機車內燃新技術論文(2)
機車內燃新技術論文
機車內燃新技術論文篇二
內燃機車機故消除實用技術的研究與應用
摘 要：針對內燃機車產生的某些機故和原始的技術缺陷，深入研究了相關部分的結構原理，剖析了機故的根本原因和技術缺陷的危害所在，提出并實施了消除機故和彌補技術缺陷的實用技術方案。實踐證明，一些可行的實用對策在內燃機車維修改造中顯的尤為重要，破解了消除機故的某些困惑，為機車安全運行創造了良好的技術條件。
關鍵詞：內燃機車 機故 技術缺陷 研究論證 實用對策
1 引言
包神鐵路地處資源富集的陜西和內蒙古兩省區，主要承擔煤炭運輸，兼營地方其它物資和旅客運輸。包神鐵路開通運營二十多年來，緊跟全國及神華集團改革開放和經濟技術發展步伐，牽引動力于2001年由蒸汽機車徹底轉型為內燃機車，2010年電氣化鐵路開通，進入了內燃和電力機車混合牽引動力新階段，年運量由運營初期的幾百萬噸上升到現在的1.4億多噸。受運量逐年遞增、內燃機車超負荷超期服役和電氣化鐵路開通等多種因素的影響，危及鐵路行車安全和困擾機車正常修理的機故屢次發生，從而對內燃機車的綜合技術性能提出了新的更高的標準要求。通過采取某種科學、簡單、有效的方式，減少內燃機車機故和潛在的安全隱患，滿足機車安全運用對技術條件的要求，降低機車檢修成本和檢修勞動強度，對于機務段檢修系統來說意義重大。
2 研究背景
包神鐵路配屬的是DF4B、GKD3型內燃機車和客運內燃液力動車組。從歷次的機故和小輔修情況得知，DF4B型機車牽引電機通風機葉輪破損、DF4B型機車油水溫度偏高、GKD3型機車冷卻水泵水封漏水、7667與7668機車靜液壓馬達軸承破損、客運內燃液力動車組玻璃電氣傳動裝置電機燒損屬慣性故障，不但對機車的安全正常運用造成影響，而且還增加了檢修成本和無謂的勞動付出。電氣化鐵路開通后，由于25kv高壓接觸網危險源的存在，絕對禁止登車頂作業，必須增設內燃機車補水系統。通過對機車相關部分結構原理的科學分析研究，認為采取實用的科學維修和技術改造手段，改變原有的維修方式和關鍵技術要素，是有效解決問題的最佳選擇。
3 研究與應用
3.1 DF4B型機車牽引電機通風機葉輪破損
2001年內燃機車取代蒸汽機車后，DF4B型機車全部承擔大交路牽引任務，牽引電機通風機葉輪長時間處于高轉速運轉狀態。由于機械振動、轉速頻繁變化、拆裝磕碰和機械疲勞等原因，葉輪葉片自然會產生局部微型裂紋，并將逐步延伸，從而使葉輪葉片連接強度逐步降低，在高轉速離心力的作用下，葉輪葉片撕裂變形，最后造成葉輪和通風罩卡死、通風機尼龍繩鉸斷、機車無法運用的嚴重后果。包神鐵路公司現有DF4B型機車三十多臺，2005～2007年產生5起葉輪破損機故，且呈現遞增態勢。對破損葉輪檢查發現，裂紋痕跡都在葉輪葉片根部鉚釘連接處，這是因為葉片根部承擔著整個葉片的離心力和振動力。按照中、小修段修規程的要求，通風機葉輪拆卸清理干凈后，用肉眼檢查確認葉輪葉片是否有裂紋。實踐證明，在過去幾年的定期檢修中，只發現個別幾個葉輪葉片有明顯裂紋，絕大部分微型裂紋用肉眼根本就看不出來，無疑給機車的正常運用留下了潛在的安全隱患。針對上述情況，經過綜合分析研究，對通風機葉輪葉片實施了磁粉探傷的技術舉措，發現有裂紋的必須更換。具體做法是：(1)奇數小修時對前通風機葉輪探傷。(2)偶數小修時對后通風機葉輪探傷。(3)中修時對前、后通風機葉輪探傷。據統計，2008年以來，共探傷葉輪497個，發現有裂紋的148個，及時進行了更換檢修，徹底避免了因葉輪破損而造成的機故救援，確保了機車的安全正常運用。
3.2 DF4B型機車油水溫度偏高
“防暑降溫”是人們多年來用以保護身體和防止發生意外的重要舉措。內燃機車和人的身體一樣，也需要“防暑降溫”的有效手段來保護。進入炎熱的酷暑夏季，由于環境溫度的明顯升高，對大交路、大功率的DF4B型內燃機車來說，很容易產生油水溫度偏高甚至卸載或停機慣性故障，對鐵路安全運輸構成了一定的危險。
在北方高原地區，按照技術標準要求，內燃機車理想工作的油水溫度為65～75℃，極限工作溫度為88℃。若油水溫度偏高，會導致機油粘度、機油壓力和柴油機組零部件機械性能同步下降，從而造成各摩擦副的非正常磨損，最終導致柴油機組經濟性和使用壽命下降。
高低溫冷卻水系統和靜液壓系統的根本任務就是保證柴油機組和潤滑機油得到合適的冷卻，以取得柴油機組的綜合最佳效益。
當某臺機車產生油水溫度偏高故障時，應該采取以下科學有效的簡單實用辦法加以消除。
(1)在油水溫度分別為65℃和75℃，柴油機轉速為1000 r/min的情況下，確認高低溫冷卻風扇是否達到滿轉。確認前必須要把冷卻單節V型架的兩個底門關好，把機械冷卻間兩側的手動百葉窗打開。若機械冷卻間頂百葉處于垂直狀態，說明冷卻風扇已經達到滿轉，靜液壓傳動系統正常;反之，冷卻風扇沒有達到滿轉，造成散熱效果差、油水溫度高。一般來說，檢修或更換溫控閥、安全閥即可。否則要校驗靜液壓泵或馬達的容積效率，94%以下必須更換。
(2)在確認排凈高低溫冷卻水系統冷卻單節空氣的前提下，當機車油水溫度為65℃左右時，用手摸或用點溫計檢測高低溫冷卻單節的溫度，若冷卻單節之間的溫差較大，說明溫度較高的冷卻單節屬正常，溫度較低的冷卻單節屬不正常，應及時更換。更換下來的冷卻單節進行酸洗處理或報廢。若所有冷卻單節的溫度均偏低，則說明水系統流量較低，一般來說是因為逆止閥經長時間使用后“犯卡不靈活” 所致，必須馬上檢修或更換。
(3)在炎熱季節，若不拆除機械冷卻間自動百葉窗空氣濾芯，會明顯減少通過所有高低溫冷卻單節上部的進風量，從而導致散熱效果差、油水溫度高。因此進入夏季后，必須要拆除機械冷卻間自動百葉窗空氣濾芯，同時手動側百葉要處于常開狀態，冷卻單節V型架的兩個底門要處于常閉狀態，使冷卻單節整體處在良好的通風狀態，確保冷卻水和潤滑機油溫度正常。 (4)若冷卻單節外表較臟、灰塵較多，則要在冷卻風扇轉速最高、通過冷卻單節的風流量最大時，用500KPa左右的壓縮空氣對所有冷卻單節進行徹底的“吹風”處理，或用壓力清洗液對所有冷卻單節進行徹底的“沖洗”處理。這樣會明顯提高散熱效率，有效降低油水溫度。
(5)在機車運用中應注意熱交換器的冷卻效果。如果冬季機油溫度經常高于80℃，夏季機油溫度經常高于85℃時，應更換新品或解體檢查修理。
據統計，只有個別機車存在冷卻風扇未達到滿轉、水系統流量較低、冷卻單節或熱交換器不合格的情況，95%以上的機車油水溫度偏高故障，都是通過加強冷卻單節通風或清除冷卻單節灰塵污垢的辦法來消除的，“防暑降溫”效果顯著，保證了機車的安全正常運用。
3.3 GKD3型機車冷卻水泵水封漏水
GKD3型機車冷卻水泵水封漏水屬頻發慣性故障，不但在檢修中造成一定的材料浪費和無謂的勞動付出，而且還嚴重影響了調車作業和鐵路正常運輸。
針對上述情況，我們對水泵水封密封機理進行了全面分析研究。水泵水封由動環、靜環和圓彈簧組成，動環與靜環間的軸向壓力大小直接影響水封的密封性能。原水封彈簧自由高度為22mm，組裝后的工作高度為16mm，動環與靜環間的軸向壓力為17N。經過一段時間運用后，彈簧彈力發生疲勞性衰減，動環與靜環間的軸向壓力下降到17N以下時，就可能導致水封漏水。通過以上分析，若不改變水封動靜環和彈簧外徑與簧徑，而適當增加彈簧自由高度，提高水封動靜環間的軸向壓力，是實現水泵良好密封性能的最有效途徑。我們選擇的彈簧自由高度為36mm，按照原來16mm的彈簧工作高度順利組裝后，動靜環間的軸向壓力達到了33N，較以前增加16N，大大提高了冷卻水泵的密封可靠性。
GKD3型機車冷卻水泵原水封三個月左右就產生漏水故障，技改后可確保兩年以上正常使用，彌補了機車廠的設計制造缺陷。包神鐵路公司現有6臺GKD3型機車，全年可減少更換水泵水封48次左右，不但能確保機車調車作業和鐵路運輸正常進行，有效減輕工人的勞動強度，而且還能節約綜合檢修費用三萬多元。
3.4 7667、7668機車靜液壓馬達軸承破損
靜液壓系統是DF4B型機車的重要組成部分，是確保柴油機安全正常運轉的重要環節。針對7667、7668內燃機車靜液壓馬達在較短時間內產生有異音或轉動不靈活的慣性故障，我們進行了全面細致的分析研究，確認靜液壓馬達軸承潤滑不良是造成故障的根本原因。
靜液壓馬達各部的潤滑是依靠自身柱塞和配流盤鏡面的泄漏油來完成的。軸承的潤滑途徑是配流盤鏡面泄漏油經芯軸和主軸φ4mm細長小孔后，流入前泵體內對其潤滑，再經回油位排回靜液壓油箱。7667、7668內燃機車原有的靜液壓馬達回油位設在下面的后泵體上，而三盤軸承是裝在其上面的前泵體內，最上面的軸承高出回油位270mm。由于泄漏滑油的壓力和流量都很小，滑油面高出回油位只有190mm。由此得出結論：最上面的軸承高出滑油面80mm，造成軸承潤滑不良甚至處于干磨狀態，軸承內外圈滾道及滾珠達到了點蝕剝離的程度。對此，我們采取提高馬達潤滑油回油位的技術改造方案，把回油位從下面的后泵體改移到上面的前泵體上，較原來的位置提高230mm，使前泵體內的所有軸承處于滿容積油浴潤滑狀態，從而徹底解決了馬達軸承潤滑不良、使用壽命短的問題，達到機車安全運用和降低檢修成本的目的。圖1為靜液壓馬達潤滑油回油位技改示意圖。
圖1 靜液壓馬達潤滑油回油位技改示意圖
1-技改前潤滑油回油位;2-馬達進油口;3-馬達回油口;4馬達后泵體;
5-軸承;6-技改后潤滑油回油位;7馬達前泵體;
8-馬達安裝支架;9-冷卻風扇。
7667、7668機車靜液壓馬達潤滑油回油位技改后效果良好，徹底消除了兩臺機車靜液壓馬達的慣性故障，彌補了機車廠的設計制造缺陷，每年可節約綜合檢修費用八萬多元，為機車正常運用創造了技術條件。
3.5 液力動車組玻璃電氣傳動裝置電機燒損
液力動車組玻璃的上下移動原以電機為動力源，通過鏈輪鏈條傳動的方式來實現，多次產生電機燒損機故，給檢修帶來了很大的麻煩。驅動電機型號為ZD2730(QDSF160B)，是免維護永磁性直流電機，現沒有專門制造廠家。若委外檢修燒損的電機，一是不能保證檢修進度，二是需支付很高的檢修費用，三是修復后仍然存在電機燒損的可能。經全面綜合分析比較，從經濟實用和安全可靠角度出發，我們選擇在原有傳動裝置的基礎上，實施了手動取代電動的技術改造方案。考慮到安裝空間特別狹小的實際情況，為確保傳動精度和強度，將鏈輪與新加工的細小手柄傳動軸采用過渡配合后再進行焊接的形式連在一起，用雙螺母防松的方式調整小鏈輪側面間隙，實現鏈輪與手柄傳動軸的軸向定位。手柄與傳動軸采用了雙開口銷的連接方式，玻璃上下定位采取了螺旋固定自鎖的方式。受傳動軸與手柄的影響，側壁電暖氣采用了向下移動的方式。
經過機加工、焊接、調整、修理和組裝程序后，對動車4012A端側窗玻璃升降傳動裝置進行了反復試驗，玻璃升降靈活自如，上下定位穩定可靠，徹底消除了原設計電氣傳動裝置驅動電機燒損的機故，為以后的機車檢修奠定了良好的基礎。
3.6 增設內燃機車補水系統
內燃機車原設計的補水方式是靠人把水桶抬到車頂上，打開膨脹水箱透氣孔蓋后，將水補入機車水系統。在電氣化鐵路，由于 25kv高壓接觸網危險源的存在，若機車乘務員還象以前那樣登上車頂補水，會產生非常致命的危險。對此，我們決定增設內燃機車補水系統，絕對禁止機車乘務員登車頂補水。若設置獨立的補水系統，必須要重新安裝水泵、管路系統、電器線路及控制裝置，不但造成很大的材料和人工浪費，而且由于地方狹窄，還給安裝造成了很大的困難。為了簡單有效地實現補水，我們實施了利用預熱鍋爐水系統進行補水的技術方案，通過在預熱鍋爐循環水泵吸水口和高低溫水管閥門之間加裝一個帶閥門的補水支管，啟動循環水泵進行補水。補水時，高低溫水系統通往預熱鍋爐循環水泵的管路閥門必須在關閉狀態，預熱鍋爐通往高低溫水系統的管路閥門必須在打開狀態。操作時先把補水軟管插入水桶，然后閉合循環水泵開關使其運轉，擰開補水閥門進行補水。補水完畢后，首先將補水閥門關閉，然后再斷開循環水泵開關使其停止運轉。圖2為內燃機車補水系統示意圖。
圖2 內燃機車補水系統示意圖
1-膨脹水箱;2-低溫進水閥;3-高溫進水閥;4-柴油機低溫水系統;
5-低溫出水閥;6-循環水泵;7-預熱鍋爐;8-補水閥;9-補水桶;
10-柴油機高溫水系統;11-高溫出水閥。
通過實施上述技術方案，圓滿地達到了內燃機車安全補水的目的。該方案結構簡單，實用可靠，費用很低，包神鐵路公司所有內燃機車增設補水系統的綜合費用僅為2.4萬元。
4 結論
經過對內燃機車機故消除實用技術的可行性研究，找到了解決問題的科學依據和新途徑。實踐證明，一些簡單實用技術的有效應用，在消除機故和技改中發揮了重要的作用，提高了內燃機車的安全系數，降低了機車檢修成本，減輕了工人的勞動強度，有較大的實用價值和推廣應用空間。
參考文獻
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[2]李鴿.東風4B型內燃機車.遼寧：大連理工大學出版社，1988.
[3]徐芳春. 東風4B型內燃機車.遼寧：大連理工大學出版社，1996.
作者簡介：王景海(1970―)，內蒙古通遼人，工程師。
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