機(jī)車內(nèi)燃新技術(shù)論文(2)
機(jī)車內(nèi)燃新技術(shù)論文
機(jī)車內(nèi)燃新技術(shù)論文篇二
內(nèi)燃機(jī)車機(jī)故消除實(shí)用技術(shù)的研究與應(yīng)用
摘 要：針對內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)生的某些機(jī)故和原始的技術(shù)缺陷，深入研究了相關(guān)部分的結(jié)構(gòu)原理，剖析了機(jī)故的根本原因和技術(shù)缺陷的危害所在，提出并實(shí)施了消除機(jī)故和彌補(bǔ)技術(shù)缺陷的實(shí)用技術(shù)方案。實(shí)踐證明，一些可行的實(shí)用對策在內(nèi)燃機(jī)車維修改造中顯的尤為重要，破解了消除機(jī)故的某些困惑，為機(jī)車安全運(yùn)行創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件。
關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車 機(jī)故 技術(shù)缺陷 研究論證 實(shí)用對策
1 引言
包神鐵路地處資源富集的陜西和內(nèi)蒙古兩省區(qū)，主要承擔(dān)煤炭運(yùn)輸，兼營地方其它物資和旅客運(yùn)輸。包神鐵路開通運(yùn)營二十多年來，緊跟全國及神華集團(tuán)改革開放和經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展步伐，牽引動(dòng)力于2001年由蒸汽機(jī)車徹底轉(zhuǎn)型為內(nèi)燃機(jī)車，2010年電氣化鐵路開通，進(jìn)入了內(nèi)燃和電力機(jī)車混合牽引動(dòng)力新階段，年運(yùn)量由運(yùn)營初期的幾百萬噸上升到現(xiàn)在的1.4億多噸。受運(yùn)量逐年遞增、內(nèi)燃機(jī)車超負(fù)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(jī)車正常修理的機(jī)故屢次發(fā)生，從而對內(nèi)燃機(jī)車的綜合技術(shù)性能提出了新的更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。通過采取某種科學(xué)、簡單、有效的方式，減少內(nèi)燃機(jī)車機(jī)故和潛在的安全隱患，滿足機(jī)車安全運(yùn)用對技術(shù)條件的要求，降低機(jī)車檢修成本和檢修勞動(dòng)強(qiáng)度，對于機(jī)務(wù)段檢修系統(tǒng)來說意義重大。
2 研究背景
包神鐵路配屬的是DF4B、GKD3型內(nèi)燃機(jī)車和客運(yùn)內(nèi)燃液力動(dòng)車組。從歷次的機(jī)故和小輔修情況得知，DF4B型機(jī)車牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)葉輪破損、DF4B型機(jī)車油水溫度偏高、GKD3型機(jī)車?yán)鋮s水泵水封漏水、7667與7668機(jī)車靜液壓馬達(dá)軸承破損、客運(yùn)內(nèi)燃液力動(dòng)車組玻璃電氣傳動(dòng)裝置電機(jī)燒損屬慣性故障，不但對機(jī)車的安全正常運(yùn)用造成影響，而且還增加了檢修成本和無謂的勞動(dòng)付出。電氣化鐵路開通后，由于25kv高壓接觸網(wǎng)危險(xiǎn)源的存在，絕對禁止登車頂作業(yè)，必須增設(shè)內(nèi)燃機(jī)車補(bǔ)水系統(tǒng)。通過對機(jī)車相關(guān)部分結(jié)構(gòu)原理的科學(xué)分析研究，認(rèn)為采取實(shí)用的科學(xué)維修和技術(shù)改造手段，改變原有的維修方式和關(guān)鍵技術(shù)要素，是有效解決問題的最佳選擇。
3 研究與應(yīng)用
3.1 DF4B型機(jī)車牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)葉輪破損
2001年內(nèi)燃機(jī)車取代蒸汽機(jī)車后，DF4B型機(jī)車全部承擔(dān)大交路牽引任務(wù)，牽引電機(jī)通風(fēng)機(jī)葉輪長時(shí)間處于高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。由于機(jī)械振動(dòng)、轉(zhuǎn)速頻繁變化、拆裝磕碰和機(jī)械疲勞等原因，葉輪葉片自然會(huì)產(chǎn)生局部微型裂紋，并將逐步延伸，從而使葉輪葉片連接強(qiáng)度逐步降低，在高轉(zhuǎn)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(fēng)罩卡死、通風(fēng)機(jī)尼龍繩鉸斷、機(jī)車無法運(yùn)用的嚴(yán)重后果。包神鐵路公司現(xiàn)有DF4B型機(jī)車三十多臺(tái)，2005～2007年產(chǎn)生5起葉輪破損機(jī)故，且呈現(xiàn)遞增態(tài)勢。對破損葉輪檢查發(fā)現(xiàn)，裂紋痕跡都在葉輪葉片根部鉚釘連接處，這是因?yàn)槿~片根部承擔(dān)著整個(gè)葉片的離心力和振動(dòng)力。按照中、小修段修規(guī)程的要求，通風(fēng)機(jī)葉輪拆卸清理干凈后，用肉眼檢查確認(rèn)葉輪葉片是否有裂紋。實(shí)踐證明，在過去幾年的定期檢修中，只發(fā)現(xiàn)個(gè)別幾個(gè)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(jī)車的正常運(yùn)用留下了潛在的安全隱患。針對上述情況，經(jīng)過綜合分析研究，對通風(fēng)機(jī)葉輪葉片實(shí)施了磁粉探傷的技術(shù)舉措，發(fā)現(xiàn)有裂紋的必須更換。具體做法是：(1)奇數(shù)小修時(shí)對前通風(fēng)機(jī)葉輪探傷。(2)偶數(shù)小修時(shí)對后通風(fēng)機(jī)葉輪探傷。(3)中修時(shí)對前、后通風(fēng)機(jī)葉輪探傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年以來，共探傷葉輪497個(gè)，發(fā)現(xiàn)有裂紋的148個(gè)，及時(shí)進(jìn)行了更換檢修，徹底避免了因葉輪破損而造成的機(jī)故救援，確保了機(jī)車的安全正常運(yùn)用。
3.2 DF4B型機(jī)車油水溫度偏高
“防暑降溫”是人們多年來用以保護(hù)身體和防止發(fā)生意外的重要舉措。內(nèi)燃機(jī)車和人的身體一樣，也需要“防暑降溫”的有效手段來保護(hù)。進(jìn)入炎熱的酷暑夏季，由于環(huán)境溫度的明顯升高，對大交路、大功率的DF4B型內(nèi)燃機(jī)車來說，很容易產(chǎn)生油水溫度偏高甚至卸載或停機(jī)慣性故障，對鐵路安全運(yùn)輸構(gòu)成了一定的危險(xiǎn)。
在北方高原地區(qū)，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，內(nèi)燃機(jī)車?yán)硐牍ぷ鞯挠退疁囟葹?5～75℃，極限工作溫度為88℃。若油水溫度偏高，會(huì)導(dǎo)致機(jī)油粘度、機(jī)油壓力和柴油機(jī)組零部件機(jī)械性能同步下降，從而造成各摩擦副的非正常磨損，最終導(dǎo)致柴油機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和使用壽命下降。
高低溫冷卻水系統(tǒng)和靜液壓系統(tǒng)的根本任務(wù)就是保證柴油機(jī)組和潤滑機(jī)油得到合適的冷卻，以取得柴油機(jī)組的綜合最佳效益。
當(dāng)某臺(tái)機(jī)車產(chǎn)生油水溫度偏高故障時(shí)，應(yīng)該采取以下科學(xué)有效的簡單實(shí)用辦法加以消除。
(1)在油水溫度分別為65℃和75℃，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 r/min的情況下，確認(rèn)高低溫冷卻風(fēng)扇是否達(dá)到滿轉(zhuǎn)。確認(rèn)前必須要把冷卻單節(jié)V型架的兩個(gè)底門關(guān)好，把機(jī)械冷卻間兩側(cè)的手動(dòng)百葉窗打開。若機(jī)械冷卻間頂百葉處于垂直狀態(tài)，說明冷卻風(fēng)扇已經(jīng)達(dá)到滿轉(zhuǎn)，靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)正常;反之，冷卻風(fēng)扇沒有達(dá)到滿轉(zhuǎn)，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(yàn)靜液壓泵或馬達(dá)的容積效率，94%以下必須更換。
(2)在確認(rèn)排凈高低溫冷卻水系統(tǒng)冷卻單節(jié)空氣的前提下，當(dāng)機(jī)車油水溫度為65℃左右時(shí)，用手摸或用點(diǎn)溫計(jì)檢測高低溫冷卻單節(jié)的溫度，若冷卻單節(jié)之間的溫差較大，說明溫度較高的冷卻單節(jié)屬正常，溫度較低的冷卻單節(jié)屬不正常，應(yīng)及時(shí)更換。更換下來的冷卻單節(jié)進(jìn)行酸洗處理或報(bào)廢。若所有冷卻單節(jié)的溫度均偏低，則說明水系統(tǒng)流量較低，一般來說是因?yàn)槟嬷归y經(jīng)長時(shí)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(jié)，若不拆除機(jī)械冷卻間自動(dòng)百葉窗空氣濾芯，會(huì)明顯減少通過所有高低溫冷卻單節(jié)上部的進(jìn)風(fēng)量，從而導(dǎo)致散熱效果差、油水溫度高。因此進(jìn)入夏季后，必須要拆除機(jī)械冷卻間自動(dòng)百葉窗空氣濾芯，同時(shí)手動(dòng)側(cè)百葉要處于常開狀態(tài)，冷卻單節(jié)V型架的兩個(gè)底門要處于常閉狀態(tài)，使冷卻單節(jié)整體處在良好的通風(fēng)狀態(tài)，確保冷卻水和潤滑機(jī)油溫度正常。 (4)若冷卻單節(jié)外表較臟、灰塵較多，則要在冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最高、通過冷卻單節(jié)的風(fēng)流量最大時(shí)，用500KPa左右的壓縮空氣對所有冷卻單節(jié)進(jìn)行徹底的“吹風(fēng)”處理，或用壓力清洗液對所有冷卻單節(jié)進(jìn)行徹底的“沖洗”處理。這樣會(huì)明顯提高散熱效率，有效降低油水溫度。
(5)在機(jī)車運(yùn)用中應(yīng)注意熱交換器的冷卻效果。如果冬季機(jī)油溫度經(jīng)常高于80℃，夏季機(jī)油溫度經(jīng)常高于85℃時(shí)，應(yīng)更換新品或解體檢查修理。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，只有個(gè)別機(jī)車存在冷卻風(fēng)扇未達(dá)到滿轉(zhuǎn)、水系統(tǒng)流量較低、冷卻單節(jié)或熱交換器不合格的情況，95%以上的機(jī)車油水溫度偏高故障，都是通過加強(qiáng)冷卻單節(jié)通風(fēng)或清除冷卻單節(jié)灰塵污垢的辦法來消除的，“防暑降溫”效果顯著，保證了機(jī)車的安全正常運(yùn)用。
3.3 GKD3型機(jī)車?yán)鋮s水泵水封漏水
GKD3型機(jī)車?yán)鋮s水泵水封漏水屬頻發(fā)慣性故障，不但在檢修中造成一定的材料浪費(fèi)和無謂的勞動(dòng)付出，而且還嚴(yán)重影響了調(diào)車作業(yè)和鐵路正常運(yùn)輸。
針對上述情況，我們對水泵水封密封機(jī)理進(jìn)行了全面分析研究。水泵水封由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)和圓彈簧組成，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)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(dòng)環(huán)與靜環(huán)間的軸向壓力為17N。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)用后，彈簧彈力發(fā)生疲勞性衰減，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)間的軸向壓力下降到17N以下時(shí)，就可能導(dǎo)致水封漏水。通過以上分析，若不改變水封動(dòng)靜環(huán)和彈簧外徑與簧徑，而適當(dāng)增加彈簧自由高度，提高水封動(dòng)靜環(huán)間的軸向壓力，是實(shí)現(xiàn)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(dòng)靜環(huán)間的軸向壓力達(dá)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(jī)車?yán)鋮s水泵原水封三個(gè)月左右就產(chǎn)生漏水故障，技改后可確保兩年以上正常使用，彌補(bǔ)了機(jī)車廠的設(shè)計(jì)制造缺陷。包神鐵路公司現(xiàn)有6臺(tái)GKD3型機(jī)車，全年可減少更換水泵水封48次左右，不但能確保機(jī)車調(diào)車作業(yè)和鐵路運(yùn)輸正常進(jìn)行，有效減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還能節(jié)約綜合檢修費(fèi)用三萬多元。
3.4 7667、7668機(jī)車靜液壓馬達(dá)軸承破損
靜液壓系統(tǒng)是DF4B型機(jī)車的重要組成部分，是確保柴油機(jī)安全正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。針對7667、7668內(nèi)燃機(jī)車靜液壓馬達(dá)在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生有異音或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的慣性故障，我們進(jìn)行了全面細(xì)致的分析研究，確認(rèn)靜液壓馬達(dá)軸承潤滑不良是造成故障的根本原因。
靜液壓馬達(dá)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(jīng)芯軸和主軸φ4mm細(xì)長小孔后，流入前泵體內(nèi)對其潤滑，再經(jīng)回油位排回靜液壓油箱。7667、7668內(nèi)燃機(jī)車原有的靜液壓馬達(dá)回油位設(shè)在下面的后泵體上，而三盤軸承是裝在其上面的前泵體內(nèi)，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(jié)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(tài)，軸承內(nèi)外圈滾道及滾珠達(dá)到了點(diǎn)蝕剝離的程度。對此，我們采取提高馬達(dá)潤滑油回油位的技術(shù)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(nèi)的所有軸承處于滿容積油浴潤滑狀態(tài)，從而徹底解決了馬達(dá)軸承潤滑不良、使用壽命短的問題，達(dá)到機(jī)車安全運(yùn)用和降低檢修成本的目的。圖1為靜液壓馬達(dá)潤滑油回油位技改示意圖。
圖1 靜液壓馬達(dá)潤滑油回油位技改示意圖
1-技改前潤滑油回油位;2-馬達(dá)進(jìn)油口;3-馬達(dá)回油口;4馬達(dá)后泵體;
5-軸承;6-技改后潤滑油回油位;7馬達(dá)前泵體;
8-馬達(dá)安裝支架;9-冷卻風(fēng)扇。
7667、7668機(jī)車靜液壓馬達(dá)潤滑油回油位技改后效果良好，徹底消除了兩臺(tái)機(jī)車靜液壓馬達(dá)的慣性故障，彌補(bǔ)了機(jī)車廠的設(shè)計(jì)制造缺陷，每年可節(jié)約綜合檢修費(fèi)用八萬多元，為機(jī)車正常運(yùn)用創(chuàng)造了技術(shù)條件。
3.5 液力動(dòng)車組玻璃電氣傳動(dòng)裝置電機(jī)燒損
液力動(dòng)車組玻璃的上下移動(dòng)原以電機(jī)為動(dòng)力源，通過鏈輪鏈條傳動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)，多次產(chǎn)生電機(jī)燒損機(jī)故，給檢修帶來了很大的麻煩。驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號為ZD2730(QDSF160B)，是免維護(hù)永磁性直流電機(jī)，現(xiàn)沒有專門制造廠家。若委外檢修燒損的電機(jī)，一是不能保證檢修進(jìn)度，二是需支付很高的檢修費(fèi)用，三是修復(fù)后仍然存在電機(jī)燒損的可能。經(jīng)全面綜合分析比較，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用和安全可靠角度出發(fā)，我們選擇在原有傳動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上，實(shí)施了手動(dòng)取代電動(dòng)的技術(shù)改造方案?？紤]到安裝空間特別狹小的實(shí)際情況，為確保傳動(dòng)精度和強(qiáng)度，將鏈輪與新加工的細(xì)小手柄傳動(dòng)軸采用過渡配合后再進(jìn)行焊接的形式連在一起，用雙螺母防松的方式調(diào)整小鏈輪側(cè)面間隙，實(shí)現(xiàn)鏈輪與手柄傳動(dòng)軸的軸向定位。手柄與傳動(dòng)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(dòng)軸與手柄的影響，側(cè)壁電暖氣采用了向下移動(dòng)的方式。
經(jīng)過機(jī)加工、焊接、調(diào)整、修理和組裝程序后，對動(dòng)車4012A端側(cè)窗玻璃升降傳動(dòng)裝置進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，玻璃升降靈活自如，上下定位穩(wěn)定可靠，徹底消除了原設(shè)計(jì)電氣傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)燒損的機(jī)故，為以后的機(jī)車檢修奠定了良好的基礎(chǔ)。
3.6 增設(shè)內(nèi)燃機(jī)車補(bǔ)水系統(tǒng)
內(nèi)燃機(jī)車原設(shè)計(jì)的補(bǔ)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(bǔ)入機(jī)車水系統(tǒng)。在電氣化鐵路，由于 25kv高壓接觸網(wǎng)危險(xiǎn)源的存在，若機(jī)車乘務(wù)員還象以前那樣登上車頂補(bǔ)水，會(huì)產(chǎn)生非常致命的危險(xiǎn)。對此，我們決定增設(shè)內(nèi)燃機(jī)車補(bǔ)水系統(tǒng)，絕對禁止機(jī)車乘務(wù)員登車頂補(bǔ)水。若設(shè)置獨(dú)立的補(bǔ)水系統(tǒng)，必須要重新安裝水泵、管路系統(tǒng)、電器線路及控制裝置，不但造成很大的材料和人工浪費(fèi)，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(shí)現(xiàn)補(bǔ)水，我們實(shí)施了利用預(yù)熱鍋爐水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水的技術(shù)方案，通過在預(yù)熱鍋爐循環(huán)水泵吸水口和高低溫水管閥門之間加裝一個(gè)帶閥門的補(bǔ)水支管，啟動(dòng)循環(huán)水泵進(jìn)行補(bǔ)水。補(bǔ)水時(shí)，高低溫水系統(tǒng)通往預(yù)熱鍋爐循環(huán)水泵的管路閥門必須在關(guān)閉狀態(tài)，預(yù)熱鍋爐通往高低溫水系統(tǒng)的管路閥門必須在打開狀態(tài)。操作時(shí)先把補(bǔ)水軟管插入水桶，然后閉合循環(huán)水泵開關(guān)使其運(yùn)轉(zhuǎn)，擰開補(bǔ)水閥門進(jìn)行補(bǔ)水。補(bǔ)水完畢后，首先將補(bǔ)水閥門關(guān)閉，然后再斷開循環(huán)水泵開關(guān)使其停止運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2為內(nèi)燃機(jī)車補(bǔ)水系統(tǒng)示意圖。
圖2 內(nèi)燃機(jī)車補(bǔ)水系統(tǒng)示意圖
1-膨脹水箱;2-低溫進(jìn)水閥;3-高溫進(jìn)水閥;4-柴油機(jī)低溫水系統(tǒng);
5-低溫出水閥;6-循環(huán)水泵;7-預(yù)熱鍋爐;8-補(bǔ)水閥;9-補(bǔ)水桶;
10-柴油機(jī)高溫水系統(tǒng);11-高溫出水閥。
通過實(shí)施上述技術(shù)方案，圓滿地達(dá)到了內(nèi)燃機(jī)車安全補(bǔ)水的目的。該方案結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用可靠，費(fèi)用很低，包神鐵路公司所有內(nèi)燃機(jī)車增設(shè)補(bǔ)水系統(tǒng)的綜合費(fèi)用僅為2.4萬元。
4 結(jié)論
經(jīng)過對內(nèi)燃機(jī)車機(jī)故消除實(shí)用技術(shù)的可行性研究，找到了解決問題的科學(xué)依據(jù)和新途徑。實(shí)踐證明，一些簡單實(shí)用技術(shù)的有效應(yīng)用，在消除機(jī)故和技改中發(fā)揮了重要的作用，提高了內(nèi)燃機(jī)車的安全系數(shù)，降低了機(jī)車檢修成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有較大的實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用空間。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：王景海(1970―)，內(nèi)蒙古通遼人，工程師。
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