黃夢海 左繼雄 彭麗明

摘 要：為加強(qiáng)內(nèi)燃車輛關(guān)鍵部件——內(nèi)燃電力動(dòng)力包的自主設(shè)計(jì)能力和后期運(yùn)用維護(hù)能力，通過對各主機(jī)廠項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研分析，從內(nèi)燃動(dòng)力包的柴油發(fā)電機(jī)組，冷卻系統(tǒng)，電控系統(tǒng)，燃油系統(tǒng)，柴油機(jī)輔助系統(tǒng)，框架系統(tǒng)等方面，了解內(nèi)燃動(dòng)力包在設(shè)計(jì)及運(yùn)用維護(hù)過程中易出現(xiàn)的問題。逆向反思設(shè)計(jì)優(yōu)化途徑，為后續(xù)內(nèi)燃動(dòng)力包相關(guān)設(shè)計(jì)提供參照。從調(diào)研分析來看，內(nèi)燃動(dòng)力包中柴油機(jī)、電子器件等在運(yùn)用中容易出現(xiàn)問題。同時(shí)內(nèi)燃動(dòng)力包燃油系統(tǒng)及油箱在設(shè)計(jì)前期需要做好充足的方案論證和技術(shù)設(shè)計(jì)，充分分析設(shè)備在后期運(yùn)用維護(hù)的可行性。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃車輛;調(diào)研分析;內(nèi)燃動(dòng)力包;柴油發(fā)電機(jī)組;燃油箱

1 引言

近十多年來，隨著國家實(shí)力日益增強(qiáng)，國內(nèi)軌道交通行業(yè)相關(guān)基建日趨完善，電力機(jī)車等軌道交通也得到快速發(fā)展。但由于地區(qū)發(fā)展的不均衡性，國內(nèi)少部分地區(qū)以及國外很多國家和地區(qū)，軌道基建并不完善，對內(nèi)燃車輛仍具有較大需求。同時(shí)，相比電力機(jī)車，內(nèi)燃電力機(jī)車在災(zāi)難、戰(zhàn)爭、救援等特殊情況下具有明顯優(yōu)勢，因而越來越多的國家將內(nèi)燃車輛作為戰(zhàn)略儲備，保持一定的占有量。

相較上世紀(jì)用于軌道交通的內(nèi)燃機(jī)，現(xiàn)今越來越多的內(nèi)燃機(jī)以動(dòng)力包的形式被用于軌道交通領(lǐng)域，包括對安全性、舒適度要求更高的動(dòng)車組列車上。之所以以動(dòng)力包的形式來安裝內(nèi)燃機(jī)，一方面是由于對軌道交通車輛環(huán)保性、舒適性、安全性要求的提高，內(nèi)燃機(jī)的附屬部件愈加繁多，將各附屬部件與內(nèi)燃機(jī)整合為一個(gè)整體更利于安裝、試驗(yàn);另一方面，內(nèi)燃機(jī)技術(shù)進(jìn)步，體積重量不斷降低，以及動(dòng)力分散技術(shù)的運(yùn)用，這些條件都為內(nèi)燃機(jī)以動(dòng)力包的形式用于軌道交通提供了可能。通過以動(dòng)力包的形式安裝內(nèi)燃機(jī)，有利于減少內(nèi)燃機(jī)及附屬部件與車輛間的接口，可提前試制各種個(gè)性化要求，在整車制造的同時(shí)可進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)及附屬部件組裝，縮短車輛研發(fā)、試制、調(diào)試時(shí)間。

2 內(nèi)電動(dòng)力包介紹

內(nèi)電動(dòng)力包作為列車的動(dòng)力源及列車供電部件靈活的安裝在車上，主要由柴油發(fā)電機(jī)組、冷卻系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、柴油機(jī)輔助系統(tǒng)、框架系統(tǒng)等組成。

2.1 柴油發(fā)電機(jī)組

柴油發(fā)電機(jī)組主要由柴油機(jī)及永磁發(fā)電機(jī)組成。柴油機(jī)飛輪端通過聯(lián)軸器與永磁發(fā)電機(jī)連接，柴油機(jī)的自由端通過聯(lián)軸器與液壓泵相連。當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，柴油機(jī)曲軸通過飛輪端聯(lián)軸器帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)開始輸出三項(xiàng)交流電;柴油機(jī)的自由端通過聯(lián)軸器為液壓泵提供動(dòng)力，液壓泵通過液壓油將動(dòng)力傳遞給液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)主要由冷卻風(fēng)扇，液壓油箱，膨脹水箱，液壓油，冷卻水，液壓馬達(dá)，液壓泵，冷卻管路等組成。液壓泵通過液壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。高溫冷卻水，液壓油以及增壓后的空氣都必須通過冷卻風(fēng)扇進(jìn)行空冷。通過膨脹水箱可以及時(shí)補(bǔ)充管路中泄漏的冷卻水，泄放系統(tǒng)中產(chǎn)生的氣體。通過液壓油箱可以及時(shí)補(bǔ)足管路中的液壓油，并排除廢氣。

2.3 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)類似于人體的神經(jīng)系統(tǒng)，通過布置在柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等其它部件中的各類傳感器來監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，將相關(guān)信息傳輸給車輛，同時(shí)接收車輛指令，控制柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等部件的運(yùn)作。

2.4燃油系統(tǒng)

柴油機(jī)燃油系統(tǒng)除柴油機(jī)自帶的粗過濾器，精過濾器，手動(dòng)泵等設(shè)備外，通常還會有電磁閥、旁路閥、燃油管路、燃油箱等。其中燃油箱相關(guān)設(shè)計(jì)、制造需要著重考慮，需要與后期維保使用情況相結(jié)合。

2.5 柴油機(jī)輔助系統(tǒng)

柴油機(jī)輔助系統(tǒng)主要包含柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)，機(jī)油系統(tǒng)等，柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、渦輪增壓器等組成，為柴油機(jī)提供足量的干凈空氣;柴油機(jī)排氣系統(tǒng)主要包含尿素箱、混合器、消音器、尿素等，通過尿素將柴油機(jī)排氣中的一氧化氮等物質(zhì)催化還原，同時(shí)吸附部分顆粒物，降低排氣中的氮氧化物和顆粒物含量。

2.6 框架系統(tǒng)

框架系統(tǒng)是指將柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)等其它部件組裝在一起的承載結(jié)構(gòu)。集成時(shí)，需充分考慮各部件維護(hù)保養(yǎng)的可能性，盡可能減少管路、線路。設(shè)備集成安裝完畢后，需對整個(gè)框架系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)沖擊試驗(yàn)，以驗(yàn)證框架的承載能力。

3 內(nèi)電動(dòng)力包典型故障

3.1 柴油機(jī)典型故障

雖然柴油機(jī)的運(yùn)用歷史已經(jīng)有上百年，但在日常使用中柴油機(jī)是動(dòng)力包內(nèi)最容易出現(xiàn)問題的部件之一。某型動(dòng)力包柴油機(jī)自由端曲軸端蓋處出現(xiàn)漏油情況，轉(zhuǎn)速達(dá)到1800rpm后，機(jī)油飛濺至車身四周。

從圖1、圖2觀察可發(fā)現(xiàn)，在柴油機(jī)自由端端蓋處，有漏油現(xiàn)象，長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)會加劇機(jī)油泄漏，造成頻繁加注機(jī)油。

在日常檢修維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)汽缸蓋處，出現(xiàn)漏 油現(xiàn)象，具體如圖3所示。

該型柴油機(jī)汽缸蓋通過左右兩個(gè)螺栓緊固，在缸體和汽缸蓋之間通過氣缸蓋密封墊密封。根據(jù)以往相關(guān)事例分析，汽缸蓋處漏油可能與a）汽缸蓋僅通過兩個(gè)螺栓緊固，在缸體內(nèi)高壓作用下，發(fā)生變形;b）該處汽缸蓋與缸體接觸表面加工平整度誤差過大，僅靠密封墊無法完全密封。

3.2排氣系統(tǒng)典型故障

在某型動(dòng)力包測試中，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力包消音器背面冒出黑煙，經(jīng)初步檢查，判斷為消音器的排氣管卡箍出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致部分廢氣漏出。經(jīng)拆卸消音器，發(fā)現(xiàn)排氣管路與混合器固定處松動(dòng)，如圖5。廢氣排放管路，通過卡箍與消音器進(jìn)口處固定，經(jīng)檢查該處卡箍有一定程度的變形，可能是首次裝配時(shí)，消音器與排氣管路未在同一直線上，長期振動(dòng)使得該處卡箍受力嚴(yán)重，最終導(dǎo)致滑脫。

拆卸消音器后，發(fā)現(xiàn)消音器表面包裹的隔熱套與混合器外包裹的隔熱套均出現(xiàn)一定程度的損壞，詳見圖6。由于混合器處于懸空位置，僅靠前后兩端的卡箍與排氣管路固定，與混合器出口位置連接的排氣管支架強(qiáng)度不夠，易來回晃動(dòng)。消音器兩端支架采用彈性減震器安裝于動(dòng)力包框架上，具有減震作用。消音器與混合器之間空間狹小，且都包裹有隔熱套，長期的振動(dòng)，使得混合器兩端卡箍松動(dòng)，且減震器上下位置細(xì)微的位移減震，導(dǎo)致混合器與消音器之間來回摩擦，最終隔熱套損壞，漏出內(nèi)部無機(jī)纖維棉。

3.3電氣產(chǎn)品典型故障

在某型動(dòng)力包使用過程中，出現(xiàn)過發(fā)電機(jī)溫度超溫報(bào)警問題，但未發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)超溫，確認(rèn)為電控箱內(nèi)發(fā)電機(jī)溫度變送器偶發(fā)故障，通過更換變送器解決上述問題。舊式溫度變送器為機(jī)械式調(diào)節(jié)電阻，新型溫度變送器為Pt100，可采用數(shù)據(jù)線連接電腦，更改內(nèi)部阻值。

3.4燃油系統(tǒng)典型故障

在某型動(dòng)力包使用過程中，由于燃油箱處理工藝不足、維護(hù)不到位、柴油品質(zhì)較差等因素影響，導(dǎo)致燃油箱內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕。同時(shí)，燃油箱設(shè)計(jì)時(shí)，對維護(hù)要求未考慮全面，側(cè)面設(shè)置的清洗孔無法滿足工人清洗所有箱體內(nèi)面的要求。底部設(shè)置的排污孔位置偏高，需人工進(jìn)行部分排污。

同時(shí)，許多油箱由于采用機(jī)械油表，該種油表量程與油箱實(shí)際油量匹配性較差，且零漂嚴(yán)重，與油箱的液位傳感器數(shù)值也較難統(tǒng)一。

4結(jié)論

通過上述調(diào)研，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力包系統(tǒng)在運(yùn)用過程中，確實(shí)會出現(xiàn)較多問題，部分是設(shè)計(jì)問題、部分是設(shè)備選型問題、部分是供應(yīng)商設(shè)計(jì)制造缺陷問題。上述問題都有可能會造成車輛及動(dòng)力包后期運(yùn)用的困難。在今后的設(shè)計(jì)制造過程中，需要充分吸取上述問題的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，設(shè)計(jì)出更人性化的設(shè)備，讓用戶值得信賴。這也是中國設(shè)計(jì)、中國制造能在行業(yè)里占得一席之地的重要保證。

（中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001）