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装载机储气罐炸裂故障分析

去年冬季,某施工单位使用的同一公司生产的几台ZL50装载机,连续发生三起储气罐炸裂故障，其中一起是在生产厂商进行了储气罐改换后再次发生的。笔者有幸被邀请和生产厂商技术人员一起对储气罐炸裂原因进行了分析，排除了故障，并对装载机生产厂提供了整改建议。施行证实当时的分析和建议是合理的，在此简述以供同行参照。
　　1、故障现象描述
　　出现储气罐炸裂现象的装载机，其行车制动系统采纳的是一般工程机械常用的气顶油式钳盘式制动系统，经现场询问驾驶员，储气罐炸裂现象均是在早晨装载机启动后不久发生的，被破坏的储气罐有炸裂的、有焊缝处开裂的。施工现场3台同一型号的装载机，其中2台发生此故障，而另一台只是发动机不一样，却没有出现储气罐炸裂故障。
　　2故障原因分析
　　2、1制动系统简述
　　系统原理如图1所示，脚制动系统由空气压缩机1、油水分开器组合阀2、双通单向阀3、储气罐4、梭阀5、脚制动阀6、加力泵13、盘式制动器12等部件组成。发动机驱动空气压缩机时，压缩空气从空气压缩机1进入油水分开器组合阀2，过滤掉空气中的水分及部分杂质，同时坚持系统压力为0.68-0.7MPa，气体通过双通单向阀3进入储气罐4。正常行驶及作业时，使用左制动踏板，当踩下左制动踏板时，左、右储气罐中的空气分别进入前后加力泵，推动刹车油沿着管道进入前后驱动桥的盘式制动器12推动活塞、摩擦片压向制动盘；当放松制动踏板时，加力泵中的压缩空气从制动阀的放气孔排入大气，制动状态解除。

　2、2故障可能发生的原因
　　〔1〕储气罐的质量太差，承受不了组合阀安全保护所规定的压力而炸裂。经了解组合阀安全保护所规定的压力0.9MPA。依据QC/T200-95标准中的规定，储气罐的耐压性要求压力应为额定使用压力的5倍，即应该承受3.92MPa〔0.78MPa*5〕的压力，不得有裂痕等缺陷。
　　〔2〕油水分开器组合阀的原因。组合阀有两种主要功能；一是排气、油水分开的工轻快，即当气体压力超过0.78MPa时，排气阀自动打开，同时过滤网下的油、水等杂质自动排出；二是安全保护功能，即当气压超过0.85-0.9MPa时安全阀打开，起到安全保护的作用。两种作用失效，储气罐因得不到保护而损坏。
　　〔3〕组合阀的制定与发动机空气压缩机的排量不匹配，假设排气阀出问题，安全阀即使打开，也存在持续向储气罐充气的可能。

　　储气罐的质量太差主要是焊接问题，如果达不到国家规定的压力窗口的焊接标准、试验标准，储气罐必定会出现潜在的质量隐患。

　　组合阀的结构如图2所示，只有组合阀的两个安全阀失效时，压力的升高才会导致储气罐炸裂。

a〕气阀内含有水分。从现场拆开组合阀来看，阀内也确实含有水分，如果发动机停止工作后，寒冷的天气使水结冰，排气阀不能打开。进入排气阀的水分有两条途径：一是从空压机打出的气体未充分冷凝空气中的水分，这样排气阀不能有效排出空气中的水分。组合阀安装时要求从空压机到组合阀的管道长度汉有小于2m，孔径不小于Φ12mm，才能使空气充分凝凝析出其中的水分，实际上这台装载机的管长只有1.2m。某些厂家也有为使管路加长而缠绕了几圈的。二是外界水分通过排气阀的呼气孔进入排气阀。排气阀的呼气布置在锥体的表面上，如果呼气孔处有水分，排气阀不断地打开和关闭会造成呼气孔处的水分吸处排阀内。而此发动机消音器上的流水正滴到油水分开器上。
　　b〕建立排气阀打开压力的小孔，由于滤网被杂物堵死，使排气阀不能安全打开。
　　c〕储气罐布置在车头内，由于位置太高也不利于空气中的水分排出
　　〔2〕造成安全阀失效的原因：
　　a〕现场发现安全阀的出厂时没有用胶封口〔有的安全阀出厂后进行了封口〕，未封口的安全阀如果松动而用户又进行拧紧且超过设定的压力，储气缸得不到应有的保护而损坏。
　　b〕排气阀未将空气中的水分彻底分开而进入安全阀中，发动机停止工作后，寒冷的天气使水结冰，再次工作时安全阀不能打开。

　　该车使用的发动机，经询问其空气压缩机的排量大，而恰恰损坏的就是与此发动机配套的储气罐，排量的增大会造成两种影响，一是进入排气阀的水分增加；二是排气阀损坏，安全阀即使打开，仍排不出大量气体，存在向储气罐充气的可能。
　　总结以上分析，储气罐炸裂原因为：发动机空气压缩机的排量大，组合阀油水分开不彻底，致使组合阀内存在相对较多的水分，同时制动系统管路水分也比其它机型增多，装载机使用过程中不存在问题。一旦停车，管路水分冷却汇流，从管路布置看，均流向油水分开组合阀，在寒冷的冬季，致使油水分开组合阀内部存在结冰现象，势必影响阀的安全压力保护作用。在下次启动时，短时间内排气阀及其安全阀均不起作用，空压机一直处于向储气罐充气状态，在此期间，储气罐超过其承受压力便会炸裂。假设储气罐的承压能力强一些，经过一段时间以后，油水分开组合阀的排气阀或安全阀就会因空压机排气热量的增加使冰融化而起作用，工作趋于正常状态。
　　3解决措施
　　从以上分析看，储气罐的故障原因是一个综合性的因素，为此提出如下整改建议。

　　由于受现场条件的制约，对系统整改相当困难但必须解决故障问题，为些在储气罐上增设了安全阀，避免了储气罐压力的升高，使故障现象得到了控制。

　　针对储气罐本身可能存在的质量问题，储气罐的制作应严格执行标准应严格执行标准要求，并进行相应的试验。
　　〔1〕针对排气阀内含水的问题采用如下措施：
　　a〕组合阀位置在管路上后移，一方面，增加空压机组合阀的管道长度，使空气充分冷凝以便析出空气中的水分；另一方面，防止发动机消音器上的流水滴到油水分开器上，避免水从外界进入。
　　b〕将储气罐布置在组合阀下方以利于空气中水分的排出，经了解绝大部分厂家罐放置在后车架下方。
　　c〕对组合阀改造，排气阀尾部改为漏斗形的结构，在进气口处设有立筋结构以便有效地排除进气中的水分。
　　d〕与发动机生产厂家联系是否可降低空压机的排量
　　〔2〕针对安全阀的失效采用如下措施：
　　a〕在储气罐上增加安全阀以增加三级保护，目前很多厂家在储气罐上都设有安全阀，施工现场就有储气罐上带有安全阀的车。
　　b〕务必要求在安全阀上加胶封，并严格按安全压力出厂；要求厂家提出安全阀的同意排量参数。
　　c〕在安装与故障车同型号发动机的装载机上专门试验组合阀上的安全阀，看是否与空压机相匹配。