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        軌道除雪車(chē)低溫冷啟動(dòng)系統(tǒng)

        2014-12-23 05:48:32
        科技視界 2014年6期
        關(guān)鍵詞:防凍液冷啟動(dòng)雪車(chē)

        張 銜

        (昆明中鐵大型養(yǎng)路機(jī)械集團(tuán)有限公司研究院,云南 昆明 650215)

        0 簡(jiǎn)介

        軌道除雪車(chē)是根據(jù)原鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃:鐵路防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)深化研究-鐵路線路除雪專(zhuān)用裝備與技術(shù)研究(合同編號(hào):2011G017-E)要求進(jìn)行研制,主要針對(duì)高速鐵路軌道板上表面至軌面以上250mm 的積雪進(jìn)行清除作業(yè)的專(zhuān)用除雪裝備,非除雪工況也可以作為牽引車(chē)使用。

        1 軌道除雪車(chē)工況特點(diǎn)及動(dòng)力配置

        軌道除雪車(chē)作為高鐵專(zhuān)用除雪裝備,除雪作業(yè)工況的環(huán)境溫度一般在-35℃-0℃之間。作為保障型除雪作業(yè)時(shí),除雪作業(yè)時(shí)間一般在凌晨1 點(diǎn)至6 點(diǎn)之間,不作業(yè)時(shí)單機(jī)高速自行離開(kāi)作業(yè)區(qū)段,停靠于站線或?qū)S镁€待命;作為搶險(xiǎn)型除雪作業(yè)時(shí),作業(yè)時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定,需要作業(yè)時(shí)一般從停靠地點(diǎn)單機(jī)自行進(jìn)入作業(yè)區(qū)段進(jìn)行除雪作業(yè),作業(yè)任務(wù)結(jié)束后根據(jù)調(diào)度命令自行離開(kāi)作業(yè)區(qū)段。

        根據(jù)軌道除雪車(chē)的作業(yè)特點(diǎn)和運(yùn)行安全可靠性要求,動(dòng)力系統(tǒng)的配置至少需要滿(mǎn)足以下三點(diǎn)要求:①軌道除雪車(chē)必須具備雙動(dòng)力系統(tǒng),以確保在單機(jī)自運(yùn)行過(guò)程中任意一套動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),另一套動(dòng)力系統(tǒng)能夠確保軌道除雪車(chē)高速自行離開(kāi)作業(yè)區(qū)段。②軌道除雪車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)必須具備良好的低溫冷啟動(dòng)性能,特別是外部無(wú)法提供交流電源的情況下也能在-35℃的低溫條件下順利啟動(dòng)。③軌道除雪車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)需要在主發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下,提供持續(xù)電源以滿(mǎn)足操作人員的保暖、檢修、照明等需求。軌道除雪車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)主要包括:2 臺(tái)額定功率為500kW 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、1 臺(tái)額定功率為30kVA 的柴油發(fā)電機(jī)組、以及滿(mǎn)足安裝、啟動(dòng)等需求的相關(guān)部件,其布局情況見(jiàn)圖1。

        2 動(dòng)力系統(tǒng)低溫冷啟動(dòng)措施及啟動(dòng)方案

        2.1 影響軌道除雪車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)低溫啟動(dòng)性能的主要因素

        軌道除雪車(chē)作業(yè)環(huán)境最低的溫度要求為-35℃,非作業(yè)狀態(tài)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組一般處于停機(jī)狀態(tài)且停機(jī)時(shí)間無(wú)法確定。??坑谡揪€和備用線,無(wú)法保證啟動(dòng)前有外接電源可以提供。綜合以上情況,影響軌道除雪車(chē)低溫冷啟動(dòng)性能的主要因素包括以下幾個(gè)方面:

        圖1 動(dòng)力系統(tǒng)布局圖

        ①吸氣溫度及氣缸內(nèi)環(huán)境溫度過(guò)低(可能達(dá)到-35℃),導(dǎo)致壓縮終點(diǎn)溫度下降,著火性能差,滯燃期較長(zhǎng),導(dǎo)致冷啟動(dòng)性能不好;②隨著環(huán)境溫度的減低,發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油粘度增大,流動(dòng)性變差,增加了曲軸的旋轉(zhuǎn)阻力,使發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能下降。③隨著環(huán)境溫度的下降,啟動(dòng)蓄電池的容量和端電壓均下降,必然導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩減小,從而直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。④由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出端與分動(dòng)箱和液壓泵相連,隨著環(huán)境溫度的下降,液壓油粘度增加,驅(qū)動(dòng)泵的啟動(dòng)阻力增加,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)阻力也隨之增加,發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能下降。

        2.2 提高動(dòng)力系統(tǒng)低溫啟動(dòng)性能的措施

        提高動(dòng)力系統(tǒng)低溫冷啟動(dòng)性能的措施主要包括如下幾個(gè)方面:

        ①柴油、防凍液、柴機(jī)油必須選擇適應(yīng)低溫環(huán)境需求的型號(hào),環(huán)境溫度低于-30℃時(shí),柴油選擇-50#柴油,防凍液選擇FD-2 型長(zhǎng)效防凍液,柴機(jī)油選用SAE0W/40 型CG 以上級(jí)潤(rùn)滑油。

        ②發(fā)動(dòng)機(jī)配置低溫冷啟動(dòng)系統(tǒng),此系統(tǒng)可以根據(jù)外界溫度的變化自動(dòng)對(duì)進(jìn)氣預(yù)熱,預(yù)熱過(guò)程中預(yù)熱等常亮,待預(yù)熱完成后預(yù)熱燈熄滅,發(fā)動(dòng)機(jī)即可啟動(dòng),增加此套系統(tǒng)可以確保發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度高于-32℃時(shí)順利啟動(dòng)。其控制原理圖2:

        圖2 預(yù)熱系統(tǒng)控制原理圖

        ③柴油發(fā)電機(jī)組采用了交/直流水套水加熱系統(tǒng),當(dāng)外界可以提供220V 交流電時(shí),通過(guò)外界電源對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的防凍液進(jìn)行加熱,待防凍液溫度高于5℃后加熱指示發(fā)送信號(hào),啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。當(dāng)外界無(wú)法提供220V 交流電源時(shí),通過(guò)除雪車(chē)自帶電瓶(為兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)配置的啟動(dòng)電瓶)通過(guò)逆變器為柴油發(fā)電機(jī)組的防凍液進(jìn)行加熱,待加熱指示燈發(fā)送信號(hào)后啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。一旦柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)以后,發(fā)電機(jī)輸出電能對(duì)整車(chē)所有電瓶充電,柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)后利用柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)后產(chǎn)生的熱量對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力間進(jìn)行加熱。其控制原理如圖3。

        圖3 柴油發(fā)電機(jī)組預(yù)熱控制原理圖

        ④選用符合軍用級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)的的蓄電池作為軌道除雪車(chē)的啟動(dòng)電源,確保冷啟動(dòng)電流:-40℃時(shí),≥680A;且連續(xù)啟動(dòng)三次以后電池端電壓不低于20V。

        2.3 低溫環(huán)境冷啟動(dòng)方案

        根據(jù)環(huán)境和外部條件的不同,軌道除雪車(chē)低溫冷啟動(dòng)的啟動(dòng)方案包括如下二種方式:①當(dāng)環(huán)境溫度高于-30℃時(shí),利用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自帶的低溫冷啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),待發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后利用柴油發(fā)電機(jī)組的電瓶作為電源對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組防凍液進(jìn)行預(yù)熱,待防凍液溫度達(dá)到5℃以上后啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組。②當(dāng)環(huán)境溫度低于-35℃時(shí),首先推薦選擇外部電源對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行預(yù)熱,如果無(wú)法提供外部電源則選擇柴油發(fā)動(dòng)機(jī)自帶電瓶作為電源對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的防凍液進(jìn)行加熱,待防凍液溫度達(dá)到5℃以上后啟動(dòng)柴油發(fā)單機(jī)組。柴油發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)以后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)間加熱和電瓶充電,待發(fā)動(dòng)機(jī)間溫度達(dá)到-30℃以上且電瓶端電壓大于24V 以后,啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

        3 相關(guān)系統(tǒng)低溫冷啟動(dòng)配套措施

        由于低溫環(huán)境對(duì)液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)都會(huì)有影響,液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)在低溫環(huán)境下啟動(dòng)也需采取一定措施配合動(dòng)力系統(tǒng)低溫冷啟動(dòng)方案的實(shí)施。

        3.1 液壓系統(tǒng)低溫冷啟動(dòng)配套措施

        液壓系統(tǒng)在低溫冷啟動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之前需要手動(dòng)將液壓系統(tǒng)裝換至溢流加熱模式,在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)之初液壓油不會(huì)直接進(jìn)入液壓泵,而是通過(guò)溢流加熱系統(tǒng)對(duì)管路和液壓油箱內(nèi)的液壓油進(jìn)行溢流加熱。如果柴油發(fā)電機(jī)組處于啟動(dòng)狀態(tài),發(fā)電機(jī)組通過(guò)220V 電熱棒對(duì)液壓油箱內(nèi)部的液壓油進(jìn)行電加熱。待液壓油箱內(nèi)的液壓油溫高于-5℃后液壓系統(tǒng)自動(dòng)切換將進(jìn)入正常工作模式。采用上述措施一方面可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)阻力,另一方面也能確保液壓泵和液壓馬達(dá)不會(huì)由于液壓油粘度過(guò)大造成損壞。

        3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)低溫冷啟動(dòng)配套措施

        氣動(dòng)系統(tǒng)中的空壓機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng),為了防止空壓機(jī)與干燥器之間的管路由于低溫造成管路內(nèi)部結(jié)冰堵塞,一方面需要在進(jìn)入干燥器之前的管路加裝溢流閥防止空壓機(jī)過(guò)載,另一方面需要對(duì)干燥器之前的管路加裝加熱裝置,確保如果此段管路在正常運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。

        4 結(jié)論

        經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢驗(yàn)報(bào)告表明:軌道除雪車(chē)低溫冷啟動(dòng)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足軌道除雪車(chē)的作業(yè)和運(yùn)行工況需求,環(huán)境溫度為-35℃的情況下,動(dòng)力系統(tǒng)能在20 分鐘內(nèi)順利啟動(dòng)并進(jìn)入正常工作模式,目前樣機(jī)已在哈爾濱鐵路局管內(nèi)線路上使用并得到用戶(hù)的認(rèn)可。

        [1]李人憲.車(chē)用柴油機(jī)[M].2 版.北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

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