劉旭東，盧丹，程豆豆，張旭

1.烏魯木齊城市軌道集團有限公司，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000

0 引言

烏魯木齊地鐵1號線現(xiàn)有內(nèi)燃機車4臺，2臺JMY600FX6(B)G5型機車重聯(lián)后主要用于隧道內(nèi)作業(yè)，2臺JMY580FXH(B)型機車主要用于段內(nèi)調(diào)車。4臺內(nèi)燃機車在使用過程中出現(xiàn)不同程度的柴油機排氣歧管滲漏黑油現(xiàn)象，其中JMY600FX6(B)G5型機車的滲漏較為嚴(yán)重。

許多學(xué)者對發(fā)動機岐管滲漏問題進行了研究。郭旺喜等[1]針對柴油機渦輪增壓器壓端漏油故障，提出了增壓器軸封改進方案；高永春等[2]、馬呈新等[3]針對柴油機排氣歧管漏機油現(xiàn)象，對活塞油環(huán)槽上下側(cè)面直線度、油環(huán)槽油帶以及油環(huán)槽下側(cè)面中的回油孔、泄油槽等參數(shù)進行了優(yōu)化；危艷云[4]、趙敏敏等[5]對柴油機增壓器漏油原因進行了深入分析，并提出了壓氣機殼密封圈優(yōu)化方案；佐藤操等[6]針對DMF11HZ型柴油機排氣管接合部漏油引起冒煙、滲油等問題，研制了帶內(nèi)套的波紋管式接頭和改進型墊片；陳曦等[7]針對發(fā)動機在長時間怠速工況下運行時排氣管中機油泄露程度和來源情況，設(shè)計了一種排氣歧管淌油試驗方法；袁泉等[8]通過仿真分析認(rèn)為，排氣歧管在熱機工況下發(fā)生塑性變形，冷機工況時變形不能自由恢復(fù)至原狀態(tài)，反復(fù)拉壓力作用容易使之產(chǎn)生疲勞失效；佟占杰[9]從結(jié)構(gòu)、裝配、配件等方面分析了柴油機用VTC254-13型增壓器漏油的原因，對油封結(jié)構(gòu)進行了改進，并提出了其他工藝措施；郭志強等[10]基于流動仿真模型，對比分析了不同結(jié)構(gòu)甩油環(huán)下的增壓器漏油情況，得出高速條件下，離心泵甩油環(huán)可以有效改善造成漏油的壓力分布；黃海等[11]研究了柴油機活塞環(huán)與氣缸壁、氣門桿和增壓器軸承間竄油氣現(xiàn)象，提出了一種油氣分離器優(yōu)化方案；唐克遠(yuǎn)等[12]、趙新武等[13]分析了某天燃?xì)獍l(fā)動機排氣歧管漏氣、漏油故障，認(rèn)為在高溫條件下長期運轉(zhuǎn)造成排氣歧管彎曲變形，從而使排氣歧管法蘭無法有效密封，并設(shè)計了新的分段式排氣管方案；王博等[14]對渦輪增壓器漏油失效的機理及原因進行了分析，介紹了增壓器內(nèi)部壓力測試方法以及數(shù)據(jù)分析情況；黃澤好等[15]針對某發(fā)動機排氣歧管局部出現(xiàn)開裂問題開展了仿真研究，根據(jù)仿真結(jié)果對排氣歧管在結(jié)構(gòu)上進行了改進，減小了熱應(yīng)力和塑性變形。上述發(fā)動機排氣歧管滲漏的改進方法都需要對排氣管或增壓器等硬件進行改造，對專業(yè)技術(shù)要求高、成本大。本文中提出一種在機車怠速工況下提高柴油機負(fù)載的方法，使柴油機迅速達(dá)到正常工作溫度，柴油機的密封件發(fā)揮作用，有效解決排氣岐管黑油滲漏問題。

1 故障現(xiàn)象及原因分析

某內(nèi)燃機車用廢氣渦輪增壓電噴柴油機為水冷、四沖程、直列六缸主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 內(nèi)燃機車用柴油機主要技術(shù)參數(shù)

1.1 故障現(xiàn)象

JMY600FX6(B)G5型內(nèi)燃機車在段內(nèi)調(diào)車作業(yè)、怠速熱備工況和正線低負(fù)載作業(yè)時，排氣歧管各連接處存在較嚴(yán)重的黑油滲漏現(xiàn)象。滲漏的黑油一部分直接滴在排氣歧管下方部件上，另一部分被高溫的排氣歧管蒸發(fā)形成煙霧，正線作業(yè)時觸發(fā)2次煙霧報警。黑油滲漏故障現(xiàn)象如圖1所示。

圖1 柴油機滲漏黑油故障現(xiàn)象

1.2 原因分析

發(fā)動機長時間在低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷工況下運行時，其實際溫度低于額定負(fù)載工況時的工作溫度，此時活塞環(huán)沒有充分膨脹，活塞與氣缸間隙較大，與發(fā)動機運行在額定負(fù)載工況時相比，較多機油進入氣缸[11]。低負(fù)載時，排氣溫度較低，排氣歧管沒有充分膨脹，排氣歧管連接處的密封效果無法達(dá)到最佳工作狀態(tài)，沒有完全燃燒掉的機油、煙塵以及部分燃油形成的混合物(黑油)從排氣歧管部位滲漏。

2 解決措施

為使機車在起動后迅速達(dá)到額定負(fù)載工況，使活塞環(huán)和排氣歧管能夠充分膨脹，修改柴油機加載控制程序，控制流程圖如圖2所示。

圖2 控制流程圖

2.1 自動加載

機車加裝制動缸壓力繼電器，在司機臺左側(cè)板鉆3個直徑為7 mm的孔，使繼電器中心距離司機臺側(cè)邊和地板鋼架分別為460、730 mm，安裝示意如圖3所示(圖中單位為mm)。機車每次起動時，在制動狀態(tài)，即制動缸壓力p>0.35 MPa，當(dāng)機車速度低于0.2 km/h時，司控器油門手柄置0位，方向手柄在非0位，傳動箱擋位為0，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為850 r/min的低怠速工況下工作2 min，自動將機車擋位升至前進2擋，柴油機轉(zhuǎn)速升高至1000 r/min，運行10 min，然后解除自動加載。當(dāng)柴油機怠速工作超過2 h，自動加載條件均滿足時，柴油發(fā)動機重新自動加載10 min，如此反復(fù)。

圖3 壓力繼電器安裝示意圖

2.2 自動加載解除

當(dāng)機車速度不低于0.2 km/h時或制動狀態(tài)、司控器油門手柄設(shè)置在0位以及傳動箱擋位為0位等4個條件中任何一個不能滿足時，解除自動加載。

2.3 結(jié)構(gòu)改進

新增制動缸壓力開關(guān)4KP，常開觸點信號接入可編程控制器(programmable logic controller,PLC)備用輸入端子。制動缸壓力開關(guān)用于判斷制動閥是否在常用全制動位，作為確定自動加載的條件之一。當(dāng)制動缸壓力大于0.35 MPa時，壓力開關(guān)4KP常開觸點閉合。更新后的控制原理如圖4所示。修改PLC程序，加入機車靜止時自動加載程序，指令輸出時人機界面(human machine Interface，HMI)主頁右下角滾動條提醒司機機車加載狀態(tài)，如圖5所示。在輔助顯示界面加入強制加載功能，增加自動加載進入、退出和計時程序，如圖6所示。

圖4 修改后的控制原理圖

圖5 機車顯示屏主界面 圖6 輔助顯示界面

3 改進后操作方法及驗證

3.1 操作方法

怠速運行2 h后，重新起動時為了確保PLC程序能夠自動監(jiān)控是否滿足增加負(fù)載條件，對機車駕駛提出要求。

3.1.1 自動制動閥

機車起動后，自動制動閥應(yīng)保持在常用全制動位，且機車速度低于0.2 km/h，如果機車牽引有平板類工程車、電客車等其他車輛，應(yīng)確保列車風(fēng)管連接良好，且所有連掛車輛制動系統(tǒng)均投入工作，確保PLC可以接收到制動缸壓力開關(guān)的動作信號。

3.1.2 司控器方向手柄

保持機車司控器方向手柄在溜逸方向的反方向。機車自動加載過程中，會對機車產(chǎn)生一定的負(fù)載，因此需要司機將司控器方向開關(guān)放置在機車溜逸的反方向，即上坡線司控器方向開關(guān)放前進位，下坡線司控器方向放后退位。司控器擋位手柄在0位，傳動箱擋位開關(guān)在0位，怠速運行2 min后，PLC啟動自動加載程序；PLC自動控制機車接通傳動箱2擋，同時發(fā)柴油機升速信號提升柴油機轉(zhuǎn)速至1000 r/min，顯示屏顯示“自動加載運行中，請勿操作機車”。自動加載運行10 min后，自動加載完畢，PLC內(nèi)部對機車擋位和柴油機轉(zhuǎn)速復(fù)位，同時開始下次自動加載計時，機車具備出車條件。

3.1.3 緊急制動

若機車自動加載過程中，機車自動加載條件(制動缸壓力開關(guān)、司控器擋位開關(guān)、司控器方向開關(guān)、傳動箱擋位、機車速度)變化或按下操縱臺上的復(fù)位按鈕，自動加載程序自動退出，并復(fù)位進入下一個2 h的計時周期。若需要繼續(xù)進行自動加載，則需使用手動觸發(fā)自動加載程序進行強制加載。在任何功能狀態(tài)下，按下操縱臺上的緊急制動按鈕，機車均會自動卸載并緊急制動。

機車重聯(lián)后，從車接收本車的控制信號，PLC按程序獨立自動加載保護。若機車狀態(tài)變化打破自動加載條件，則機車自動退出自動加載程序，不影響機車正常使用。

3.2 現(xiàn)場驗證

將技術(shù)改造后的內(nèi)燃機車置于試車線上，按照上述程序邏輯進行手動模擬試驗驗證。柴油機起動2 min后，將大閘制動手柄置于緊急制動位置，制動缸壓力為0.42 MPa，司控器擋位開關(guān)置0位，司控器方向開關(guān)置非0位，機車掛前進或后退2擋，將柴油機轉(zhuǎn)速升至1000～1300 r/min、30%負(fù)荷時，運行10 min，柴油機水溫升至70～80 ℃，柴油機排氣歧管充分膨脹，排氣歧管的密封件有效發(fā)揮作用。經(jīng)查驗，排氣歧管連接部位沒有出現(xiàn)黑油滲漏現(xiàn)象。柴油機加載運行10 min后，回到怠速狀態(tài)(850 r/min)，運行2 h，未發(fā)現(xiàn)漏油。兩車連掛后安排隧道沖洗作業(yè)，未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。

現(xiàn)場測試表明，通過上述措施可以有效地解決排氣歧管連接部位出現(xiàn)的滲漏現(xiàn)象。

4 結(jié)語

為解決烏魯木齊地鐵1號線JMY600FX6(B)G5型內(nèi)燃機車排氣歧管滲漏黑油問題，提出了一種在機車啟機后怠速工況下提高柴油機負(fù)載的方法，優(yōu)化設(shè)計PLC控制程序，使活塞環(huán)和排氣歧管充分膨脹，在機車上加裝制動缸壓力繼電器，規(guī)范機車操作，有效地解決排氣歧管連接部位黑油滲漏問題。