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摘要：本文介绍了某型柴油机主启动电磁阀在实际使用中出现的故障及针对故障所进行的优化改进设计。
关键词：启动系统;二位三通电磁阀;改进
中图分类号：V216.8 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2020）22-0009-02
0 引言
某型柴油机为四冲程多缸柴油机，配备两套启动系统，分别为空气分配器启动和空气马达启动。启动系统二位三通电磁阀（以下简称电磁阀）的功能是控制空气分配器所需压缩空气的通断，电磁阀最大工作压力为4MPa，开启电压为24V。该阀作为空气启动系统的主要部件，其工作可靠性直接影响柴油机能否顺利启动。
1 故障现象
某型柴油机启动系统电磁阀在实际使用过程中暴露出两个问题，极大的影响了柴油机启动系统的工作可靠性，一是电磁阀的先导阀偶尔存在卡滞现象，造成柴油机无法启动;二是电磁线圈支撑套容易出现松动现象，造成电磁阀工作时先导阀漏气严重，严重时无法启动柴油机。
2 电磁阀的构造及原理
电磁阀的主体构造如图1所示，主要由阀盖（1）及阀体（11）组成，电磁线圈（2）通过自锁螺母（12）锁紧在线圈支撑套（3）上，支撑套通过螺纹拧在阀盖上。进气腔与阀盖A腔通过阀体顶部的通气孔（图2中孔1）及阀盖底部的通气孔（图3中孔2）相连通，B腔通过阀盖底部的通气孔（图3中孔3）与C腔相通。电磁阀不通电时弹簧（4）推动顶销（5）下移，克服小活塞（7）弹簧的作用力，使得小活塞下移封住通大气进口，此时A腔、B腔、C腔均与进气腔相通。大活塞（9）上下两面压力均为进气压力，因大活塞上表面面积大于下表面面积，大活塞下移分隔开进气腔与启动腔。电磁阀通电时，电磁吸力克服弹簧（4）的作用力，小活塞及顶销在小活塞弹簧的作用下上移，B腔、C腔通大气，内压力为大气压力，因进气压力远高于大气压力，大活塞向上移动，进气腔与启动腔相通，启动空气通过启动腔进入空气分配器启动柴油机。
3 故障原因分析
3.1 电磁阀的先导阀出现卡滞现象
从电磁阀的构造原理可知，启动空气的通断受大活塞的控制，而大活塞则受小活塞的控制，在实际使用过程中偶尔出现的卡滞现象，其根本原因就是活塞发生了卡滞。在实际使用时，压缩空气中存在着微小的颗粒物，当颗粒物挤在活塞与孔壁之间时，活塞可能出现卡滞现象。大活塞的导向距离远大于小活塞的导向距离，且小活塞弹簧的弹力明显小于大活塞承受的空气压力，因此小活塞相对于大活塞更容易因颗粒物而产生卡滞现象。另外通过在实际修理过程中发现，小活塞长时间未动作后容易出现小活塞导向孔壁氧化腐蚀物堆积，腐蚀物极易造成小活塞出现卡滞情况。分析认为先导阀小活塞卡滞是造成电磁阀功能失效的主要原因。
3.2 电磁线圈支撑套容易出现松动现象
电磁阀在使用过程中的维护保养、柴油机运转过程中的振动冲击，都容易造成线圈支撑套发生松动。电磁阀在实际使用过程中曾多次出现电磁线圈支撑套松动故障，分析认为松动的主要原因是：当需要调整电磁线圈位置，扭转电磁线圈方向时极容易造成线圈支撑套松动。问题的根源有两方面，一是电磁线圈与线圈支撑套摩擦力过大;二是线圈支撑套缺乏有效的防松措施。
4 改进措施
4.1 解决先导阀小活塞卡滞问题
为了彻底解决先导阀卡滞问题，我们根据故障的发生机理，从两方面进行改进设计。
一方面我们从提高先导阀压缩空气的清洁度入手，减少活塞的卡滞概率。在改进设计时，我们为先导阀压缩空气通道设置了过滤器，如图4和图5所示。综合考虑后选用铜合金粉末烧结滤片作为过滤器，铜合金粉末烧结滤片具有过滤精度均匀一致，透气性好，压力损耗小，耐腐蚀，易于反吹，再生能力强，使用寿命长等优点。选用的滤片空气通过效率约为12%，阀盖底部进气孔直径为3mm。 计算滤片最小直径D：
改进后的通气孔局部视图如图5所示，滤片（3）下部的孔径为9mm，其作用是保证滤片有足够的流通截面积，同时可以降低气流流速以减少冲击和损耗。电磁阀在改进过滤装置以后在不同气压条件下进行功能性试验，电磁阀的动作情况与改进前未发生明显变化。
另一方面我们对电磁阀小活塞的导向孔壁进行电镀镍处理，目的是提高导向孔壁的抗氧化腐蚀性能。原始的阀体材料为H62黄铜，电磁阀工作过程中，空气介质中不可避免的会含有一些水分，当电磁阀停止使用以后，小活塞和导向孔中残留的水分会造成H62黄铜氧化腐蚀，而且氧化腐蚀程度会随着时间的延长而加重，尤其是柴油机在长时间停止不用的过程中腐蚀情况更为严重，这些氧化腐蚀产物极易造成小活塞出现卡滞故障。
4.2 解决电磁线圈支撑套容易松动的问题
如图6所示，在电磁线圈支撑套（4）与阀盖（7）之间增加齿形防松环（5），防松环通过开关定位销（6）固定在阀盖（7）上。通过机械锁止的措施，彻底解决了线圈支撑套容易出现松动的问题，而且结构紧凑，未对阀盖和线圈支撑套进行加工，避免了对电磁阀其他零部件的影响。此外为了减少转动线圈时对线圈支撑套的摩擦阻力，在锁紧螺母（1）及电磁线圈之间增加波形垫圈（2），采用这种安装方式后电磁线圈既能够在线圈支撑套上自由转动，又能在柴油机工作时的剧烈震动环境下电磁线圈和线圈支撑套之间能缓冲减震。
5 改进后效果
设计改进后的电磁阀进口通入规定压力的压缩空气，保持在主阀关闭状态，电磁线圈可自由灵活转动，未出现支撑套随同线圈发生转动的情况。随后按照试验大纲要求对电磁阀进行了3000次启闭耐久性平台试验，试验过程中未出现线圈支撑套与阀盖连接部位松动漏气的情况，电磁阀也未出现卡滞现象，动作正常可靠。改进后的电磁阀在实际装机使用过程中，动作可靠，故障率明显降低。
参考文献：
[1]张伟，任再青.某型二位三通电磁阀测试系统的设计[J].现代制造工程，2015（11）：148-150.
[2]荀向红，王金亭.柴油机调速器外部伺服系统故障案例分析[J].柴油机，2017，39（04）：57-59.
[3]荀向红，李明，徐韬.某V型柴油机怠速运行时B排气缸排温异常的故障案例介绍[J].内燃机与配件，2019（11）：39-41.
关键词：启动系统;二位三通电磁阀;改进
中图分类号：V216.8 文献标识码：A 文章編号：1674-957X（2020）22-0009-02
0 引言
某型柴油机为四冲程多缸柴油机，配备两套启动系统，分别为空气分配器启动和空气马达启动。启动系统二位三通电磁阀（以下简称电磁阀）的功能是控制空气分配器所需压缩空气的通断，电磁阀最大工作压力为4MPa，开启电压为24V。该阀作为空气启动系统的主要部件，其工作可靠性直接影响柴油机能否顺利启动。
1 故障现象
某型柴油机启动系统电磁阀在实际使用过程中暴露出两个问题，极大的影响了柴油机启动系统的工作可靠性，一是电磁阀的先导阀偶尔存在卡滞现象，造成柴油机无法启动;二是电磁线圈支撑套容易出现松动现象，造成电磁阀工作时先导阀漏气严重，严重时无法启动柴油机。
2 电磁阀的构造及原理
电磁阀的主体构造如图1所示，主要由阀盖（1）及阀体（11）组成，电磁线圈（2）通过自锁螺母（12）锁紧在线圈支撑套（3）上，支撑套通过螺纹拧在阀盖上。进气腔与阀盖A腔通过阀体顶部的通气孔（图2中孔1）及阀盖底部的通气孔（图3中孔2）相连通，B腔通过阀盖底部的通气孔（图3中孔3）与C腔相通。电磁阀不通电时弹簧（4）推动顶销（5）下移，克服小活塞（7）弹簧的作用力，使得小活塞下移封住通大气进口，此时A腔、B腔、C腔均与进气腔相通。大活塞（9）上下两面压力均为进气压力，因大活塞上表面面积大于下表面面积，大活塞下移分隔开进气腔与启动腔。电磁阀通电时，电磁吸力克服弹簧（4）的作用力，小活塞及顶销在小活塞弹簧的作用下上移，B腔、C腔通大气，内压力为大气压力，因进气压力远高于大气压力，大活塞向上移动，进气腔与启动腔相通，启动空气通过启动腔进入空气分配器启动柴油机。
3 故障原因分析
3.1 电磁阀的先导阀出现卡滞现象
从电磁阀的构造原理可知，启动空气的通断受大活塞的控制，而大活塞则受小活塞的控制，在实际使用过程中偶尔出现的卡滞现象，其根本原因就是活塞发生了卡滞。在实际使用时，压缩空气中存在着微小的颗粒物，当颗粒物挤在活塞与孔壁之间时，活塞可能出现卡滞现象。大活塞的导向距离远大于小活塞的导向距离，且小活塞弹簧的弹力明显小于大活塞承受的空气压力，因此小活塞相对于大活塞更容易因颗粒物而产生卡滞现象。另外通过在实际修理过程中发现，小活塞长时间未动作后容易出现小活塞导向孔壁氧化腐蚀物堆积，腐蚀物极易造成小活塞出现卡滞情况。分析认为先导阀小活塞卡滞是造成电磁阀功能失效的主要原因。
3.2 电磁线圈支撑套容易出现松动现象
电磁阀在使用过程中的维护保养、柴油机运转过程中的振动冲击，都容易造成线圈支撑套发生松动。电磁阀在实际使用过程中曾多次出现电磁线圈支撑套松动故障，分析认为松动的主要原因是：当需要调整电磁线圈位置，扭转电磁线圈方向时极容易造成线圈支撑套松动。问题的根源有两方面，一是电磁线圈与线圈支撑套摩擦力过大;二是线圈支撑套缺乏有效的防松措施。
4 改进措施
4.1 解决先导阀小活塞卡滞问题
为了彻底解决先导阀卡滞问题，我们根据故障的发生机理，从两方面进行改进设计。
一方面我们从提高先导阀压缩空气的清洁度入手，减少活塞的卡滞概率。在改进设计时，我们为先导阀压缩空气通道设置了过滤器，如图4和图5所示。综合考虑后选用铜合金粉末烧结滤片作为过滤器，铜合金粉末烧结滤片具有过滤精度均匀一致，透气性好，压力损耗小，耐腐蚀，易于反吹，再生能力强，使用寿命长等优点。选用的滤片空气通过效率约为12%，阀盖底部进气孔直径为3mm。 计算滤片最小直径D：
改进后的通气孔局部视图如图5所示，滤片（3）下部的孔径为9mm，其作用是保证滤片有足够的流通截面积，同时可以降低气流流速以减少冲击和损耗。电磁阀在改进过滤装置以后在不同气压条件下进行功能性试验，电磁阀的动作情况与改进前未发生明显变化。
另一方面我们对电磁阀小活塞的导向孔壁进行电镀镍处理，目的是提高导向孔壁的抗氧化腐蚀性能。原始的阀体材料为H62黄铜，电磁阀工作过程中，空气介质中不可避免的会含有一些水分，当电磁阀停止使用以后，小活塞和导向孔中残留的水分会造成H62黄铜氧化腐蚀，而且氧化腐蚀程度会随着时间的延长而加重，尤其是柴油机在长时间停止不用的过程中腐蚀情况更为严重，这些氧化腐蚀产物极易造成小活塞出现卡滞故障。
4.2 解决电磁线圈支撑套容易松动的问题
如图6所示，在电磁线圈支撑套（4）与阀盖（7）之间增加齿形防松环（5），防松环通过开关定位销（6）固定在阀盖（7）上。通过机械锁止的措施，彻底解决了线圈支撑套容易出现松动的问题，而且结构紧凑，未对阀盖和线圈支撑套进行加工，避免了对电磁阀其他零部件的影响。此外为了减少转动线圈时对线圈支撑套的摩擦阻力，在锁紧螺母（1）及电磁线圈之间增加波形垫圈（2），采用这种安装方式后电磁线圈既能够在线圈支撑套上自由转动，又能在柴油机工作时的剧烈震动环境下电磁线圈和线圈支撑套之间能缓冲减震。
5 改进后效果
设计改进后的电磁阀进口通入规定压力的压缩空气，保持在主阀关闭状态，电磁线圈可自由灵活转动，未出现支撑套随同线圈发生转动的情况。随后按照试验大纲要求对电磁阀进行了3000次启闭耐久性平台试验，试验过程中未出现线圈支撑套与阀盖连接部位松动漏气的情况，电磁阀也未出现卡滞现象，动作正常可靠。改进后的电磁阀在实际装机使用过程中，动作可靠，故障率明显降低。
参考文献：
[1]张伟，任再青.某型二位三通电磁阀测试系统的设计[J].现代制造工程，2015（11）：148-150.
[2]荀向红，王金亭.柴油机调速器外部伺服系统故障案例分析[J].柴油机，2017，39（04）：57-59.
[3]荀向红，李明，徐韬.某V型柴油机怠速运行时B排气缸排温异常的故障案例介绍[J].内燃机与配件，2019（11）：39-41.