8.机车运行中突然停机的分析与处理

摘要机车作为铁路运输的牵引动力，是铁路运输中最重要的技术设备之一，更是完成铁路运输生产任务的物质基础。铁路只有具备足够数量且质量良好的机车，并进行科学地管理和经济地使用，才能够完成日益繁重的运输任务。改革开放以来，我国市场经济体系得到不断完善和发展的同时，商品流通的需求愈加明显，运输需求的增加对铁路运输的通过能力提出了更高的要求。如何解决运输生产能力与全社会日益增长的运输需求不相适应的矛盾，成为摆在铁路运输企业面前的新课题。2003年6月28日，铁道部在京召开了铁路跨越式发展研讨会，部领导在充分分析现状，把握主要矛盾的基础上，提出了“突破‘瓶颈’的根本出路在于加快发展”，并将扩充运输能力作为跨越式发展的主要任务之一。关键词：机械电气故障分析处理2004年4月18日，根据铁道部跨越式发展的总体要求，全路开始了第五次大提速，这次提速完成后，主要干线的运行速度提高到了160公里/小时。运行速度的提高对机务部门提出了更高的要求，如何保证机车质量，减少运用中机车故障的发生率，缩短运行区段内的纯运行时间，成为机务部门必须思考和解决的问题。第一章问题的提出自1896年德国人狄赛尔研制成第一台柴油机到现在已经有一百多年的历史，在这一百年间，柴油机的制造技术已取得了巨大的进展，在经济性、可靠性、耐久性上得到了很大提高，而且应用范围也不断扩大。1910年美国GE公司制造出世界上第一台以柴油机作动力的内燃机车，标志着世界铁路史上一个新时代的到来。1958年我国开始设计试制内燃机车，1964年开始批量生产，经过四十年的发展，内燃机车完成的客运量已占全路客运量的70%，货运量已占全路货运量的40%。2002年底，国铁干线和调车小运转全部停用蒸汽机车，我国铁路完成了牵引动力的内燃化、电力化改革，中国铁路进入机车牵引内燃化、电气化时代，实现了作为国家重要基础设施、国民经济大动脉的中国铁路牵引动力的现代化。截止2002年底，我国铁路内燃机车配属达10745台，占配属机车总数的71%，在哈尔滨铁路局这个比例更高，达98.9%。三棵树机务段自1996年配属第一台东风4B型内燃机车以来，经常发生运行中柴油机突然停机的现象，给运输生产造成极大影响，严重时给运输企业（三机等相关部门）造成无法估量的损失。据统计，三棵树机务段自2002年1月起至2004年4月止，发生由柴油机突然停机造成的机破事故53起，除去机车修理等相关费用不计，仅按《互联补偿考核办法》赔偿的金额就高达30多万元。运行中突然停机的现象，不仅危害性大，而且具有普遍性，发生频率高，处理难度大等特点。因此对机车运用中柴油机突然停机的分析与处理进行研究是有着很高的经济和技术价值的。第二章故障原因分析由于东风4B型内燃机车的构造极为复杂，所以造成柴油机突然停机的原因也是多方面的，归结起来主要有机械类和电气类两个主要方面：一机械类原因东风4B型内燃机车采用16V240ZJB型柴油机做为动力源，由固定件、运动件、配气机构、机油系统、冷却系统等组成，其中容易造成柴油机停机的有：运动件、燃油系统、调控系统、机油系统，由于这些部件发生故障造成柴油机停机的原因归纳为机械类原因。（一）运动件原因。柴油机的运动件通常是指活塞组、连杆组、曲轴组。它们的作用是将燃在气缸内燃烧的热能转变为机械能从而对外输出功率。柴油机工作时，运动件受燃气压力、运动中的惯性力、扭转振动中的扭转力矩等周期性的作用，受力情况十分复杂，因此也极易发生断裂破损等现象。1活塞组原因。由于活塞顶与环槽区的破损，导致柴油机机车牵引工况下喷油冒火，燃气窜入曲轴箱，达到一定程度后，差示压力计动作停机，甚至曲轴箱防爆安全阀崩开释放燃气，危及行车安全。造成活塞顶部的破损主要有如下原因：1）活塞顶部的局部温度过高。活塞环带区及其以上部分称为活塞头部，活塞头部的上端面即为活塞顶。由于活塞顶面直接与高温燃气相接触，为此在活塞顶面采用了硬膜阳极氧化处理，以增加表面硬度，耐热性和抗蚀能力。同时采用喷射冷却和内油道冷却。喷射冷却是将机油从连杆油路引入，经活塞销、连杆小头油路再从喷嘴喷出，冷却活塞顶内壁。内油道冷却是冷却机油通过活塞销内油道进到销屋进油槽，上进油槽只设在销座孔的一方，该槽内有通往活塞上部第一冷却油道的油孔。第1、2油道及第2、3油道之间，各有垂直槽相通。冷却油在第一油道内分两路流动，汇合后经垂直槽向下到第二油道，再分两路流动，汇合后与垂直槽到第3油道又分两路流动，最后汇合经销座另一侧的回油孔泄入曲轴箱。2）第一道气环的折断。活塞环分为气环和油环，安装在活塞的环槽中，活塞环在环槽内的运动形式复杂，常受交变弯曲应力的作用，导致疲劳破损、异常磨耗以及其他故障，因而活塞环是易于损坏的零件之一。活塞环虽然结构形状简单，但是它在柴油机中属于工作条件恶劣及作用重大的关键零件之一，其工作的优劣涉及到柴油机好坏，对整个柴油机工作的可靠性和耐久性有很大的影响。气环主要发挥密封、传热及支承作用，当第一道气环因燃烧不良、喷油器质量差、燃油质量差等使用环槽中严重积炭而固死、变形，或由于进入缸内空气不洁、环槽磨损超限或环与环槽间隙过大，活塞与气缸间润滑不良等原因均能导致第一道气环的折断。3）进气量少，柴油机燃烧不良。大气→空气滤清器→涡轮增压器的压气机→扩散通道→空气中间冷却器→收敛通道→进气稳压箱→进气支管→气缸盖进气道→进气门→气缸。（进气通路）从上图可以看出，空气在进入气缸前要经过九个主要部件，它们都能影响到进气量的多少，当进气量减少后导致柴油机燃烧不良。2连杆组故障连杆组由连杆体、连杆小头衬套、连杆轴瓦、连杆螺栓及其它附件组成。连杆组的作用是把活塞组和曲轴组连接起来，将燃气膨胀过程中作用在活塞顶上的燃气压力传给曲轴，并把活塞组的往复运动转变为旋转运动，推动曲轴向外输出功率。连杆组工作中承受着气体压力，活塞连杆的往复惯性力以及连杆组本身摆动时产生的摆动惯性力的作用。而这些作用力都是带有冲击性和交变性的载荷，因此连杆组是受力严重的主要传力作功部件之一，连杆组一组发生损坏，势必造成柴油机的重大破坏事故。3曲轴组故障。柴油机曲轴组通常包括曲轴、正时齿轮、联轴节、减振器及一些附件。曲轴组的作用是将活塞上的燃气压力通过连杆转换为曲轴的扭转力矩，向外输出功率，以驱动牵引发电机及辅助装置运转。此外，曲轴还要带动柴油机自身的一些附件，如凸轮轴、配气机构、喷油泵、调速器、冷却水泵和主机油泵等。曲轴是一根细长而弯曲的轴，在柴油机工作时，曲轴周期性承受气体压力，往复惯性力，旋转惯性力及其力矩的联合作用，使曲轴产生弯曲、扭转、密切和控压等复杂交变应力，同时也造成轴系的扭转振动高变的振动。曲轴在各种力的作用下高速旋转，使轴颈与轴瓦之间产生强烈磨擦和磨损。在长期交变应力作用下，曲轴容易产生疲劳破坏造成停机，影响机车运行。（二）燃油系统故障燃油系统是柴油机燃料的供给系统，其作用是根据柴油机不同工况的要求保证柴油机每一个工作循环中，选择最佳时机，定质、定时、定量地向气缸内喷射雾状燃油，由燃油箱、燃油预热器、燃油泵、燃油粗滤器、燃油精滤器、喷油器以及高、低压输油管和各种仪表等组成。在该系统中容易发生故障造成停机的有：1燃油泵停止工作16V240ZJB型柴油机的燃油泵为两台结构完全相同的齿轮式油泵，分别由一台功率为0.6KW的直流电动机驱动，将燃油从油箱内吸出，以一定的压力充满低压管路，供喷油泵使用。当燃油泵联轴节松脱或紧固螺钉不良时会造成燃油泵不工作；同时，燃油受挤压后产生的压力作用在泵体内齿轮轴上，使轴承磨损加剧也会影响油泵正常工作，甚至迫使其停止供油，造成柴油机停机。2燃油管路进入大量空气从上图中可以看出，在这一流程过程中，各管路接口或胶管连接处有漏气处所时，将使系统内部产生大量空气，喷油泵柱塞偶件在充油行程及供油行程的过程中出现燃油的不连续，导致喷油器喷入气缸的燃油无法呈“良好的雾化状态”，无法实现“定质”喷油，气缸燃油箱燃油粗滤器1燃油泵21逆止阀2燃油精滤器左侧各喷油泵右侧喷油器高压油管严重时造成柴油机停止工作。3齿条卡死调节齿圈和齿条是喷油泵的主要组成部件之一，用来转动柱塞的组件。齿条穿过泵体与齿圈啮合，拉动齿条便可转动齿圈和柱塞，因此齿条相对于泵体的位置决定了齿圈及柱塞的圆周位置，也就决定了柱塞偶件的供油时刻及供油量。在机车运行过程中，齿条一旦卡死，喷油泵的油量就不能进行调节。若柴油机要增速、增载，由于喷油泵供油量无法增大，造成柴油机功率和转速上升困难；如果柴油机要降速、减载，由于喷油泵供油量无法减少，最后会导致柴油机“飞车”的严重后果。造成齿条卡死的主要原因有：1、由于柱塞卡死在柱塞套内；2、齿条与其定位螺钉犯卡；3、柱塞尾部平面与推杆头之间无间隙。4燃油压力不足柴油机正常运转时，燃油压力应为０.15－0.25Mpa，如低于此压力则为压力不足，易使喷油器产生间隔喷射现象，使柴油机转速不稳定、敲缸、燃油燃烧不充分、加速机油稀释，严重时导致柴油机停机。造成燃油压力不足的原因主要有：燃油粗滤器和燃油精滤器太脏；安全阀和限压阀弹簧折损或压力调整过低；燃油泵前的粗滤器及其管路漏泄，破坏了燃油泵的吸入真空度；燃油箱油位过低；吸油管堵塞；燃油泵转速不足或齿轮与体间隙过大等。（三）调控系统故障调控系统包括调节装置和控制装置两部分。所谓调节是指对柴油机－发电机组的转速和功率的调节，使机组在某一转速下稳定工作且功率恒定。控制装置是将调节装置发出的调节信号及时准确地传递到各喷油泵齿条上，从而改变各缸喷油量的中间执行机构。为了使柴油机每一转速下都有预定的经济功率以保证充分发挥其能力，16V240ZJB型柴油机采用转速－功率联合调节器（B型有级调速和C型无级调速），联合调节器发出的调节信号必须及时准确地传递给喷油泵齿条，以达到控制供给气缸燃油量的目的，使喷油泵的供油量适应柴油机工作的需求。联合调节器执行机构与各缸喷油泵齿条之间利用控制装置作为连接，将联合调节器的动作及时准确地传递给各缸喷油泵齿条。在调控系统故障中，最典型的就是联合调节器故障，危害性也最大。2003年8月28日，DF4B型7382机车担当哈尔滨－绥化间20336次，牵引43辆，3552吨，计长51.2，绥化1：43分开车，泥河站2：01分通过，运行至万发屯第二接近时发生游车，后极限调速器动作停机。2：11分列车在进站岔区停车，检查无异状后启机不能，齿条拉不出来，撬车启机，2：18分起车，2：24分全列进站，乘务员2：20分与“110”指挥中心联系，初步判断联调故障，不能运行，请求救援。救援列车到后6：50分开车，7：08分到段。回段后，经技术部门检查认定停机原因为调控传动装置从动伞型齿轮剃齿，责任定厂家。从这个事故概况中我们对联合调节器故障的危害性有了一定的认识，那么造成联合调节器故障的原因有那些呢？根据统计，联合调节器产生故障的原因有50％左右是由于工作油品质不良或污秽所致。联合调节器采用20号航空机油，在加油的过程中没有使用清洁的专用容器、没有用绸布过滤；油位过高引起机件搅动损失，产生泡沫，破坏油的粘度；油位过低引起工作油过热；内部磨合不够、箱体内不清洁等都是诱发联合调节器故障的原因，其后果轻则影响联合调节器工作的稳定性，柴油机功率不足，重则造成游车导致机破。（四）机油系统故障柴油机工作时，一些零部件之间产生相对运动，参与运动的部件表面必然产生摩擦和磨损，为了使柴油机各运动零部件在工作时具有良好的润滑条件，提高柴油机工作的可靠性、耐久性和经济性，设置了机油系统。该系统以机油泵为机油循环流动的动力，并经过滤清和冷却，通过管路把清洁的、具有一定压力和适当温度的机油输送到柴油机各零部件的摩擦表面，使机油发挥减磨、冷却、清洗、密封、防锈的作用。它由主机油泵、启动机油泵、辅助机油泵、机油粗滤器、机油离心精滤器、增压器机油精滤器、机油热交换器以及管道、阀门、仪表等组成。机油系统故障按机油压力的不正常显示主要可分为3种情况：1无机油压力柴油机工作时，主机油泵工作，其通路为：机油泵是机油循环的动力，主机油泵更是主循环油路的动力源，因此造成无机油压力的主要原因都和主机