汪文斌

（中國鐵路蘭州局集團有限公司蘭州西機務(wù)段,甘肅 蘭州 730070）

1 概述

DF8B 型內(nèi)燃機車?yán)鋮s風(fēng)扇驅(qū)動采用液壓傳動技術(shù),整個靜液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達(dá)、溫度控制閥、安全閥、油- 空散熱器、空氣濾清器、油箱組成。這個系統(tǒng)的基本原理是：柴油機剛開始工作時,后變速箱帶動靜液壓泵工作,油箱中的液壓油經(jīng)過油箱底部的噴管射流裝置升壓后,以一定的供油壓力進(jìn)入液壓泵,液壓泵將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?具有液壓能的高壓液壓油一部分經(jīng)溫度控制閥節(jié)流口分流直接回油箱,另一部分經(jīng)高壓軟管進(jìn)入液壓馬達(dá),將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能,驅(qū)動冷卻風(fēng)扇進(jìn)行工作。這個過程中溫度控制閥節(jié)流損失及液壓泵、液壓馬達(dá)的機械損失、泄露損失等一系列損失,同時加上油箱中噴管射流損失以及管道內(nèi)的其他損失都將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使得油溫逐步升高,油液粘度逐漸下降,這將影響整個系統(tǒng)的正常工作。

因此,在高低溫靜液壓系統(tǒng)中,液壓馬達(dá)的出口至油箱的管路上各串聯(lián)1 個油- 空散熱器,該油空散熱器為液壓油冷卻器的一種,利用冷卻風(fēng)扇吸進(jìn)來的空氣對液壓油進(jìn)行冷卻。DF8B型機車裝有兩臺靜液壓系統(tǒng)油- 空散熱器,是鉛板翅式結(jié)構(gòu)形式,由聯(lián)接箱、翅片、封條、隔板等組成,靜液壓油由扁管內(nèi)流過。油- 空散熱器結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1

2 問題的發(fā)生

2021 年11 月16 日我段一臺DF8B 型內(nèi)燃機車在擔(dān)當(dāng)貨物列車牽引任務(wù)時,司機在某站內(nèi)檢查機車時發(fā)現(xiàn)低溫油- 空散熱器漏油,靜液壓油缸油位已下降二分之一,由于無法建立油壓驅(qū)動冷卻風(fēng)扇正常工作,柴油機低溫冷卻水系統(tǒng)無法正常冷卻,為防止造成其他重大影響故而請求救援。11 月18 日早我段技術(shù)科組織相關(guān)技術(shù)人員對故障散熱器進(jìn)行檢查鑒定,發(fā)現(xiàn)該油- 空散熱器上部（靜液壓馬達(dá)一側(cè)）散熱片與框架焊焊波處存在13cm 左右裂紋,懷疑為配件質(zhì)量問題,更換該車低溫油空散熱器后繼續(xù)上線運行。上線運行第一趟11 月18 日該車低溫油- 空散熱器再度發(fā)生裂漏造成機破,遂將本車扣回本段進(jìn)行進(jìn)一步實驗、分析。

機車回段后檢查發(fā)現(xiàn)該油- 空散熱器殼體有超過10cm裂紋1 處,更換新品后進(jìn)行試驗。當(dāng)油水溫度超過60度時,頂死溫度控制閥讓冷卻風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動,檢查發(fā)現(xiàn)靜液壓泵進(jìn)出油管均有一定程度非正常振動,除此之外,觀察靜液壓油缸內(nèi)部液壓油有氣泡?，F(xiàn)根據(jù)檢查情況對各個方向的可能性進(jìn)行深度分析,并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施,防止DF8B型內(nèi)燃機車油- 空散熱器再次出現(xiàn)裂漏。

3 分析過程

機車回段前對該機車的修程以及油- 空散熱器更換履歷做了調(diào)查如下：

2019 年11 月13 日年低溫油- 空散熱器漏,由中修廠家更換低溫油- 空散熱器（新品）后正常運行。

2021 年2 月6 日,低溫油- 空散熱器再次裂漏,更換備品（備品為返修件）后上線第一趟于2 月7 日再次發(fā)生裂漏,更換新品后試驗正常上線運行。

2021 年11 月16 日,低溫油- 空散熱器裂漏,更換備品（備品為返修件）后上線第一趟于11 月17 日再次發(fā)生裂漏,回段更換新品后進(jìn)行檢查鑒定。

通過總結(jié)分析,該車低溫油- 空散熱器裂漏已成慣性故障,需進(jìn)行深度挖掘原因并采取有效技術(shù)措施徹底解決問題,經(jīng)過仔細(xì)檢查油- 空散熱器安裝面平整符合要求,安裝作業(yè)符合要求,可以排除因安裝不好引起機械損傷的可能,主要原因分析如下：

3.1 環(huán)境溫度影響靜液壓油的運動粘度

DF8B 型內(nèi)燃機車靜液壓油為三代柴機油,表1 為三代柴機油運動粘度的測試參考數(shù)據(jù),運動粘度隨溫度變化的趨勢如圖2。通過對該車低溫油- 空散熱器更換履歷的總結(jié),發(fā)現(xiàn)該部件容易裂漏的時間基本上在天氣比較寒冷的時候,我段DF8B型內(nèi)燃機車在甘肅白銀地區(qū)運用,11 月份以后該地區(qū)天氣逐漸寒冷,環(huán)境溫度最低到零下15 攝氏度左右,此時機油的運動粘度相對較高,在靜液壓系統(tǒng)管路當(dāng)中的流動性變差,導(dǎo)致流動不暢,如果此時繼續(xù)提升柴油機轉(zhuǎn)速,則靜液壓泵轉(zhuǎn)速提升,從而增加整個靜液壓系統(tǒng)的油量,此時短時間內(nèi)靜液壓油的溫度比較低,流動性也比較低,液壓油卸載回路也因溫度不高流通不暢,導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部壓強急劇上升,隨著壓強上升,當(dāng)油壓超過油空散熱器耐壓能力時,則會使油空散熱器發(fā)生爆裂。2021 年11 月19 日,我段另一臺DF8B型內(nèi)燃機車油空散熱器再度發(fā)生裂損造成機破,可以佐證氣候?qū)o液壓系統(tǒng)壓力有著比較大的影響。

表1 三代柴油機機油運動粘度測試結(jié)果

圖2 柴機油運動粘度隨溫度變化的趨勢

3.2 靜液壓系統(tǒng)自身故障

我段在白銀地區(qū)運用的DF8B型機車共12 臺,其他的機車油空散熱器出現(xiàn)故障的情況并不多見,除氣候變化因素外,可見已發(fā)生故障的兩臺機車靜液壓系統(tǒng)自身應(yīng)該還存在問題。

巴鍋，跌鼓，都是土話，前者指飯粘在鍋上燒糊了，后者是狼狽、難堪的意思。二十萬能打倒英雄漢呢，銀行作為國字號的大老板不依不饒，硬是逼著李灣村賣了磚瓦廠還債；幸好借鎮(zhèn)屬五金工藝廠的，有鎮(zhèn)里出面，算是捐贈助學(xué)了。要不然，李打油真的要跳糞池。

3.2.1 靜液壓泵與馬達(dá)內(nèi)部出現(xiàn)問題。故障發(fā)生后,車間安排相關(guān)作業(yè)人員首先對磁性濾清器進(jìn)行了檢查來檢查靜液壓泵、馬達(dá)是否有機械損傷,通過檢查發(fā)現(xiàn)磁性濾清器表面清潔狀態(tài)良好后,基本可以判斷靜液壓泵、馬達(dá)無機械損傷。同時,我們懷疑該車靜液壓泵和馬達(dá)內(nèi)部各部間隙并不符合要求,機車中修時靜液壓泵和馬達(dá)也未嚴(yán)格按照中修工藝進(jìn)行檢修、試驗。DF8B型內(nèi)燃機車采用A2F225 型靜液壓泵（馬達(dá)）,除去軸伸結(jié)構(gòu)、外部連接的方法及殼體外形的尺寸不一樣外,內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸是完全一樣。由于該車靜液壓泵為柱塞式液壓泵,在輸送流體的過程中會形成壓力脈動,即壓力波。壓力波會在不可壓縮的粘性流體中傳遞較長的一段距離,使整個系統(tǒng)產(chǎn)生振動。當(dāng)靜液壓泵和馬達(dá)內(nèi)部出現(xiàn)問題,比如當(dāng)柱塞連桿組件及安裝后的軸向竄動量過大時,就會使泵油壓力不均勻,就會使壓力油在傳送過程當(dāng)中擾動過大,所傳遞的壓力脈沖就會增強對系統(tǒng)內(nèi)部的沖擊。

3.2.2 靜液壓油箱出現(xiàn)問題（靜液油箱如圖3 所示）。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時,具有一定壓力的回油進(jìn)入油箱上腔,經(jīng)過磁性濾清器過濾后,從上噴嘴高速噴至下噴嘴,經(jīng)下噴嘴擴壓后進(jìn)入靜液壓泵的吸油口。這樣,靜液壓泵的吸油為壓力油,從而改善了泵的自吸性,有利于提高泵的功率,很好地避免了吸空現(xiàn)象的發(fā)生。靜液壓油箱的故障主要有兩個方面：

圖3 靜液壓油缸

a.上下噴嘴同軸度不符合要求。當(dāng)上下噴嘴同軸度不符合要求時,噴嘴的高速靜液壓油就不可能全部直接噴入下噴嘴孔,這時就會導(dǎo)致下噴嘴被靜液壓油擊打并發(fā)生高頻率的振動,而且靜液壓油會呈現(xiàn)沫狀。

b.上下噴嘴對口間隙不符合要求。當(dāng)上下噴嘴間隙過大時,就會使得上噴嘴噴下的油的能量發(fā)生流動損失,破壞其自吸性能。當(dāng)上下噴嘴間隙過小時,將不利于上噴嘴向下噴嘴噴射液壓油時將部分油帶入下噴嘴,就無法彌補液壓油的損失。所以,當(dāng)上下噴嘴間隙不符合要求時,就有可能會出現(xiàn)吸空穴蝕的情況。

綜上,當(dāng)油箱內(nèi)部上下噴嘴同軸度超限、對口間隙不符合要求時,或者噴嘴固定座脫焊斷裂,就會使靜液壓泵工作時產(chǎn)生強烈的振動,泵吸空現(xiàn)象就會發(fā)生,以至于影響整個系統(tǒng),出現(xiàn)不正常的振動,成為油- 空散熱器裂損的一個輔助性因素。除此之外,靜液壓油缸內(nèi)部小排氣管不暢時,靜液壓系統(tǒng)中的空氣無法及時排除,油缸內(nèi)部產(chǎn)生壓力,會使靜液壓油在油- 空散熱器處無法正常流動,這時油空散熱器內(nèi)部壓力急劇升高后就會出現(xiàn)破壞性裂紋。

3.2.3 委外修配件質(zhì)量問題

根據(jù)對該機車上車配件履歷的追溯發(fā)現(xiàn),所有委修過的配件在上車投入使用后的第一趟運用過程中都會再次裂漏,可見委修廠家在委修過程中沒有嚴(yán)格按照打壓試驗的要求進(jìn)行試驗。

按照內(nèi)燃機車中修要求,油- 空散熱器進(jìn)出油口法蘭安裝上專用接口后,放入專用水箱內(nèi)整體進(jìn)行1.0MPa 氣密封試驗,保持5 分鐘無泄漏.如有泄漏在外表面處作好標(biāo)記進(jìn)行氬弧焊修理,對于委修件配件要求廠家嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行檢修,確保氣密性試驗符合要求。

3.2.4 靜液壓油中含有過量空氣或小排氣管堵塞。每次向靜液壓系統(tǒng)重新加油,系統(tǒng)中就一定會有大量空氣進(jìn)入,所以靜液壓系統(tǒng)的排氣問題是相當(dāng)重要的。貫穿上、下箱體設(shè)置的小管（圖3 中的16）, 其作用是當(dāng)系統(tǒng)工作時油缸上油腔中的氣體通過上、下腔油的壓力差由下腔排出,小管的排氣口設(shè)在油箱下腔底部, 所以排氣比較緩慢。氣體溶解在油中后, 其本身的析出速度就很慢, 通向外界的排氣口只有一處, 同時無法設(shè)在系統(tǒng)最高處,致使液壓系統(tǒng)內(nèi)部的空氣全部排凈非常困難。此時,液壓泵吸入的機油實際是油和空氣的混合體,這將導(dǎo)致液壓泵每一個工作循環(huán)中泵出的機油流量存在著比較大的差距,這就加劇了高壓油輸出的脈動。隨著液壓泵油壓的建立,油中的氣體在高壓作用下,在油液中就會產(chǎn)生高頻率、高沖擊的“油液”擊打現(xiàn)象,造成對油- 空散熱器及靜液壓管路的沖擊和振動,在長期的運用過程當(dāng)中逐漸形成疲勞裂損。

4 措施和建議

4.1 對靜液壓系統(tǒng)采取一定的保溫措施

當(dāng)進(jìn)入冬季環(huán)境溫度比較低時,應(yīng)當(dāng)在油- 空散熱器兩散熱面及時加裝靜液壓系統(tǒng)空氣隔板,減少空氣流量,避免在環(huán)境溫度不高時在冷卻風(fēng)扇的作用下帶走一定的熱量,防止靜液壓油過分冷卻后使得油溫過低,運動粘度上升。

4.2 做好機車防寒工作

按照段相關(guān)要求,及時做好機車防寒工作,掛好機車防寒被,做好機車的保溫工作。

4.3 機車在冬季運用時,柴油機啟機后應(yīng)在低手柄位多運行一段時間,一是等靜液壓油溫升高后再提手柄進(jìn)入正常運用,二是對靜液壓系統(tǒng)進(jìn)行充分排氣。

4.4 DF8B 型內(nèi)燃機車采用A2F225 型靜液壓泵（馬達(dá)）,機車大中修時對靜液壓泵、馬達(dá)進(jìn)行嚴(yán)格檢修并按技術(shù)要求進(jìn)行空載磨合試驗和負(fù)載試驗,確保性能良好。

空載磨合試驗：在靜液壓泵轉(zhuǎn)速分別為500、800、1200r／min 三種轉(zhuǎn)速下進(jìn)行。

轉(zhuǎn)速為500r／min 時,磨合30min,測量泵體溫度應(yīng)符合要求。軸承無異音,無泄漏。

轉(zhuǎn)速為800r／min 時,磨合20min。

轉(zhuǎn)速為1220r／min 時,磨合10min,液壓馬達(dá)各部溫度正常,無異音,無泄漏。

負(fù)載試驗：按表2 進(jìn)行負(fù)載磨合。

表2

4.5 嚴(yán)格把控配件質(zhì)量,機車中修時要對配件進(jìn)行氣密性試驗,確保1.0MPa 氣密封試驗時配件保持5 分鐘無泄漏,除此之外對于上車的新件也要廠家出具合格證方能上車。

4.6 機車中修時一是要從螺堵、管接頭孔或檢查孔處,目測檢查上、下噴嘴三個固定座是否脫焊,如有脫焊需進(jìn)行及時處理；二嚴(yán)格檢查靜液壓油缸上下噴嘴之間的同軸度以及距離,如不符合要求,應(yīng)及時進(jìn)行整修,使其符合要求。主要技術(shù)要求如表3。

表3

4.7 要確保各排氣孔暢通,除此之外機車中修完的時間如果在冬季,首次給靜液壓油缸加油時不能一次性加滿,要分幾次進(jìn)行添加。同時,要甩車數(shù)次并啟機,使靜液壓系統(tǒng)充滿靜液壓油,進(jìn)行充分排氣。

5 結(jié)論

在機車實際的運用過程中,單個影響機車質(zhì)量的因素不足以造成機車故障,但在氣候、運用條件比較惡劣的情況下,多個因素的疊加就會使機車故障出現(xiàn),因此要正確判斷靜液壓系統(tǒng)油- 空散熱器慣性裂漏的問題,必須結(jié)合機車實際運用情況進(jìn)行綜合判斷,提出可行性措施。