王榮新

(中國鐵路昆明局集團有限公司玉溪供電段,云南 昆明 650100)

0 引言

接觸網(wǎng)作業(yè)車同鐵路機車一樣在鐵路軌道線路上運行,用于運送鐵路供電專業(yè)檢修人員,并為專業(yè)檢修人員提供具備高空作業(yè)條件的工作平臺,方便專業(yè)檢修人員開展電氣化鐵路高空接觸網(wǎng)設備檢修工作。近年來為適應高速鐵路長區(qū)間、大坡道線路接觸網(wǎng)設備檢修需要,接觸網(wǎng)作業(yè)車設計速度已從原機械傳動速度110 km/h提升到液力傳動速度120 km/h、電傳動速度120 km/h[1]、液力傳動速度160 km/h[2],當前鐵路供電設備管理單位使用最為廣泛的接觸網(wǎng)作業(yè)車是JW4G型接觸網(wǎng)作業(yè)車(以下簡稱“JW4G”)。

JW4G為液力傳動速度為120 km/h的車輛,該車型2012年研發(fā)后經(jīng)實際使用優(yōu)化改進,已成為全國鐵路系統(tǒng)統(tǒng)型車輛,其動力傳動系統(tǒng)的發(fā)動機、變速箱分別采用濰柴WP12.480 柴油機(以下簡稱“發(fā)動機”)、德國Voith T211re.4液力傳動箱[1],多年來動力傳動系統(tǒng)狀態(tài)良好。近期,中國鐵路昆明局集團有限公司玉溪供電段1輛JW4G車輛現(xiàn)場運用中突然出現(xiàn)動力下降故障。本次故障是玉溪供電段使用JW4G以來發(fā)動機首次發(fā)生的故障,對故障進行了重點排查。

1 發(fā)動機結(jié)構(gòu)

JW4G發(fā)動機、變速箱整體布置圖如圖1所示,Voith T211re.4液力傳動箱輸入端與發(fā)動機飛輪、飛輪殼連接構(gòu)成一個整體,通過橡膠減振裝置安裝在公用支架上,公用支架固定在車架安裝座上。整體布置在車下即司機室地板下方,通過安裝座固定在車架上。在司機室內(nèi)的地板上設計有活動蓋板,開啟該活動蓋板可以進行發(fā)動機冷卻液加注和開展發(fā)動機上部檢查。

1—WP12.480柴油機;2—WP12.480柴油機縱向支座;3—公用支架;4—Voith T211re.4液力傳動箱;5—Voith T211re.4安裝座;6—橡膠減振裝置;7—機油冷卻器蓋。

發(fā)動機、Voith T211re.4液力傳動箱整體布置在車下,優(yōu)點是能夠最大限度增加司機室內(nèi)車上空間,隔離發(fā)動機、Voith T211re.4液力傳動箱運轉(zhuǎn)中的噪聲,并且改善司機室的密封性能。存在的問題是發(fā)動機、Voith T211re.4液力傳動箱整體安裝后,發(fā)動機機油冷卻器蓋外側(cè)被公用支架的立柱遮擋,機油冷卻器蓋、公用支架立柱間的空隙水平距離過窄,附近車架上安裝有發(fā)電機組阻擋,發(fā)動機、Voith T211re.4液力傳動箱整體距離地面軌枕距離過小,現(xiàn)場檢修時,拆、裝機油冷卻器蓋不方便。

2 故障概況

2.1 故障現(xiàn)象

玉溪供電段某接觸網(wǎng)工區(qū)按計劃夜間使用1輛JW4G進行電氣化鐵路接觸網(wǎng)設備檢修工作,作業(yè)結(jié)束駕駛JW4G從作業(yè)地點返回駐地,運行中司機突然發(fā)現(xiàn)正常運行中的車輛速度從70 km/h下降至40 km/h左右,多次進行提速操作車輛速度均不能提升,停車檢查除發(fā)現(xiàn)發(fā)動機潤滑油明顯減少外其他未見異常,觀察司機臺顯示屏無報警信息提示后,補足潤滑油控制車輛以30～40 km/h的車速維持運行,返回駐地。

2.2 故障排查

車輛返回駐地后,對故障進行排查,排查過程簡要分析如下。

(1)檢查發(fā)動機油底殼內(nèi)潤滑油油量不足,冷卻水位正常,外觀檢查發(fā)動機前端及兩側(cè)機體上均有油跡,特別是在油氣分離器進氣管、出氣管接口處有油滴。本機型油氣分離器上有進氣管、出氣管、回油管,進氣管通過機體內(nèi)部腔室連通曲軸箱,出氣管引到底部通大氣,回油管接通油底殼,工作原理是對曲軸箱內(nèi)部的油氣混合物分離后油液回到油底殼,氣體排出機外,本現(xiàn)象表明油底殼內(nèi)有大量的機油進入了油氣分離器。

(2)補充潤滑油約9 L達到正常油位,拆下油氣分離器蓋子,進行空載起機。啟動發(fā)動機后,油氣分離器的進氣管內(nèi)有大股氣流噴出,怠速、中速2種工況下調(diào)整轉(zhuǎn)速操作正常,轉(zhuǎn)速越高噴出的氣流越多。繼續(xù)在怠速狀態(tài)下仔細傾聽,發(fā)動機內(nèi)部似乎有異常聲響傳出。

(3)拆卸發(fā)動機缸蓋,拆卸增壓器檢查發(fā)現(xiàn):4缸活塞頂部熔化(見圖2),并在活塞頂部有長約30 mm、寬約10 mm、厚約10 mm的碎塊,活塞環(huán)氣環(huán)缺失、油環(huán)熔化在活塞環(huán)槽內(nèi);4缸缸蓋的氣門頭有明顯異物撞擊印痕,排氣道內(nèi)有活塞碎塊;4缸缸套、缸壁拉傷“起槽”,上部“起槽”比較嚴重,下部拉傷情況相對要小一些;5缸活塞頂上熔有活塞環(huán)碎塊;增壓器的渦輪葉片上有異物進入后撞擊形成的“倒角”。從發(fā)動機工作過程,分析這些部件損壞原因為發(fā)動機工作中,4缸活塞因為異常原因造成溫度突然大幅升高所致:活塞膨脹體積變大,活塞與缸壁的間隙遠小于正常配合間隙,活塞往復運動在缸壁上形成縱向溝槽即“拉缸”[3],“拉缸”后燃燒室氣體通過缸壁上形成的溝槽竄入油底殼;活塞溫度過高頂部熔化、脫落、活塞環(huán)熔化,過高的溫度使活塞與缸壁間難以形成油膜,從而導致干摩擦[4],造成活塞環(huán)斷損;因進氣門提前開啟,排氣門滯后關閉,在進排氣門均開啟的時間內(nèi),4缸燃燒室內(nèi)的脫落物通過缸蓋進氣門、進氣道進入進氣管,并通過5缸缸蓋上的進氣道、進氣門進入5缸燃燒室內(nèi),另一方面4缸燃燒室內(nèi)的脫落物經(jīng)缸蓋排氣門、排氣道、排氣管進入增壓器渦輪內(nèi)。

(4)拆卸全車活塞連桿組檢查發(fā)現(xiàn):4缸活塞潤滑油噴嘴油孔已堵塞(見圖2)。噴嘴安裝在缸套下方的發(fā)動機機體上,與發(fā)動機機體主油道連通,潤滑油通過噴嘴油管持續(xù)不斷地向缸壁、活塞銷進行噴濺,以對活塞進行冷卻,并在缸壁、活塞間提供潤滑油。至此,4缸活塞溫度升高,噴嘴油孔堵塞后,潤滑油對活塞的冷卻[5],以及缸壁與活塞間的潤滑作用失效所致。

3 故障原因

3.1 調(diào)查質(zhì)量信息

對車輛檢修、維護相關質(zhì)量信息進行調(diào)查追溯,該車于2015年11月生產(chǎn),故障時車輛總公里數(shù)為24 500 km,期間僅有1次質(zhì)量信息:在本次故障發(fā)生前10個月,當時車輛總公里數(shù)20 245 km,發(fā)生機油冷卻器蓋與機體間冷卻液滲漏的問題,更換機油冷卻器蓋與機體間的密封墊,處理后問題得到解決。

3.2 確定堵塞物

取出4缸活塞噴嘴油孔內(nèi)的條狀堵塞物,經(jīng)過比對,確認該堵塞物為破損的O形橡膠圈。

3.3 故障原因

分析前期更換機油冷卻器蓋與機體間的密封墊的主要工作過程是:先拆下機油冷卻器蓋,更換機油冷卻器蓋與機體間的密封墊,更換機油冷卻器上旁通閥油口處的O形橡膠圈(型號為φ30×3),再安裝機油冷卻器蓋,O形橡膠圈如圖3所示。結(jié)合堵塞物為破損的O形橡膠圈,確定故障原因為工作現(xiàn)場空間狹窄,機油冷卻器蓋形狀復雜固定螺栓較多定位困難,拆卸或安裝過程中難以定位發(fā)生滑移,造成O形橡膠圈脫出斷損,拆卸時未徹底清理斷損的O形橡膠圈,或安裝過程中造成O形橡膠圈斷損遺留在旁通閥油道內(nèi)。

圖3 JW4G發(fā)動機機油冷卻器蓋

發(fā)動機潤滑油主油路通路為機油泵將油底殼內(nèi)的潤滑油泵入機油濾清器、機油冷卻器,到達機體主油道,機體主油道上連接有多條潤滑油支路,對不同的機件進行潤滑[6]。機油冷卻器蓋上設計有一個旁通閥,作用是在機油冷卻器油道堵塞的情況下,旁通閥開啟繼續(xù)為機體主油道提供潤滑油通路,機油冷卻器蓋上的旁通閥油道與機體主油道連通[7]。 4缸活塞噴嘴潤滑油流通路為:機油泵將油底殼內(nèi)的潤滑油泵入機油濾清器→機油冷卻器→機體主油道→凸輪軸軸承油道→曲軸軸承油道→機體冷卻油道→活塞噴嘴。

按發(fā)動機相關潤滑油路通路,結(jié)合質(zhì)量信息調(diào)查情況和確定的堵塞物,判斷故障原因為O形橡膠圈斷損遺留在旁通閥油道內(nèi),進入主油道,進入活塞噴嘴,堵塞了活塞噴嘴油孔。檢查相關部件,更換全車活塞連桿組、更換全車缸套,更換4缸缸蓋、氣門,更換增壓器,更換全車活塞噴嘴,發(fā)動機恢復正常。

4 防范措施

本次JW4G發(fā)動機“拉缸”故障的直接原因是發(fā)動機潤滑油路中活塞噴嘴油孔堵塞所致,結(jié)合當前鐵路供電設備管理單位駕駛員、運行線路基本固定,接觸網(wǎng)作業(yè)車實行定期檢修的實際情況,采取以下針對性措施。

4.1 及時識別故障

分析本次JW4G發(fā)動機活塞噴嘴油孔堵塞,有以下5個明顯特點。

(1)發(fā)動機動力明顯下降。

(2)發(fā)動機能正常運轉(zhuǎn),水溫、油壓無明顯變化。故障車輛發(fā)動機怠速、中速兩種工況下轉(zhuǎn)速、水溫、油壓分別為怠速685 r/min、水溫30 ℃、油壓476 kPa,中速1 439 r/min、水溫50 ℃、油壓512 kPa,調(diào)查其他相同車型14輛車狀態(tài)良好的發(fā)動機,如表1所示。

表1 WP12.480柴油機怠速、中速兩種工況下油壓、水溫記錄表

(3)油底殼內(nèi)潤滑油減少。觀察故障車輛油底殼內(nèi)的機油尺,可以看出潤滑油減少明顯,觀察油氣分離器可以看到接頭處有潤滑油滴,正常的發(fā)動機則比較干燥,基本沒有油滴現(xiàn)象。

(4)油氣分離器竄氣明顯。拆下故障車輛油氣分離器上蓋,可以明顯看到油氣大量竄出,正常的發(fā)動機基本看不到油氣。

(5)有異音、抖動現(xiàn)象。發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時有“嗒、嗒、嗒”的響聲,溫度升高后響聲更加沉悶,并伴有發(fā)動機抖動現(xiàn)象。

對駕駛員開展培訓使其了解上述特點,及時識別活塞噴嘴油孔堵塞的問題,避免故障惡化加大設備損失和影響鐵路運輸秩序。

4.2 優(yōu)化檢修工藝

機油冷卻器蓋形狀復雜固定螺栓較多,尤其在JW4G駐地檢修場地受限,檢修作業(yè)現(xiàn)場空間狹窄,拆卸、安裝機油冷卻器工作中,容易發(fā)生滑移造成密封圈脫出斷損進入主油道的問題,制作2根?8×62圓銷為輔助工具,作為定位銷使用。此圓銷下段加工長度為24 mm的M8×1.25外螺紋可以與機體連接,上端面以圓截面直徑為中線加工適當寬度和深度的“一字槽”可以與拆裝工具(如一字螺絲刀)匹配,拆、裝要點如下:

(1)拆卸機油冷卻器蓋時,先拆下旁通閥油道口對角處2個螺栓、安裝2個定位銷,再拆下其他螺栓,最后拆下2個定位銷,取下機油冷卻器蓋,確認旁通閥油道口的2個O形橡膠圈徹底取下。

(2)安裝機油冷卻器蓋時,首先檢查、清理機體和機油冷卻器蓋的旁通閥油道口環(huán)槽,2個O形橡膠圈涂密封膠后穩(wěn)妥裝入機油冷卻器蓋旁通閥油道口環(huán)槽內(nèi),在機體的旁通閥油道口對角處螺栓孔上安裝2個定位銷,定位銷上穿入機油冷卻器蓋與機體密貼接觸,預先固定其他螺栓,取下定位銷預先固定旁通閥油道口對角處4個螺栓,最后對旁通閥油道口對角處螺栓、其他螺栓依次進行緊固[8-10]。

4.3 完善年修修程

對《接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車年修規(guī)則》(鐵總工電〔2019〕68號)的2.2.2節(jié)進行完善,除原有檢查項目、技術(shù)標準外,增加“拆卸全車活塞噴嘴,檢查噴嘴內(nèi)的單向閥狀態(tài)良好、清洗油孔,檢查、清洗噴嘴油管”。利用JW4G到檢修基地年修的便利條件,定期進行活塞噴嘴狀態(tài)的檢查,提前消除噴嘴可能存在的堵塞問題。

5 結(jié)束語

JW4G配套的濰柴WP12.480 發(fā)動機與原機械傳動接觸網(wǎng)作業(yè)車普遍配套的康明斯NTC-290/360發(fā)動機相比,采用了一缸一蓋、框架式主軸承結(jié)構(gòu)、共軌式電控燃油噴射等成熟的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù),當前鐵路供電設備管理單位普遍對這些新設備了解不多。針對新設備運用過程中發(fā)生的故障,找到故障原因,采取有效措施補強專業(yè)管理中的弱項和短板,對逐步提高WP12.480柴油機等新設備管、用、修的工作有實際意義。