章仕明

(中國鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 長(zhǎng)沙機(jī)務(wù)段， 長(zhǎng)沙 410001)

DF4D型機(jī)車自上線運(yùn)行以來，各配屬長(zhǎng)沙機(jī)務(wù)段即普遍反映存在柴油機(jī)潤(rùn)滑油因黏度上升而超標(biāo)換油的慣性故障。長(zhǎng)沙機(jī)務(wù)段自1997年開始在全路率先配屬使用該型機(jī)車，至1999年柴油機(jī)潤(rùn)滑油因黏度上升而超標(biāo)換油的現(xiàn)象即表現(xiàn)得異常突出。為降低機(jī)車運(yùn)用成本，長(zhǎng)沙機(jī)務(wù)段自1999年12月開始對(duì)這一問題進(jìn)行攻關(guān)。通過對(duì)機(jī)車換油數(shù)據(jù)與機(jī)車狀態(tài)檢查結(jié)果的分析[1]，我們發(fā)現(xiàn)引起柴油機(jī)潤(rùn)滑油黏度上升的主要原因就是柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速(700,800 r/min)功率高，且換油公里與柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速的功率值有明顯的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過采取控制柴油機(jī)功率曲線的措施，使柴油機(jī)潤(rùn)滑油因黏度上升而超標(biāo)換油的現(xiàn)象得到了有效控制。

但自2010年開始，這一問題又變得突出起來。從2011年11月長(zhǎng)沙機(jī)務(wù)段恢復(fù)成立以來，即組織對(duì)該故障進(jìn)行攻關(guān)，仍采取1999年提出的控制柴油機(jī)功率曲線的措施。通過一年多的故障攻關(guān)活動(dòng)，取得了明顯的效果，不僅換油臺(tái)數(shù)下降明顯，機(jī)車質(zhì)量也明顯提高。但2012年因黏度上升而超標(biāo)換油的總數(shù)量仍高達(dá)70臺(tái)次，說明故障沒有根本解決，還有待進(jìn)一步的研究。

1 問題的提出

在2012年攻關(guān)活動(dòng)中，DF4D型機(jī)車在功率調(diào)整過程中，暴露出以下問題：一是部分機(jī)車存在功率曲線調(diào)整困難；二是部分機(jī)車根本無法調(diào)整至段修規(guī)程規(guī)定的范圍。

功率調(diào)整困難表現(xiàn)在作用頂桿、偏心輪、懸掛點(diǎn)3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置要反復(fù)調(diào)整，尤其是偏心輪的位置調(diào)整起來比較困難，更增加了調(diào)整的難度。

功率曲線無法調(diào)整的問題，則表現(xiàn)在無法同時(shí)滿足段修規(guī)程對(duì)柴油機(jī)800,900,1 000 r/min 3個(gè)點(diǎn)的功率要求，最后只能優(yōu)先保證柴油機(jī)1 000 r/min的功率，而犧牲對(duì)其他兩個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)的要求。甚至出現(xiàn)過柴油機(jī)1 000 r/min 的功率根本無法達(dá)到要求的情況。在2012年有兩臺(tái)機(jī)車在處理過程中，功調(diào)螺栓與作用頂桿咬合到極限位置，柴油機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的功率仍達(dá)不到要求，最后只好取消鎖緊螺母以增大調(diào)整范圍，調(diào)整結(jié)束以后再將功調(diào)螺栓與作用頂桿焊接在一起，才解決問題。且此種情況下柴油機(jī)800 r/min的功率值都超過段修規(guī)程的上限值。

鑒于長(zhǎng)沙機(jī)務(wù)段針對(duì)DF4D型機(jī)車柴油機(jī)潤(rùn)滑油因黏度上升而超標(biāo)換油故障所采取的攻關(guān)措施，都是圍繞如何保證DF4D型機(jī)車柴油機(jī)功率曲線而開展的。故功率曲線無法調(diào)整以及調(diào)整困難，對(duì)DF4D型機(jī)車柴油機(jī)潤(rùn)滑油因黏度上升而超標(biāo)換油的攻關(guān)活動(dòng)而言，不僅不利于攻關(guān)活動(dòng)的進(jìn)一步深化，也不利于已有攻關(guān)成果的鞏固。

因此，解決柴油機(jī)功率曲線調(diào)整問題，對(duì)節(jié)約成本，提高機(jī)車質(zhì)量，都有重要意義。

2 原因分析

2.1 聯(lián)合調(diào)節(jié)器恒功率調(diào)節(jié)的基本原理

圖1所示為聯(lián)合調(diào)節(jié)器功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖。調(diào)整結(jié)束以后，在柴油機(jī)恒功率工作區(qū)域的任意柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值下，柴油機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)偏心輪的位置是不變的。因此，在調(diào)速器的恒功率調(diào)節(jié)區(qū)域，功調(diào)輪的位置(對(duì)應(yīng)一定的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值)發(fā)生變化時(shí)，只有通過功調(diào)螺栓支點(diǎn)銷的位置(對(duì)應(yīng)柴油機(jī)高壓油泵的供油量)變化，才能使偏心輪回到柴油機(jī)穩(wěn)定工作的位置。也即柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值給定，功調(diào)螺栓支點(diǎn)銷的位置(高壓油泵的供油量)也就給定了，以此保證在柴油機(jī)恒功率工作區(qū)域的任意柴油機(jī)轉(zhuǎn)速值下，柴油機(jī)的功率不變。

1-功調(diào)螺栓支點(diǎn)銷；2-功調(diào)螺栓； 3-鎖緊螺母；4-作用頂桿；5-偏心輪； 6-功率滑閥；7-連接板；8-懸掛點(diǎn)； 9-連扳；10-功調(diào)輪。圖1 聯(lián)合調(diào)節(jié)器功率調(diào)節(jié) 系統(tǒng)示意圖

同時(shí)，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以看作是以偏心輪與懸掛點(diǎn)為聯(lián)合支點(diǎn)的雙支點(diǎn)杠桿系統(tǒng)。正是雙支點(diǎn)的存在，一是保證了系統(tǒng)的柔性，使得功率調(diào)節(jié)過程中功率滑閥可以垂直上下運(yùn)動(dòng)；二是在懸掛點(diǎn)、偏心輪的位置整定以后，對(duì)應(yīng)功調(diào)輪不同的位置，有與之對(duì)應(yīng)的杠桿比(功調(diào)螺栓支點(diǎn)銷位移/功調(diào)輪位移)，也由此確定了柴油機(jī)的功率曲線。通過調(diào)整懸掛點(diǎn)、偏心輪的位置，即可以改變這一系統(tǒng)在功調(diào)輪位置不變時(shí)的杠桿比，也就改變了柴油機(jī)的功率曲線。

調(diào)整功調(diào)螺栓支點(diǎn)銷的位置對(duì)柴油機(jī)功率曲線進(jìn)行調(diào)整時(shí)，如縮短功調(diào)螺栓與作用頂桿螺紋咬合長(zhǎng)度，不管功率調(diào)整輪在什么位置，為保證偏心輪在穩(wěn)定工作狀態(tài)，都需要作用頂桿向上增加相應(yīng)的位移，亦即增加高壓油泵一定的刻線值；反之增加功調(diào)螺栓與作用頂桿螺紋咬合長(zhǎng)度，則為保證偏心輪在穩(wěn)定工作狀態(tài)，須減少高壓油泵一定的刻線值。

2.2 產(chǎn)生前述故障的根源

通過對(duì)柴油機(jī)功率曲線調(diào)整困難以及功率曲線根本無法調(diào)整至段修規(guī)程規(guī)定范圍的機(jī)車進(jìn)行認(rèn)真檢查，所有機(jī)車都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是與機(jī)車正常情況下同一工況比較，無論是空載還是負(fù)載，柴油機(jī)高壓油泵的刻線都偏大。據(jù)聯(lián)合調(diào)節(jié)器恒功率調(diào)節(jié)的基本原理進(jìn)行分析，可以得出結(jié)論，高壓油泵的性能下降后，為滿足柴油機(jī)1 000 r/min時(shí)功率的需要，要求的高壓油泵刻線增大，要達(dá)到這一目的，一是通過調(diào)整懸掛點(diǎn)與偏心輪的位置，增大功調(diào)系統(tǒng)的杠桿比；二是通過調(diào)整，縮短功調(diào)螺栓與作用頂桿螺紋咬合長(zhǎng)度，增加高壓油泵一定的刻線值。由于調(diào)速器功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)杠桿比調(diào)節(jié)范圍的限制，在滿足柴油機(jī)1 000 r/min時(shí)功率的情況下，功調(diào)螺栓與作用頂桿螺紋咬合長(zhǎng)度需要縮短的值過大，其結(jié)果，一是造成柴油機(jī)800 r/min時(shí)功率高；二是如需要縮短的功調(diào)螺栓與作用頂桿螺紋咬合長(zhǎng)度過長(zhǎng)，功調(diào)螺栓與作用頂桿咬合到極限位置也無法滿足要求，造成柴油機(jī)1 000 r/min的功率根本無法達(dá)到要求。

3 解決方案

要解決以上問題，最根本的途徑無疑是提高高壓油泵的質(zhì)量。但要在短時(shí)間內(nèi)徹底解決高壓油泵的存在問題，則不僅工作量巨大，而且費(fèi)用昂貴。因此，有最終采取通過對(duì)調(diào)速器功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)加以改進(jìn)的方式，先解決柴油機(jī)功率曲線調(diào)整的問題，再逐步解決高壓油泵性能下降的問題。

根據(jù)前述分析，采取針對(duì)性的解決方案:

(1)對(duì)調(diào)速器功率調(diào)節(jié)聯(lián)合杠桿進(jìn)行改進(jìn)，以增大功調(diào)系統(tǒng)杠桿比的調(diào)整范圍。

(2)對(duì)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用頂桿進(jìn)行改進(jìn)，適當(dāng)減少作用頂桿的長(zhǎng)度，使通過功調(diào)螺栓與作用頂桿螺紋咬合長(zhǎng)度進(jìn)行功率調(diào)整時(shí)，增加高壓油泵刻線值的調(diào)整范圍。

該方案僅是在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，無論是對(duì)杠桿比還是對(duì)高壓油泵刻線值的調(diào)整范圍，都只是增大了調(diào)整范圍，原有調(diào)整范圍仍包含在改進(jìn)以后的方案之中，原有設(shè)計(jì)的調(diào)整范圍內(nèi)的所有調(diào)整點(diǎn)，在改進(jìn)后能完全再現(xiàn)。

4 實(shí)施與效果

采用前述方案，在10臺(tái)存在前述問題的DF4D型機(jī)車上進(jìn)行試驗(yàn)，取得了立竿見影的效果，不僅前述問題都得到了徹底的解決，而且功率曲線調(diào)整變得更加容易，由原來的專業(yè)技術(shù)問題，變成了班組人員都能調(diào)整的簡(jiǎn)單問題。

2013年對(duì)所有的機(jī)車都按此方案進(jìn)行了改進(jìn)，取得了一樣的效果。

通過以上改進(jìn)，使得2012年開始的減少DF4D型機(jī)車黏度超標(biāo)換油臺(tái)數(shù)的故障攻關(guān)取得了進(jìn)一步的成果，經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。表1所示為2012～2017年DF4D型機(jī)車黏度超標(biāo)換油數(shù)據(jù)。

由表1數(shù)據(jù)可以看出，DF4D型機(jī)車黏度超標(biāo)產(chǎn)生的換油量按每千機(jī)公里計(jì)算，與2012年比較，除2016年因走行千機(jī)公里數(shù)大幅下降造成一定的波動(dòng)以外，2013年至2017年，呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢(shì)。充分說明方案的有效性，同時(shí)由于改進(jìn)后柴油機(jī)功率曲線的調(diào)整比改進(jìn)前變得簡(jiǎn)單，使得問題的解決很徹底，未出現(xiàn)反復(fù)。

表1 DF4D型機(jī)車黏度超標(biāo)換油數(shù)據(jù)