撐套容易出現(xiàn)松動(dòng)的問(wèn)題，而且結(jié)構(gòu)緊湊，未對(duì)閥蓋和線(xiàn)圈支撐套進(jìn)行加工，避免了對(duì)電磁閥其他零部件的影響。此外為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)線(xiàn)圈時(shí)對(duì)線(xiàn)圈支撐套的摩擦阻力，在鎖緊螺母（1）及電磁線(xiàn)圈之間增加波形墊圈（2），采用這種安裝方式后電磁線(xiàn)圈既能夠在線(xiàn)圈支撐套上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，又能在柴油機(jī)工作時(shí)的劇烈震動(dòng)環(huán)境下電磁線(xiàn)圈和線(xiàn)圈支撐套之間能緩沖減震。

5? 改進(jìn)后效果

設(shè)計(jì)改進(jìn)后的電磁閥進(jìn)口通入規(guī)定壓力的壓縮空氣，保持在主閥關(guān)閉狀態(tài)，電磁線(xiàn)圈可自由靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，未出現(xiàn)支撐套隨同線(xiàn)圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。隨后按照試驗(yàn)大綱要求對(duì)電磁閥進(jìn)行了3000次啟閉耐久性平臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)線(xiàn)圈支撐套與閥蓋連接部位松動(dòng)漏氣的情況，電磁閥也未出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，動(dòng)作正?？煽俊８倪M(jìn)后的電磁閥在實(shí)際裝機(jī)使用過(guò)程中，動(dòng)作可靠，故障率明顯降低。

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