王 鍇

(中國鐵路廣州局集團有限公司廣州鐵路軌道裝備有限公司 廣東 廣州 510800)

1 問題描述

JW-4G型軌道車是電氣化鐵路日常維修、檢測、大修、施工、應(yīng)急搶修的重要設(shè)備，其發(fā)動機型號為濰柴WP12型(見圖1)，軌道車質(zhì)量狀態(tài)將直接影響到鐵路運用和運輸安全。某軌道機車分公司主要負責(zé)軌道車大修、年修，在2019年共發(fā)生JW-4G型軌道車發(fā)動機水溫高故障6件，通過深入調(diào)查分析，6件故障中：節(jié)溫器不動作2件、傳感器故障1件、冷卻風(fēng)扇故障1件、溫控開關(guān)燒損1件、水泵漏水1件，是影響大修質(zhì)量的不利因素。發(fā)動機水溫高俗稱“開鍋”，會導(dǎo)致以下危害：(1)發(fā)動機動力衰減、功率降低；(2)早燃、爆燃現(xiàn)象頻發(fā)，導(dǎo)致零部件承受額外沖擊性負荷而過早損壞；(3)潤滑狀況惡化，運動件之間磨損加?。?4)零部件機械性能下降，致使變形或損壞。所以，水溫高將加速發(fā)動機老化進度，縮短發(fā)動機使用壽命甚至直接報廢，因此解決發(fā)動機水溫高問題迫在眉睫[1-2]。

圖1 濰柴WP12型發(fā)動機

2 冷卻系統(tǒng)工作原理

JW-4G型軌道車采用的是水冷卻系統(tǒng)，通過循環(huán)冷卻水將發(fā)動機多余的熱量帶走，發(fā)動機的正常工作溫度為80 ℃～90 ℃，JW-4G型軌道車內(nèi)部有一套完善的發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，是保障軌道車運行時水溫在可靠范圍內(nèi)的主要裝置，其主要構(gòu)成如圖2所示[3]。

圖2 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的組成

冷卻液在JW-4G型軌道車冷卻系統(tǒng)的循環(huán)線路包括2條路徑，一條是小循環(huán)，另一條是大循環(huán)，當(dāng)水溫低于71 ℃時，節(jié)溫器未打開，水未經(jīng)過散熱器而進行循環(huán)流動叫做小循環(huán)，此時發(fā)動機繼續(xù)工作，水溫繼續(xù)升高，當(dāng)水溫超過71 ℃時，節(jié)溫器打開，水經(jīng)過散熱器而進行的循環(huán)流動叫做大循環(huán)，如圖3、圖4所示[4-5]。

圖3 小循環(huán) 圖4 大循環(huán)

JW-4G型軌道車除了水冷系統(tǒng)外，還配置有風(fēng)冷系統(tǒng)，由液力馬達驅(qū)動冷卻風(fēng)扇工作，形成的高速空氣流直接吹響散熱器的外表面，將熱量吹散到大氣中去，以此保證發(fā)動機處于最佳的工作溫度范圍內(nèi)。

3 原因分析

造成JW-4G型軌道車發(fā)動機水溫高的主要原因如下：

(1)冷卻風(fēng)扇不動作。造成熱量無法及時排出，累積后導(dǎo)致發(fā)動機水溫逐步上升，最終超過正常范圍，JW4G型軌道車冷卻風(fēng)扇由液力馬達驅(qū)動其工作，冷卻風(fēng)扇作用是提高散熱器表面空氣流動，增加散熱效果，加速水的冷卻。冷卻風(fēng)扇設(shè)置在散熱器后面。

(2)冷卻液不足。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)由于長時間工作，未在規(guī)定的時間進行相關(guān)維護保養(yǎng)，會出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，造成冷卻液慢慢流失，導(dǎo)致冷卻水箱缺水，因此應(yīng)按照年修規(guī)定，定期對冷卻液進行檢查，觀察水箱里的冷卻液是否處于最低刻度線以上，若低于最低刻度線，則及時補充冷卻液至最低刻度線以上即可，若發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)密封性不足時，及時更換密封膠圈，并做緊固處理。

(3)節(jié)溫器作用不良。節(jié)溫器通常采用蠟式節(jié)溫器，是控制冷卻液流動路徑的閥門(見圖5)，發(fā)動機啟機時，冷卻液溫度低，節(jié)溫器未動作，冷卻液流向散熱器的通道關(guān)閉，而經(jīng)水泵入口直接流入發(fā)動機機體或氣缸蓋水套，使冷卻液迅速升溫到滿足發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)的溫度，當(dāng)水溫達到71 ℃時，節(jié)溫器主閥開啟，冷卻系統(tǒng)循環(huán)路徑形成，冷卻液進入散熱器，并經(jīng)水泵流回發(fā)動機進行大循環(huán)。如果節(jié)溫器出現(xiàn)卡滯、失效或功能衰減使閥門開度變小等故障時，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)大小循環(huán)將受影響，致使發(fā)動機熱量無法及時散出，最終導(dǎo)致發(fā)動機水溫高。

1—主閥門；2—蓋和密封墊；3—上支架；4—膠管；5—閥座；6—通氣孔；7—下支架；8—石蠟；9—感應(yīng)體；10—旁通閥；11—中心桿；12—彈簧。圖5 蠟式節(jié)溫器

(4)發(fā)動機水泵故障。水泵為冷卻水加壓，加速冷卻水的循環(huán)流動，保證冷卻系統(tǒng)可靠，JW-4G型軌道車采用離心式發(fā)動機水泵，如圖6所示，當(dāng)發(fā)動機曲軸通過皮帶驅(qū)動水泵葉輪逆時針旋轉(zhuǎn)時，水泵中的冷卻液在離心力作用下被甩向水泵殼體邊緣，在外力的作用下，冷卻液從出水口流出；在葉輪中心軸產(chǎn)生負壓，致使散熱器中冷卻液經(jīng)由進水口被吸進，再被甩出至出水口。當(dāng)發(fā)動機水泵發(fā)生故障時，發(fā)動機熱量交換的水將無法進行循環(huán)和更新，熱量一直積累無法有效散出，最終導(dǎo)致水溫過高。同時當(dāng)水泵皮帶張力不夠時，驅(qū)動性能下降，將無法帶動水泵旋轉(zhuǎn)，也會導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)水溫高，因此應(yīng)調(diào)整皮帶壓力或者更換皮帶。水泵皮帶張力未達到80 N時，調(diào)整皮帶壓力，達到(130±10)N。

1—水泵殼體；2—水泵葉輪；3—進水口；4—出水口。圖6 離心式發(fā)動機水泵

(5)水箱堵塞、水箱漏水故障。水箱堵塞將造成大循環(huán)無法形成，水箱漏水將導(dǎo)致冷卻液泄漏而造成冷卻液不足，從而影響水冷系統(tǒng)工作，造成發(fā)動機水溫高的故障(見圖7)。

1—進水室；2—進水管；3—散熱器芯；4—散熱器蓋；5—出水室；6—出水管。圖7 冷卻系統(tǒng)散熱器裝置

(6)微機顯示屏或者微機控制器故障。微機顯示屏是人機交互界面，通過微機界面獲取水溫，如果JW-4G型軌道車微機或控制系統(tǒng)故障，將造成顯示屏誤顯示水溫高。

綜上，對發(fā)動機水溫高的原因及處理方案的歸納如表1所示。

表1 發(fā)動機水溫高原因匯總表

4 應(yīng)對措施

(1)大修時對發(fā)動機易損部件進行全面梳理， 督促發(fā)動機委外修廠家及時更換節(jié)溫器、 溫度傳感器、 水泵等， 并在發(fā)動機大修時進行現(xiàn)場跟班管理， 對未更換易損部件的行為當(dāng)場提出并通報處理。

(2)掌握冷卻液補充標準， 一般冷卻液加注到膨脹水箱高度2/3，最低不應(yīng)低于1/3。并在發(fā)動機啟機5分鐘后，待冷卻系統(tǒng)管路中空氣排盡后，再次檢查冷卻液水位。觀察冷卻液最低液面情況，若不達標及時補充，杜絕出現(xiàn)冷卻液低于最低液面的問題。對膨脹水箱注入冷卻液時，注水速度不宜過快，方便管路內(nèi)空氣充分排盡。

(3)軌道車運行前應(yīng)檢查膨脹水箱水位狀況，不符合標準時應(yīng)按工藝進行補充，同時要確保散熱器及管路無泄漏；避免出現(xiàn)冷卻水溫在小于60 ℃或大于100 ℃時，運行發(fā)動機的情況。

(4)由于軌道車長期野外作業(yè)，散熱器上會有過多灰塵，影響冷卻效果，因此軌道車每運行3～4個月，要用空壓機吹掃積塵。

(5)運行過程中，應(yīng)檢查冷卻風(fēng)扇驅(qū)動裝置的狀況，冷卻風(fēng)扇每運行1 500 h時，應(yīng)拆下來清洗表面灰塵，然后對驅(qū)動環(huán)節(jié)加入3#鋰基潤滑脂，并注意不與其他型號的潤滑脂混用。

(6)冷卻系統(tǒng)因長期工作而積有較多水垢時，將嚴重影響其散熱性能，因此，換季保養(yǎng)時，要對JW-4G型軌道車冷卻系統(tǒng)發(fā)動機水套及散熱器內(nèi)的水垢進行清洗。

5 結(jié)束語

在JW-4G型軌道車維護保養(yǎng)中，將文中所述的6條預(yù)防措施應(yīng)用到實踐中，2021年該公司檢修的12臺JW-4G型軌道車，僅發(fā)生1件水溫高故障，并通過更換液力馬達使故障徹底消除，故障率從原先的35%降低至8.3%，發(fā)動機水溫高故障得到了有效控制，保證了線上正常運輸秩序。