机车内燃新技术论文
机车内燃新技术论文 机车内燃新技术论文篇一 内燃机车冷却系统技术的改造研究 【摘 要】随着科技的发展内燃机车的冷却系统有了很好的发展，但 在实际的使用中也会存在一些问题，本文主要针对内燃机车冷却系统进行分析， 在原有系统的基础上附加换热器，然后计算出空间尺寸和换热能力的优化参数， 并根据内燃机换热器的水温，来分析进出口需要的水温和附加换热器的水流量， 并探究水流量和水温度的关系曲线。以通过换热器的水温和水流量的自动调节来 保证内燃机的稳定运行。【关键词】内燃机车 冷却系统技术 换热器 水流量控制 温度 随着时代的变迁，内燃机车的冷却技术有了很大提高，但还存在不足。
冷却系统是内燃机车的重要组成部分，在其中维持着温度的平衡。当内燃机车在 爬坡或者进入隧道时，会产生高的热量导致温度升高，特别是在夏天温度较高时， 内燃机的温度可达90度的限值，使得内燃机的各方面性能都变弱，严重影响了其 运行的工作效率。于是需要对传统的冷却系统进行改造和创新，在保证原系统不 变的情况下进行改进，以保证内燃机运行的稳定和安全。
一、方案的设计 传统的内燃机冷却系统是利用水冷却的方式来带走热量，一般可以带 走600kW的热量，在此基础上增加25%-35%的量，来确保出水口的温度保证在合 适的范围内。因为当内燃机的工作温度在80-90度时，内燃机的工作效率达到最 高，主换热器智能减低10度，因此在设定进口水温时定位80度。但内燃机的运行 温度不能太低，当温度小于40度时需要利用预热设备对其进行加热。
其具体的流程是：内燃机的高温水出来之后流入温控阀1，如果水温 小于70度，温控阀1的副阀门将会开启，循环水就会流入到水泵中，然后被水泵 送入到内燃机内;如果此时温度高于80度，温控阀1将开启，水进入主换热器，利 用风将循环水冷却，冷却之后水流进温控阀2，水温的高低决定了阀门开启的程 度。如果这时出来的水流温度在80度以下，就直接流入水泵;如果高于80度，水 流会流入附加的换热器，风冷冷却后与旁边的冷却水结合，最后被水泵导入内燃机内部，形成完整的一个冷却循环。
二、换热器的附加设计 内燃机车的技术条件：内燃机主换热器通过的水量m=16.7kg/s，而带 走的热量为Q=180kW，附加换热器设计的进口温度为t1=82.6度，内燃机的进口 设计水温t2=80度。上坡时内燃机的车速为55km/h，散热器的迎风的接触面积为 A=0.7m，空气流速为v=15m/s，出口温度为51.2度，进口温度为34度 ，空气的质 量流量为mc=10.5kg/s。
(一)附加换热器的选择 传统的内燃机的换热器为板翅式的换热器，由于换热能力不能满足内 燃机实际的需要。因此改进时需要将主题换热器改造为换热能力强的，但由于内 燃机的冷却系统空间较小，所以附加换热器的尺寸定位1.4m*0.6m*1.4m。因为管 道阀门和换热器的衔接处比较紧凑，所以换热器的体积要求就会更加严格，而板 翅式的换热器正好具有紧凑性的特征，且性能高效，故选择板翅式的换热器。
(二)翅片的选择和设计 选择翅片时既要考虑强化传热的特点又要考虑到空间的局限性，锯齿 形翅片具有换热性强、效率高的特点。
(三)通道参数的确定 水的传热性要比空气的传热性好，所以要对空气侧的传热面积进行扩 大，空气通道设置为30个，而水通道则设置15个。
三、进水温度和流量的控制 内燃机工作时进口水温度如果低于40度，就会导致机油的黏度增大， 气缸润滑性能变差，各种机械零件就会出现磨损。而对于气水的换热器而言，主 要在空气一侧产生热阻，水对整个热传导影响不大。所以分析各种因素之后，将 冷却系统在冷却之后进入内燃机的水温定在80度;如果这时温度太低，冷却的水 将不会经过附加的换热器，直接流入内燃机。所以，要根据具体情况来判断需进 水的流量和温度，运行时，通过内燃机的附加换热器进入水的温度来确定流入附 加换热器中水的流量。经过计算分析，在主换热器流出的水温较高的情况下，为了使冷却水 在流入内燃机时温度低于80度，换热器的水流量和运行过程中附加换热器的进水 温度的调节变化曲线关系非常明显。
水流量和进水温度的变化中反映了如果附加换热器的进水温度大于 或等于82.6度，流出的冷却水将全部流入附加换热器，此时将达到最大的换热负 荷值。冷却水降低了2.6度，使得内燃机在高温或者爬坡时避免了出现警戒高温 的局面，保证了内燃机运行的稳定性。
冷却系统主要采用电动的温控阀门来控制水流量大小，而阀门的调节 主要受阀的流量特性、阀权度和流体特性的制约。一般的调节阀主要是四种类 型：对数特性、直线特性、抛物特性和快开特性等。而调节阀的流量特性跟通过 调节阀的介质的流量和调节阀的开启程度存在明显的关系。而调节阀门的开度大 小跟相对流量的曲线关系较为明显。
进水的流量和附加换热器的进水温度之间存在线性的关系，在选择温 控阀时可以选择阀门1。因为其具有线性的特征，其核心的元件为传感器单元， 能根据具体的周围环境来调节自身的体积大小，从而使调节阀的阀芯产生位移量， 达到附加换热器进水温度的要求。并能根据水温适当的调节所需要的水流量大小， 来保证整个内燃机冷却水温度变化的需求。
四、结束语 目前内燃机的冷却系统不能完全解决特殊工况下的散热要求，因此还 需要在内燃机狭小的空间内，研究其冷却系统，并加以改造，使其改造后的冷却 系统能够在特殊工况下解决散热问题，满足机车的安全运行。
机车内燃新技术论文篇二 内燃机车机故消除实用技术的研究与应用 摘 要：针对内燃机车产生的某些机故和原始的技术缺陷，深入研究 了相关部分的结构原理，剖析了机故的根本原因和技术缺陷的危害所在，提出并 实施了消除机故和弥补技术缺陷的实用技术方案。实践证明，一些可行的实用对 策在内燃机车维修改造中显的尤为重要，破解了消除机故的某些困惑，为机车安全运行创造了良好的技术条件。
关键词：内燃机车 机故 技术缺陷 研究论证 实用对策 1 引言 包神铁路地处资源富集的陕西和内蒙古两省区，主要承担煤炭运输， 兼营地方其它物资和旅客运输。包神铁路开通运营二十多年来，紧跟全国及神华 集团改革开放和经济技术发展步伐，牵引动力于2001年由蒸汽机车彻底转型为内 燃机车，2010年电气化铁路开通，进入了内燃和电力机车混合牵引动力新阶段， 年运量由运营初期的几百万吨上升到现在的1.4亿多吨。受运量逐年递增、内燃 机车超负荷超期服役和电气化铁路开通等多种因素的影响，危及铁路行车安全和 困扰机车正常修理的机故屡次发生，从而对内燃机车的综合技术性能提出了新的 更高的标准要求。通过采取某种科学、简单、有效的方式，减少内燃机车机故和 潜在的安全隐患，满足机车安全运用对技术条件的要求，降低机车检修成本和检 修劳动强度，对于机务段检修系统来说意义重大。
2 研究背景 包神铁路配属的是DF4B、GKD3型内燃机车和客运内燃液力动车组。
从历次的机故和小辅修情况得知，DF4B型机车牵引电机通风机叶轮破损、DF4B 型机车油水温度偏高、GKD3型机车冷却水泵水封漏水、7667与7668机车静液压 马达轴承破损、客运内燃液力动车组玻璃电气传动装置电机烧损属惯性故障，不 但对机车的安全正常运用造成影响，而且还增加了检修成本和无谓的劳动付出。
电气化铁路开通后，由于25kv高压接触网危险源的存在，绝对禁止登车顶作业， 必须增设内燃机车补水系统。通过对机车相关部分结构原理的科学分析研究，认 为采取实用的科学维修和技术改造手段，改变原有的维修方式和关键技术要素， 是有效解决问题的最佳选择。
3 研究与应用 3.1 DF4B型机车牵引电机通风机叶轮破损 2001年内燃机车取代蒸汽机车后，DF4B型机车全部承担大交路牵引 任务，牵引电机通风机叶轮长时间处于高转速运转状态。由于机械振动、转速频 繁变化、拆装磕碰和机械疲劳等原因，叶轮叶片自然会产生局部微型裂纹，并将 逐步延伸，从而使叶轮叶片连接强度逐步降低，在高转速离心力的作用下，叶轮叶片撕裂变形，最后造成叶轮和通风罩卡死、通风机尼龙绳铰断、机车无法运用 的严重后果。包神铁路公司现有DF4B型机车三十多台，2005～2007年产生5起叶 轮破损机故，且呈现递增态势。对破损叶轮检查发现，裂纹痕迹都在叶轮叶片根 部铆钉连接处，这是因为叶片根部承担着整个叶片的离心力和振动力。按照中、 小修段修规程的要求，通风机叶轮拆卸清理干净后，用肉眼检查确认叶轮叶片是 否有裂纹。实践证明，在过去几年的定期检修中，只发现个别几个叶轮叶片有明 显裂纹，绝大部分微型裂纹用肉眼根本就看不出来，无疑给机车的正常运用留下 了潜在的安全隐患。针对上述情况，经过综合分析研究，对通风机叶轮叶片实施 了磁粉探伤的技术举措，发现有裂纹的必须更换。具体做法是：(1)奇数小修时 对前通风机叶轮探伤。(2)偶数小修时对后通风机叶轮探伤。(3)中修时对前、后 通风机叶轮探伤。据统计，2008年以来，共探伤叶轮497个，发现有裂纹的148 个，及时进行了更换检修，彻底避免了因叶轮破损而造成的机故救援，确保了机 车的安全正常运用。
3.2 DF4B型机车油水温度偏高 “防暑降温”是人们多年来用以保护身体和防止发生意外的重要举措。
内燃机车和人的身体一样，也需要“防暑降温”的有效手段来保护。进入炎热的酷 暑夏季，由于环境温度的明显升高，对大交路、大功率的DF4B型内燃机车来说， 很容易产生油水温度偏高甚至卸载或停机惯性故障，对铁路安全运输构成了一定 的危险。
在北方高原地区，按照技术标准要求，内燃机车理想工作的油水温度 为65～75℃，极限工作温度为88℃。若油水温度偏高，会导致机油粘度、机油压 力和柴油机组零部件机械性能同步下降，从而造成各摩擦副的非正常磨损，最终 导致柴油机组经济性和使用寿命下降。
高低温冷却水系统和静液压系统的根本任务就是保证柴油机组和润 滑机油得到合适的冷却，以取得柴油机组的综合最佳效益。
当某台机车产生油水温度偏高故障时，应该采取以下科学有效的简单 实用办法加以消除。
(1)在油水温度分别为65℃和75℃，柴油机转速为1000 r/min的情况下， 确认高低温冷却风扇是否达到满转。确认前必须要把冷却单节V型架的两个底门 关好，把机械冷却间两侧的手动百叶窗打开。若机械冷却间顶百叶处于垂直状态，说明冷却风扇已经达到满转，静液压传动系统正常;反之，冷却风扇没有达到满 转，造成散热效果差、油水温度高。一般来说，检修或更换温控阀、安全阀即可。
否则要校验静液压泵或马达的容积效率，94%以下必须更换。
(2)在确认排净高低温冷却水系统冷却单节空气的前提下，当机车油 水温度为65℃左右时，用手摸或用点温计检测高低温冷却单节的温度，若冷却单 节之间的温差较大，说明温度较高的冷却单节属正常，温度较低的冷却单节属不 正常，应及时更换。更换下来的冷却单节进行酸洗处理或报废。若所有冷却单节 的温度均偏低，则说明水系统流量较低，一般来说是因为逆止阀经长时间使用后 “犯卡不灵活” 所致，必须马上检修或更换。
(3)在炎热季节，若不拆除机械冷却间自动百叶窗空气滤芯，会明显 减少通过所有高低温冷却单节上部的进风量，从而导致散热效果差、油水温度高。
因此进入夏季后，必须要拆除机械冷却间自动百叶窗空气滤芯，同时手动侧百叶 要处于常开状态，冷却单节V型架的两个底门要处于常闭状态，使冷却单节整体 处在良好的通风状态，确保冷却水和润滑机油温度正常。
(4)若冷却单节外 表较脏、灰尘较多，则要在冷却风扇转速最高、通过冷却单节的风流量最大时， 用500KPa左右的压缩空气对所有冷却单节进行彻底的“吹风”处理，或用压力清洗 液对所有冷却单节进行彻底的“冲洗”处理。这样会明显提高散热效率，有效降低 油水温度。
(5)在机车运用中应注意热交换器的冷却效果。如果冬季机油温度经 常高于80℃，夏季机油温度经常高于85℃时，应更换新品或解体检查修理。
据统计，只有个别机车存在冷却风扇未达到满转、水系统流量较低、 冷却单节或热交换器不合格的情况，95%以上的机车油水温度偏高故障，都是通 过加强冷却单节通风或清除冷却单节灰尘污垢的办法来消除的，“防暑降温”效果 显著，保证了机车的安全正常运用。
3.3 GKD3型机车冷却水泵水封漏水 GKD3型机车冷却水泵水封漏水属频发惯性故障，不但在检修中造成 一定的材料浪费和无谓的劳动付出，而且还严重影响了调车作业和铁路正常运输。
针对上述情况，我们对水泵水封密封机理进行了全面分析研究。水泵 水封由动环、静环和圆弹簧组成，动环与静环间的轴向压力大小直接影响水封的密封性能。原水封弹簧自由高度为22mm，组装后的工作高度为16mm，动环与静 环间的轴向压力为17N。经过一段时间运用后，弹簧弹力发生疲劳性衰减，动环 与静环间的轴向压力下降到17N以下时，就可能导致水封漏水。通过以上分析， 若不改变水封动静环和弹簧外径与簧径，而适当增加弹簧自由高度，提高水封动 静环间的轴向压力，是实现水泵良好密封性能的最有效途径。我们选择的弹簧自 由高度为36mm，按照原来16mm的弹簧工作高度顺利组装后，动静环间的轴向压 力达到了33N，较以前增加16N，大大提高了冷却水泵的密封可靠性。
GKD3型机车冷却水泵原水封三个月左右就产生漏水故障，技改后可 确保两年以上正常使用，弥补了机车厂的设计制造缺陷。包神铁路公司现有6台 GKD3型机车，全年可减少更换水泵水封48次左右，不但能确保机车调车作业和 铁路运输正常进行，有效减轻工人的劳动强度，而且还能节约综合检修费用三万 多元。
3.4 7667、7668机车静液压马达轴承破损 静液压系统是DF4B型机车的重要组成部分，是确保柴油机安全正常 运转的重要环节。针对7667、7668内燃机车静液压马达在较短时间内产生有异音 或转动不灵活的惯性故障，我们进行了全面细致的分析研究，确认静液压马达轴 承润滑不良是造成故障的根本原因。
静液压马达各部的润滑是依靠自身柱塞和配流盘镜面的泄漏油来完 成的。轴承的润滑途径是配流盘镜面泄漏油经芯轴和主轴φ4mm细长小孔后，流 入前泵体内对其润滑，再经回油位排回静液压油箱。7667、7668内燃机车原有的 静液压马达回油位设在下面的后泵体上，而三盘轴承是装在其上面的前泵体内， 最上面的轴承高出回油位270mm。由于泄漏滑油的压力和流量都很小，滑油面高 出回油位只有190mm。由此得出结论：最上面的轴承高出滑油面80mm，造成轴 承润滑不良甚至处于干磨状态，轴承内外圈滚道及滚珠达到了点蚀剥离的程度。
对此，我们采取提高马达润滑油回油位的技术改造方案，把回油位从下面的后泵 体改移到上面的前泵体上，较原来的位置提高230mm，使前泵体内的所有轴承处 于满容积油浴润滑状态，从而彻底解决了马达轴承润滑不良、使用寿命短的问题， 达到机车安全运用和降低检修成本的目的。图1为静液压马达润滑油回油位技改 示意图。
图1 静液压马达润滑油回油位技改示意图1-技改前润滑油回油位;2-马达进油口;3-马达回油口;4马达后泵体;
5-轴承;6-技改后润滑油回油位;7马达前泵体;
8-马达安装支架;9-冷却风扇。
7667、7668机车静液压马达润滑油回油位技改后效果良好，彻底消除 了两台机车静液压马达的惯性故障，弥补了机车厂的设计制造缺陷，每年可节约 综合检修费用八万多元，为机车正常运用创造了技术条件。
3.5 液力动车组玻璃电气传动装置电机烧损 液力动车组玻璃的上下移动原以电机为动力源，通过链轮链条传动的 方式来实现，多次产生电机烧损机故，给检修带来了很大的麻烦。驱动电机型号 为ZD2730(QDSF160B)，是免维护永磁性直流电机，现没有专门制造厂家。若委 外检修烧损的电机，一是不能保证检修进度，二是需支付很高的检修费用，三是 修复后仍然存在电机烧损的可能。经全面综合分析比较，从经济实用和安全可靠 角度出发，我们选择在原有传动装置的基础上，实施了手动取代电动的技术改造 方案。考虑到安装空间特别狭小的实际情况，为确保传动精度和强度，将链轮与 新加工的细小手柄传动轴采用过渡配合后再进行焊接的形式连在一起，用双螺母 防松的方式调整小链轮侧面间隙，实现链轮与手柄传动轴的轴向定位。手柄与传 动轴采用了双开口销的连接方式，玻璃上下定位采取了螺旋固定自锁的方式。受 传动轴与手柄的影响，侧壁电暖气采用了向下移动的方式。
经过机加工、焊接、调整、修理和组装程序后，对动车4012A端侧窗 玻璃升降传动装置进行了反复试验，玻璃升降灵活自如，上下定位稳定可靠，彻 底消除了原设计电气传动装置驱动电机烧损的机故，为以后的机车检修奠定了良 好的基础。
3.6 增设内燃机车补水系统 内燃机车原设计的补水方式是靠人把水桶抬到车顶上，打开膨胀水箱 透气孔盖后，将水补入机车水系统。在电气化铁路，由于 25kv高压接触网危险 源的存在，若机车乘务员还象以前那样登上车顶补水，会产生非常致命的危险。
对此，我们决定增设内燃机车补水系统，绝对禁止机车乘务员登车顶补水。若设 置独立的补水系统，必须要重新安装水泵、管路系统、电器线路及控制装置，不 但造成很大的材料和人工浪费，而且由于地方狭窄，还给安装造成了很大的困难。为了简单有效地实现补水，我们实施了利用预热锅炉水系统进行补水的技术方案， 通过在预热锅炉循环水泵吸水口和高低温水管阀门之间加装一个带阀门的补水 支管，启动循环水泵进行补水。补水时，高低温水系统通往预热锅炉循环水泵的 管路阀门必须在关闭状态，预热锅炉通往高低温水系统的管路阀门必须在打开状 态。操作时先把补水软管插入水桶，然后闭合循环水泵开关使其运转，拧开补水 阀门进行补水。补水完毕后，首先将补水阀门关闭，然后再断开循环水泵开关使 其停止运转。图2为内燃机车补水系统示意图。
图2 内燃机车补水系统示意图 1-膨胀水箱;2-低温进水阀;3-高温进水阀;4-柴油机低温水系统;
5-低温出水阀;6-循环水泵;7-预热锅炉;8-补水阀;9-补水桶;
10-柴油机高温水系统;11-高温出水阀。
通过实施上述技术方案，圆满地达到了内燃机车安全补水的目的。该 方案结构简单，实用可靠，费用很低，包神铁路公司所有内燃机车增设补水系统 的综合费用仅为2.4万元。
4 结论 经过对内燃机车机故消除实用技术的可行性研究，找到了解决问题的 科学依据和新途径。实践证明，一些简单实用技术的有效应用，在消除机故和技 改中发挥了重要的作用，提高了内燃机车的安全系数，降低了机车检修成本，减 轻了工人的劳动强度，有较大的实用价值和推广应用空间。