JW4G型接觸網(wǎng)作業(yè)車發(fā)動(dòng)機(jī)“拉缸”故障排查及防范

王榮新

(中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)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(jī)車一樣在鐵路軌道線路上運(yùn)行,用于運(yùn)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(tái),方便專業(yè)檢修人員開展電氣化鐵路高空接觸網(wǎng)設(shè)備檢修工作。近年來(lái)為適應(yīng)高速鐵路長(zhǎng)區(qū)間、大坡道線路接觸網(wǎng)設(shè)備檢修需要,接觸網(wǎng)作業(yè)車設(shè)計(jì)速度已從原機(jī)械傳動(dòng)速度110 km/h提升到液力傳動(dòng)速度120 km/h、電傳動(dòng)速度120 km/h[1]、液力傳動(dòng)速度160 km/h[2],當(dāng)前鐵路供電設(shè)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(jiǎn)稱“JW4G”)。

JW4G為液力傳動(dòng)速度為120 km/h的車輛,該車型2012年研發(fā)后經(jīng)實(shí)際使用優(yōu)化改進(jìn),已成為全國(guó)鐵路系統(tǒng)統(tǒng)型車輛,其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱分別采用濰柴WP12.480 柴油機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“發(fā)動(dòng)機(jī)”)、德國(guó)Voith T211re.4液力傳動(dòng)箱[1],多年來(lái)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)良好。近期,中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)有限公司玉溪供電段1輛JW4G車輛現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用中突然出現(xiàn)動(dòng)力下降故障。本次故障是玉溪供電段使用JW4G以來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)首次發(fā)生的故障,對(duì)故障進(jìn)行了重點(diǎn)排查。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

JW4G發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱整體布置圖如圖1所示,Voith T211re.4液力傳動(dòng)箱輸入端與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、飛輪殼連接構(gòu)成一個(gè)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(jī)室地板下方,通過安裝座固定在車架上。在司機(jī)室內(nèi)的地板上設(shè)計(jì)有活動(dòng)蓋板,開啟該活動(dòng)蓋板可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液加注和開展發(fā)動(dòng)機(jī)上部檢查。

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

發(fā)動(dòng)機(jī)、Voith T211re.4液力傳動(dòng)箱整體布置在車下,優(yōu)點(diǎn)是能夠最大限度增加司機(jī)室內(nèi)車上空間,隔離發(fā)動(dòng)機(jī)、Voith T211re.4液力傳動(dòng)箱運(yùn)轉(zhuǎn)中的噪聲,并且改善司機(jī)室的密封性能。存在的問題是發(fā)動(dòng)機(jī)、Voith T211re.4液力傳動(dòng)箱整體安裝后,發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器蓋外側(cè)被公用支架的立柱遮擋,機(jī)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(jī)組阻擋,發(fā)動(dòng)機(jī)、Voith T211re.4液力傳動(dòng)箱整體距離地面軌枕距離過小,現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí),拆、裝機(jī)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(jì)劃夜間使用1輛JW4G進(jìn)行電氣化鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備檢修工作,作業(yè)結(jié)束駕駛JW4G從作業(yè)地點(diǎn)返回駐地,運(yùn)行中司機(jī)突然發(fā)現(xiàn)正常運(yùn)行中的車輛速度從70 km/h下降至40 km/h左右,多次進(jìn)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(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油明顯減少外其他未見異常,觀察司機(jī)臺(tái)顯示屏無(wú)報(bào)警信息提示后,補(bǔ)足潤(rùn)滑油控制車輛以30～40 km/h的車速維持運(yùn)行,返回駐地。

2.2 故障排查

車輛返回駐地后,對(duì)故障進(jìn)行排查,排查過程簡(jiǎn)要分析如下。

(1)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼內(nèi)潤(rùn)滑油油量不足,冷卻水位正常,外觀檢查發(fā)動(dòng)機(jī)前端及兩側(cè)機(jī)體上均有油跡,特別是在油氣分離器進(jìn)氣管、出氣管接口處有油滴。本機(jī)型油氣分離器上有進(jìn)氣管、出氣管、回油管,進(jìn)氣管通過機(jī)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(duì)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(jī)外,本現(xiàn)象表明油底殼內(nèi)有大量的機(jī)油進(jìn)入了油氣分離器。

(2)補(bǔ)充潤(rùn)滑油約9 L達(dá)到正常油位,拆下油氣分離器蓋子,進(jìn)行空載起機(jī)。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后,油氣分離器的進(jìn)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(xì)傾聽,發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部似乎有異常聲響傳出。

(3)拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhǎng)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(yán)重,下部拉傷情況相對(duì)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(jìn)入后撞擊形成的“倒角”。從發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程,分析這些部件損壞原因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)工作中,4缸活塞因?yàn)楫惓Ｔ蛟斐蓽囟韧蝗淮蠓咚?活塞膨脹體積變大,活塞與缸壁的間隙遠(yuǎn)小于正常配合間隙,活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dǎo)致干摩擦[4],造成活塞環(huán)斷損;因進(jìn)氣門提前開啟,排氣門滯后關(guān)閉,在進(jìn)排氣門均開啟的時(shí)間內(nèi),4缸燃燒室內(nèi)的脫落物通過缸蓋進(jìn)氣門、進(jìn)氣道進(jìn)入進(jìn)氣管,并通過5缸缸蓋上的進(jìn)氣道、進(jìn)氣門進(jìn)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(jìn)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(rùn)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(dòng)機(jī)機(jī)體上,與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體主油道連通,潤(rùn)滑油通過噴嘴油管持續(xù)不斷地向缸壁、活塞銷進(jìn)行噴濺,以對(duì)活塞進(jìn)行冷卻,并在缸壁、活塞間提供潤(rùn)滑油。至此,4缸活塞溫度升高,噴嘴油孔堵塞后,潤(rùn)滑油對(duì)活塞的冷卻[5],以及缸壁與活塞間的潤(rùn)滑作用失效所致。

3 故障原因

3.1 調(diào)查質(zhì)量信息

對(duì)車輛檢修、維護(hù)相關(guān)質(zhì)量信息進(jìn)行調(diào)查追溯,該車于2015年11月生產(chǎn),故障時(shí)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(gè)月,當(dāng)時(shí)車輛總公里數(shù)20 245 km,發(fā)生機(jī)油冷卻器蓋與機(jī)體間冷卻液滲漏的問題,更換機(jī)油冷卻器蓋與機(jī)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(duì),確認(rèn)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(jī)油冷卻器蓋與機(jī)體間的密封墊的主要工作過程是:先拆下機(jī)油冷卻器蓋,更換機(jī)油冷卻器蓋與機(jī)體間的密封墊,更換機(jī)油冷卻器上旁通閥油口處的O形橡膠圈(型號(hào)為φ30×3),再安裝機(jī)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?yàn)楣ぷ鳜F(xiàn)場(chǎng)空間狹窄,機(jī)油冷卻器蓋形狀復(fù)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(shí)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(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器蓋

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油主油路通路為機(jī)油泵將油底殼內(nèi)的潤(rùn)滑油泵入機(jī)油濾清器、機(jī)油冷卻器,到達(dá)機(jī)體主油道,機(jī)體主油道上連接有多條潤(rùn)滑油支路,對(duì)不同的機(jī)件進(jìn)行潤(rùn)滑[6]。機(jī)油冷卻器蓋上設(shè)計(jì)有一個(gè)旁通閥,作用是在機(jī)油冷卻器油道堵塞的情況下,旁通閥開啟繼續(xù)為機(jī)體主油道提供潤(rùn)滑油通路,機(jī)油冷卻器蓋上的旁通閥油道與機(jī)體主油道連通[7]。 4缸活塞噴嘴潤(rùn)滑油流通路為:機(jī)油泵將油底殼內(nèi)的潤(rùn)滑油泵入機(jī)油濾清器→機(jī)油冷卻器→機(jī)體主油道→凸輪軸軸承油道→曲軸軸承油道→機(jī)體冷卻油道→活塞噴嘴。

按發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)潤(rùn)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?yàn)镺形橡膠圈斷損遺留在旁通閥油道內(nèi),進(jìn)入主油道,進(jìn)入活塞噴嘴,堵塞了活塞噴嘴油孔。檢查相關(guān)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(dòng)機(jī)恢復(fù)正常。

4 防范措施

本次JW4G發(fā)動(dòng)機(jī)“拉缸”故障的直接原因是發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油路中活塞噴嘴油孔堵塞所致,結(jié)合當(dāng)前鐵路供電設(shè)備管理單位駕駛員、運(yùn)行線路基本固定,接觸網(wǎng)作業(yè)車實(shí)行定期檢修的實(shí)際情況,采取以下針對(duì)性措施。

4.1 及時(shí)識(shí)別故障

分析本次JW4G發(fā)動(dòng)機(jī)活塞噴嘴油孔堵塞,有以下5個(gè)明顯特點(diǎn)。

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力明顯下降。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn),水溫、油壓無(wú)明顯變化。故障車輛發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī),如表1所示。

表1 WP12.480柴油機(jī)怠速、中速兩種工況下油壓、水溫記錄表

(3)油底殼內(nèi)潤(rùn)滑油減少。觀察故障車輛油底殼內(nèi)的機(jī)油尺,可以看出潤(rùn)滑油減少明顯,觀察油氣分離器可以看到接頭處有潤(rùn)滑油滴,正常的發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)基本看不到油氣。

(5)有異音、抖動(dòng)現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有“嗒、嗒、嗒”的響聲,溫度升高后響聲更加沉悶,并伴有發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)現(xiàn)象。

對(duì)駕駛員開展培訓(xùn)使其了解上述特點(diǎn),及時(shí)識(shí)別活塞噴嘴油孔堵塞的問題,避免故障惡化加大設(shè)備損失和影響鐵路運(yùn)輸秩序。

4.2 優(yōu)化檢修工藝

機(jī)油冷卻器蓋形狀復(fù)雜固定螺栓較多,尤其在JW4G駐地檢修場(chǎng)地受限,檢修作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)空間狹窄,拆卸、安裝機(jī)油冷卻器工作中,容易發(fā)生滑移造成密封圈脫出斷損進(jìn)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(zhǎng)度為24 mm的M8×1.25外螺紋可以與機(jī)體連接,上端面以圓截面直徑為中線加工適當(dāng)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(diǎn)如下:

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

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

4.3 完善年修修程

對(duì)《接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車年修規(guī)則》(鐵總工電〔2019〕68號(hào))的2.2.2節(jié)進(jìn)行完善,除原有檢查項(xiàng)目、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(yǔ)

JW4G配套的濰柴WP12.480 發(fā)動(dòng)機(jī)與原機(jī)械傳動(dòng)接觸網(wǎng)作業(yè)車普遍配套的康明斯NTC-290/360發(fā)動(dòng)機(jī)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(dāng)前鐵路供電設(shè)備管理單位普遍對(duì)這些新設(shè)備了解不多。針對(duì)新設(shè)備運(yùn)用過程中發(fā)生的故障,找到故障原因,采取有效措施補(bǔ)強(qiáng)專業(yè)管理中的弱項(xiàng)和短板,對(duì)逐步提高WP12.480柴油機(jī)等新設(shè)備管、用、修的工作有實(shí)際意義。