防止DF4B机车过长大隧道水温高而卸载初探.doc

防止DF4B机车过长大隧道水温高而卸载初探王杰华（柳州铁道职业技术学院 广西柳州 545007）【摘 要】DF4B机车过长大隧道时，往往因隧道内空气量少，而且空气中还夹杂大量的废气和油雾，使柴油机工作条件恶化以及影响冷却装置的正常工作，进而造成机车因水温过高而卸载，影响机车运行。本文对这一现象进行了分析，指出其产生的处所及原因，对解决方法进行初探。【关键词】长达隧道;柴油机;冷却装置;初探【作者简介】王杰华（1963-），女，湖南安乡人，柳州铁道职业技术学院机电工程系副教授，主要从事机车车辆研究。【收稿日期】2009-9-3【中图分类号】 U260 文章标识码 AOriginal Exploration for the Solutions in Case of Uninstall Due to High Temperature of Water When DF4B Engine Crosses Long and Big Tunnel Wang Jiehua(Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou Guangxi 545007)Abstract: When DF4B engine crosses long and big tunnel, the air inside is often rare and mixed with plentiful exhaust gas and oil mist, which makes the working conditions for diesel engine deteriorates as well as affects the normal function of cooling device. This would result in uninstall of the engine due to high temperature of water that influences the operation of engine. This paper analyzes this phenomenon and points out the location and reason for it, giving an original exploration for the solutions.Key words: Long and Big Tunnel; Diesel Engine; Cooling Device; Original Exploration一、问题的提出南宁铁路局东线，内燃机车工作环境恶劣，长大隧道多。在长大隧道内，机车的吸气温度相对过高，机车冷却能力明显不足，引起油、水温度过高而卸载。柳州机务段目前采取的应对措施是，将水温继电器的卸载动作值由88调高到96。这样做的后果，虽然能暂时解决问题，但是，在改变了原设计参数的同时，没有相应的辅助设施，将导致柴油机工作条件更为恶化，最终会影响柴油机的使用寿命。二、现象和后果（一）现象产生冷却系统水温过高现象，主要是指柴油机出口水温达到或超过88时，产生水温继电器动作，使柴油机自动卸载。（二）后果1、水温高造成的后果:（1）加速机油老化过程，缩短机油的使用寿命；（2）水温继电器动作，迫使柴油机自动卸载，影响正常的运输生产；（3）柴油机本身、机械间、冷却间的橡胶密封元件，密封性能降低，密封效果恶化，往往导致泄漏，严重导致机油乳化，稀释；（4）中冷器冷却水温过高，影响增压空气效果，造成柴油机燃烧恶化，机车经济性能大大降低。 2、油温高造成的后果：（1）机油粘度下降，油膜建立困难；（2）机油扭送化变质；过早报废；（3）机油压力不足，造成柴油机卸载，甚至停机；（4）机油系统的密封性能下降，有关橡胶密封圈会发生老化，失去效能导致漏油，严重的会发生机破、临修。三、机车冷却系统工作原理（一）冷却的重要性柴油机工作时，燃料所含热量的一部分（40%左右）转变为有效功，2030%的热量需由冷却装置散发到大气中去。随着柴油机功率的增大，要求冷却装置散发出的热量也要相应地增加。所以，大功率柴油机的冷却问题就显得十分突出。柴油机功率与冷却水温和机油温度间的关系：1、柴油机正常的机油温度为7585。在机油温度为75时，柴油机功率可达到1493KW；当机油温度下降到5355时，柴油机功率下降到13971420KW。2、冷却水温度宜在80左右，水温过低，柴油机功率会下降。这是由于油水温度过低将导致油的粘度增大，磨差损失增大。同时，冷却水带走的热量增多，结果造成有效功率下降。总之，柴油机冷却水和机油温度均应保持在正常的范围内，柴油机方能正常可靠地工作。（二）冷却水系统DF4B机车的冷却水系统为常温，开式循环系统，它主要由高低冷却水泵、膨胀水箱、冷却风扇、散热器及各种阀门、仪表、管路等组成。在柴油机工作时，曲轴通过泵传动装置带动水泵运转，将冷却水送入柴油机气缸套、气缸盖和前后增压器内进行冷却循环，其工作水温达6580，一般称为高温水系统。为了增加气缸内的空气充量，增压空气也用冷却水，其工作水温约为4060左右，一般低温水系统或中冷水系统。考虑到机车上散热器的布置，使高低温水系统的散热量基本平衡，因此将机油热交换器、静液压油热交换器等串联在低温水系统中，这也为机油的散热创造了良好条件有利于提高柴油机的可靠性。冷却水循环通路如图：冷却水系通过膨胀水箱与大气相通，为不使管系中水液汽化蒸发积聚在死角，以致造成机件局部过热，要求高温水系统的出口水温不超过88.一旦水温超过88，则由水温继电器控制，柴油机自动卸载。（三）冷却风扇静液压驱动冷却风扇采用静液压驱动，风扇的转速能根据柴油机的冷却要求，自动地进行无级调速，而且调速范围大。这不仅降低了柴油机的燃油消耗，而且也提高了柴油机的使用寿命，同时也减轻了司机在操纵上的劳动强度；部件由工作液体自身润滑，因而使维护方便；另外部件的尺寸小，传递的功率大，运用可靠；在机车上易于布置。其缺点是结构复杂，加工精度要求高；工作油压高达1020MPa，容易漏油；要有不少附属设备，整个装置的质量较大；对油质及滤清器要求高，要有单独的油路系统，当工作油温升高时，效率明显下降，最高效率仅为80%85%；当长期运行发生磨耗时，效率更要降低；制造成本高。DF4型内燃机车冷却风扇静液压驱动系统如图：冷却风扇静液压油箱静液压油热交换器温控阀安全阀静液压马达高压油管静液压油泵图-3DF4型内燃机车具有两个完全相同的冷却风扇驱动系统。该系统由静液压泵、温度控制阀安全阀、静液压马达、热交换器、油箱及其他管件组成。当柴油机运行时，柴油机曲轴通过静液压变速箱驱动静液压泵。静液压泵将油箱中的工作油经过高压管路送至静液压马达。静液压马达在高压油作用下直接带动冷却风扇转动。与此同时，高压油也流经安装在冷却水管路或机油管路上的温度控制阀和安装在高压管路与回油管路之间的安全阀。当柴油机冷却水温度、机油温度分别低于规定值不需要冷却时，温度控制阀处于开放状态，高压工作油经温度控制阀 、回流管流回油箱，而不到静液压马达。这时静液压马达处于无负荷工况下，消耗的功率极小。反之，当冷却水温度、机油温度分别上升到达规定值时，浸在冷却水或机油管路中的恒温元件起作用，温度控制阀开始工作，呈现部分关闭或完全关闭状态。这时，高压油就部分或全部进入静液压马达，因而带动冷却风扇以低速或全速转动。同时，高压油进入侧百叶窗控制油缸，推开侧百叶窗。工作油的回流经静液压油热交换器冷却以后流入油箱。若油、水温度下降到低于上述规定温度时，温度控制阀又起作用，使风扇转速下降或停止工作。同时，百叶窗在复原弹簧作用下被关闭。当柴油机起动或升速时，因温度控制阀工作油路关闭，液压系统高压管中出现短暂的油压冲击，当压力超过安全阀所调定的压力时，高压油经安全阀流回油箱。所以，安全阀起缓和冲击、避免系统过载、保证静液压系统安全可靠工作的作用。（四） 产生原因的分析因隧道内空气量不足，进入柴油机的冷却空气减少，气缸内的燃油雾化质量变差，后燃现象严重，排气温度升高，排气冒黑烟，排气管烧红，增压器转子超速。此外，柴油机零部件接触高温燃气的时间增长，热负荷增加，热损失增大，机油温度上升。冷却水经过气缸、气缸盖、前后增压器时，会有大部分的热量跟着冷却水到散热器散热。如果这时柴油机在高速运转中，散热器散热不良，就会造成柴油机因水温过高而卸载。四、解决的方法初探1、适当调高水温继电器动作值不失为治标的方法。但是，在调高继电器动作值之后，需增设辅助设施改进工作环境。柴油机的热源是燃烧室。控制好燃烧室各部件的冷却效果对控制冷却温度极为有效。燃烧室由气缸、气缸盖和活塞组成。活塞采取振荡式油冷，机油来自主机油泵。设想可以另外增设一台专门冷却活塞用的机油泵，对活塞头部的背面进行冷却，可加大机油的冷却速度，提高冷却效果。2、通过长达隧道时，可利用高低温水互窜，将一部分热量分给低温散热器散热，进而降低水温。（1）将机车右前高温散热器的出水口接入机车后右低温散热器组，最后，将机车后左低温散热器组的出水口分为两条支路：一条接入高温水系统的逆止阀处，另一条接入静液压油热交换器处。这样，高温系统的一部分热量通过低温系统散热到大气。（2）在两个独立的管系之间增设一阀门，可以沟通低温水系统与高温水系统。当机车过大隧道的时候，打开阀门，连通高、低温水系统，让低温水系统吸收部分高温水系统的水温，加快高温水系的散热，达到快速冷却的目的。当机车过了大隧道之后，再关闭高、低温水系之间的阀门，恢复原工作状态。3、可通过提高机车轴重来增加冷却单节，增大散热面积。目前东风4B型机车的散热器冷却单节采用长度为1360mm、深为204mm、宽度为154mm的管片式结构，重量为32.3kg。机车的轴重为23t，如果将机车的轴重改为25t或更大，就可解决因机车轴重限制增加单节来提高冷却效果的问题。而对于DF4D机车，其功率大，轴重小，大负荷运转极易发生空转，增加冷却单节相对也增加了粘着重量，减少发生空转几率。4、通过静液压系统的改进，使之适应高风量要求。风扇转速是由液压马达决定的，而马达转速又与液压泵及液压系统的控制系统（温度控制阀及安全阀）有关。增加风扇风量有两个途径：一是通过改变变速器传动比来提高泵的转速，从而实现在保证原风扇强度的前提下适当提高风扇转速。二是通过增加静液压系统工作压力来加大泵、马达功率，从而增加风扇功率。此两种方法均增加了静液压泵、马达的工作负荷。采用此法唯一的途径就是选用可靠性高的新型大容量液压泵、马达。5、对于机车过长大隧道水温过高而卸载，大多都是冷却系统故障造成的，要想减少与避免故障，应该多注意平时的维修和保养，在机车运用过程中，对冷却水系统的主要保养工作如下：（1）经常注意膨胀水箱的水位，应特别注意虚水位。（2）拧开空气稳压箱的排污阀，检验空气道中的油水情况。（3）甩车时应检验气缸的内油、水积聚量，如大量喷水，则应进行细致的检查，以防发生水锤破坏。柴油机停机较长再启动时，应重新甩车检查。（4）散热器表面经常保持清洁，在运用中防止散热片撞环和折角，以免影响散热效果。（5）允许水泵泄水腔管接头在额定转速下每分钟漏水5滴，若漏的水太多，需检查水封。五、结语以上是冷却系统改造的初探