王 鍇

(中國鐵路廣州局集團(tuán)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(jī)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(yùn)用和運(yùn)輸安全。某軌道機(jī)車分公司主要負(fù)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(jī)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(jī)水溫高俗稱“開鍋”，會導(dǎo)致以下危害：(1)發(fā)動機(jī)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(fù)荷而過早損壞；(3)潤滑狀況惡化，運(yùn)動件之間磨損加劇；(4)零部件機(jī)械性能下降，致使變形或損壞。所以，水溫高將加速發(fā)動機(jī)老化進(jìn)度，縮短發(fā)動機(jī)使用壽命甚至直接報廢，因此解決發(fā)動機(jī)水溫高問題迫在眉睫[1-2]。

圖1 濰柴WP12型發(fā)動機(jī)

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(jī)多余的熱量帶走，發(fā)動機(jī)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(jī)冷卻系統(tǒng)，是保障軌道車運(yùn)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(jī)冷卻系統(tǒng)的組成

冷卻液在JW-4G型軌道車?yán)鋮s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(jìn)行循環(huán)流動叫做小循環(huán)，此時發(fā)動機(jī)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(jìn)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(dá)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(jī)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(jī)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(jī)水溫逐步上升，最終超過正常范圍，JW4G型軌道車?yán)鋮s風(fēng)扇由液力馬達(dá)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(jī)冷卻系統(tǒng)由于長時間工作，未在規(guī)定的時間進(jìn)行相關(guān)維護(hù)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(jìn)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(bǔ)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(jī)啟機(jī)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(jī)機(jī)體或氣缸蓋水套，使冷卻液迅速升溫到滿足發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的溫度，當(dāng)水溫達(dá)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(jìn)入散熱器，并經(jīng)水泵流回發(fā)動機(jī)進(jìn)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(jī)冷卻系統(tǒng)大小循環(huán)將受影響，致使發(fā)動機(jī)熱量無法及時散出，最終導(dǎo)致發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)水泵，如圖6所示，當(dāng)發(fā)動機(jī)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(fù)壓，致使散熱器中冷卻液經(jīng)由進(jìn)水口被吸進(jìn)，再被甩出至出水口。當(dāng)發(fā)動機(jī)水泵發(fā)生故障時，發(fā)動機(jī)熱量交換的水將無法進(jìn)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(dá)到80 N時，調(diào)整皮帶壓力，達(dá)到(130±10)N。

1—水泵殼體；2—水泵葉輪；3—進(jìn)水口；4—出水口。圖6 離心式發(fā)動機(jī)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(jī)水溫高的故障(見圖7)。

1—進(jìn)水室；2—進(jìn)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(jī)顯示屏或者微機(jī)控制器故障。微機(jī)顯示屏是人機(jī)交互界面，通過微機(jī)界面獲取水溫，如果JW-4G型軌道車微機(jī)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(jī)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(jī)水溫高原因匯總表

4 應(yīng)對措施

(1)大修時對發(fā)動機(jī)易損部件進(jìn)行全面梳理， 督促發(fā)動機(jī)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(jī)大修時進(jìn)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(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)， 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(jī)啟機(jī)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(dá)標(biāo)及時補(bǔ)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(yùn)行前應(yīng)檢查膨脹水箱水位狀況，不符合標(biāo)準(zhǔn)時應(yīng)按工藝進(jìn)行補(bǔ)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(yùn)行發(fā)動機(jī)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(yùn)行3～4個月，要用空壓機(jī)吹掃積塵。

(5)運(yùn)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(yùn)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(yán)重影響其散熱性能，因此，換季保養(yǎng)時，要對JW-4G型軌道車?yán)鋮s系統(tǒng)發(fā)動機(jī)水套及散熱器內(nèi)的水垢進(jìn)行清洗。

5 結(jié)束語

在JW-4G型軌道車維護(hù)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(dá)使故障徹底消除，故障率從原先的35%降低至8.3%，發(fā)動機(jī)水溫高故障得到了有效控制，保證了線上正常運(yùn)輸秩序。