广东韶钢松山股份有限公司物流部
摘要：分析了GK1C型内燃机车逆止阀在检修作业中存在的技术难点。结合检修作业中的实际情况，提出检修方法创新，使用专用工装拆卸空压机逆止阀阀芯，并对该工装拆卸阀芯时的机械强度进行了校验。经检修现场运用考验，该检修方法可行。
关键词：GK1C型内燃机车；空压机逆止阀；技术难点；专用拆卸工装；机械强度
一 前言
目前韶钢物流部有18台GK1C型内燃机车在用。主要用于韶钢原材料进出口和厂内铁水运输的生产任务。1996年该型内燃机车投入运用以来的实践证明，GK1C型内燃机车整体可靠性较高，工作环境好，运用范围广，适应性强。但由于使用年限久、运用率高、部分机车检修周期延长，近年来发现空压机逆止阀检修过程中阀芯粘固现象严重，拆卸、清理阀芯作业工序繁琐，作业时间长，且存在安全隐患，影响机车正常交付使用。对此，我们通过对空压机逆止阀原有检修技术难点进行分析，提出新的检修方法，使用专用工装拆卸空压机逆止阀阀芯，简化了检修工序，提高了作业效率，消除了检修作业时的安全隐患，有效保证了机车的正常交付使用。
二 空压机逆止阀检修难点分析
内燃机车空压机逆止阀，是一种依靠压缩空气本身压力而使逆止阀阀芯自动升、降，用来防止压缩空气倒流的升降式阀门。其主要作用是在空压机停止工作后，防止总风缸的压缩空气逆流进空压机的气缸以减少压缩空气的泄漏、防止空压机中冷器风扇及空气压缩机驱动电机反转。逆止阀还可用于给其中的压力可能升至超过系统压的辅助系统提供补给的管路上[1]。
由于空压机长期工作，压缩空气管路内的粉尘（风源净化器干燥剂颗粒）、油气（220#空压机油）、水汽在长期高温、高压的工作条件下逆止阀阀体内壁与阀芯外壁之间形成结垢，逆止阀阀芯粘固在逆止阀阀壁上，不能自动下降、归位，导致空压机停止运行时，无负荷阀排风不止，机车总风缸的压缩空气形成回路，压缩机再次启动阻力大[2]。该故障若得不到及时处理，易造成：
（一）压缩机驱动电机启动时瞬时电流大，造成二级电阻、继电器、线路烧损；
（二）中冷器风扇及空气压缩机驱动电机反转力导致更换空压机皮带困难；
（三）空压机所压缩的总风量达不到机车运用所需的额定值，影响机车的正常运用。
因此，必须对逆止阀阀芯进行定期的拆卸清理、除垢，保证逆止阀的正常工作。拆卸逆止阀阀芯的步骤为：
（一）使用除垢剂进行简单除垢；
（二）对逆止阀内部进行热处理，软化结垢部位；
（三）将一枚直径与逆止阀阀芯内螺牙匹配的螺丝与逆止阀阀芯对孔安装、紧固，使用夹钳夹紧该螺丝的螺帽，进行长时间垂直方向的反复上、下拔动，利用阀芯外壁与阀壁内壁之间的摩擦去除掉结垢后拔出阀芯。
根据阀芯粘固程度，需多次重复上述步骤（二）、（三）。
在作业过程中，由于作业空间狭小以及周围敏感部件多，热处理时需小心谨慎，防止烧损其他机车零部件以及防止被飞溅物灼伤。在反复拔动与阀芯对孔安装的螺丝时要尽量保持垂直、持续的作用力，以保证螺丝受力均衡，防止螺丝断裂在阀芯内部以及阀芯外壁与逆止阀阀体内壁磨损，造成二次故障，增加作业难度。
综上所述，GK1C型内燃机车空压机逆止阀检修难点在于拆卸粘固程度严重的逆止阀阀芯工序：
（一）在摩擦除垢时，由于人力无法保证垂直、持续的受力作用，容易导致螺丝断裂在阀芯内部，以及阀体与阀芯接触面磨损，造成二次故障；
（二）作业步骤繁琐，造成作业时间长，劳动强度、工作难度大，在热处理作业时存在安全隐患。
三 检修方法创新
（一）设计制作专用工装
为了克服上述检修难点，参照机械拉马原理，自行设计制作一种用于拆卸GK1C内燃机车空压机逆止阀阀芯的专用工装。该工装采用一体式结构，如图1所示。
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图1 三视图
由：压力螺母、拉杆、支撑板、承压板、水平固定板、止转杆、防窜螺母等七个部件组成。包括有支撑板两块；在两块支撑板的顶端垂直连接一块承压板；在两块支撑板的中间位置垂直连接一块水平固定板；在承压板与水平固定板的中心位置垂对孔穿过一根拉杆；拉杆顶端位置安装有一个压力螺母，并通过该压力螺母将拉杆固定在承压板上；在拉杆与两块支撑板的中间位置有一根止转杆水平穿过止转杆垂直活动矩形孔与止转杆横穿孔；止转杆的两端位置安装有两个防窜螺母。
压力螺母：材质为Q235A，数量：1件。其尺寸型号与拉杆截面直径尺寸匹配，用于安装在拉杆上端。
拉杆：材质为Q235A，数量：1件。其顶端经机床加工成正方体，用于与逆止阀阀芯内螺牙对孔安装时的出力作用点；其螺杆螺纹下方，设有止转杆横穿孔，其直径尺寸根据止转杆截面直径尺寸设计，用于止转杆对孔水平穿过拉杆；其底端根据逆止阀阀芯内螺纹尺寸经机床加工成连接拉杆，用于拉杆与逆止阀阀芯内螺纹对孔安装；其上半部根据压力螺母尺寸，经机床加工成螺杆螺纹，用于安装压力螺母以及增加作用力行程。
支撑板：材质为Q235A，数量：2件。支撑板为长方形，中心处设有止转杆垂直活动矩形孔，其直径根据止转杆直径尺寸设计，用于止转杆水平穿过以及止转杆上、下活动；其底端设计成半六边矩形，与逆止阀安装座契合，用于支撑板安装在逆止阀安装座上。
承压板：材质为Q235A，数量：1件。承压板为长方形，中心处设有圆孔，其直径尺寸根据拉杆截面直径尺寸设计，用于拉杆垂直穿过。
水平固定板：材质为Q235A，数量：1件。水平固定板为长方形，中心处设有圆孔，其直径尺寸根据逆止阀顶座尺寸设计，用于将水平固定板套接在逆止阀顶座上。
止转杆：材质为圆钢，数量：1件。其两端根据防窜螺母尺寸经机床加工成螺杆螺纹，用于安装防窜螺母；其长度尺寸根据两块支撑板距离设计；其直径尺寸与拉杆下方设有的圆孔直径匹配，用于水平穿过两块支撑板与拉杆。
防窜螺母：材质为Q235A，数量：2件。其型号尺寸与止转杆直径尺寸匹配，用于安装在止转杆两端。
止转杆横穿孔：拉杆经钻床加工钻孔，位于拉杆螺杆螺纹下方，其直径尺寸根据止转直径设计，用于止转杆对孔水平穿过拉杆；
止转杆垂直活动矩形孔：支撑板经机床加工成矩形孔，其直径根据止转杆直径尺寸设计，用于止转杆水平穿过以及止转杆上、下活动。
（二）组装
1、将承压板与水平固定板分别垂直焊接在两块支撑板之间的顶端与中间位置，检查焊接处的牢固度，清理焊渣；
2、将压力螺母安装在拉杆的螺杆螺纹顶端，并将拉杆垂直穿过承压板与水平固定板的中心圆孔，此时，拉杆呈悬挂状态。
（三）使用方法
1、将逆止阀阀盖打开，使用除垢剂进行简单除垢。
2、将该工装两侧的支撑板分别与逆止阀阀体两侧安装座对位安装、逆止阀顶座与水平固定板的中心孔对孔安装。
3、使用扳手顺时针方向旋拧拉杆顶端的正方体，将拉杆底端的连接拉杆与逆止阀阀芯对孔安装、紧固，并使止转杆垂直活动矩形孔、止转杆横穿孔保持同一水平位置。
4、将止转杆与止转杆垂直活动矩形孔、止转杆横穿孔对孔安装，并在止转杆两端的螺杆螺纹处安装防窜螺母且无需拧紧。
5、将压力螺母顺时针方向旋拧，直至压力螺母接触到承压板。
6、使用扳手将压力螺母顺时针方向旋拧，直至将逆止阀阀芯完全取出。
综上所述，该工装在使用时，能形成垂直、持续的拉力，简化了检修工序，消除了二次故障以及安全隐患。工作示意图如图2。
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图2 工作示意图
（四）受力分析及强度校核
1、受力分析如图3所示：
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F为螺旋升力，fmax为阀体内壁与阀芯外壁最大摩擦力，G为拉杆，压力螺母，逆止阀芯，连接拉杆整体总重力。由受力平衡可得：F=fmax+G，fmax计算公式如下：
非牛顿流体流体不符合牛顿公式：τ/D=f（D），因此以ηα表示一定（τ/D）下的粘度，其中τ为剪切力，D为剪切应变率。220#空压压缩油室温下运动粘度为220厘斯，即220每秒平方厘米。由：fmax/A=ηα，fmax/A=ηαdv/dx，得fmax=Sηα，其中A为220#压缩油气介质与阀芯接触面积，S为连接拉杆与阀芯相对移动速度。当S取得1cm.s带入数据可得fmax=220N。拉杆，压力螺母，逆止阀芯，连接拉杆四者总质量m为0.8kg。由G=mg得（g取9.8kgm/s²），G=7.84N，可得F=227.84N。
2、力矩分析如图4所示：
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图4 力矩分析图
因M1=FL，M为F产生作用在连接拉杆上的力矩，L=0.2m，，L2为人使用扳手时力的作用点到受力拉杆中心距离。当扳手绕压力螺母旋转一周时，M1=455N.m。
由M1=M2=F2L2，M2为F2产生力矩，F2为扳手作用在螺母上的切向力，L2为连接拉杆中心和右侧支撑板和水平固定板连接中心的距离。测得L2=0.188m，可得F2=242N。而成年人手臂力量约为200~300N，当阀芯与阀体阀壁之间摩擦力为最大值时，通过该工装可取出逆止阀阀芯。
（五）强度校验
1、受力拉杆强度校验：受力拉杆末端与逆止阀芯接触面积，A=πr² 其中r为受力拉杆末端与逆止阀芯横截面半径。r =3.75mm，A=44.2mm²，受力拉杆接触面切应力：τ2＝F/A1＝452Mpa<[τ]，符合强度校核，保证连接受力拉杆在使用过程中不会变形失效。
2、压力螺母强度校验：逆止阀芯横截面上正应力：σ1=σcos²θ，θ＝360°
F2=A2σ1，r2=16.5mm，A2=854.9mm²，其中A2为压力螺母与扳手接触面横截面积，r2为压力螺母与扳手接触面横街半径。σ1=257Mpa <[σ]，符合强度校核，保证压力螺母在使用过程中不会变形失效。
四 实施效果
2017年7月至2018年10月，针对GK1C型内燃机车空压机逆止阀检修时所存在的难点进行技术创新，利用专用工装拆卸逆止阀阀芯。经过一年多现场应用、验证，使用该工装拆卸逆止阀阀芯，简化了原有逆止阀检修工序，提高了作业效率，并消除了安全隐患。
通过上述力学理论公式计算，人体受力强度与机械强度完全可行。同时，此技术可在更广泛的机械领域推广应用，对于类似逆止阀构造机械检修有一定的参考价值。
该专用拆卸工装已成功申请实用新型专利，专利号：ZL201820610104.8。
五 参考文献：
[1]况作尧.内燃机车检修.北京：中国铁道出版社，1999：430.
[2]王奇夫.内燃机车运用.北京：中国铁道出版社，1996：232.