軌道除雪車低溫冷啟動系統

張 銜

(昆明中鐵大型養路機械集團有限公司研究院，云南 昆明 650215)

0 簡介

軌道除雪車是根據原鐵道部科技研究開發計劃：鐵路防災減災技術深化研究－鐵路線路除雪專用裝備與技術研究（合同編號：2011G017-E）要求進行研制，主要針對高速鐵路軌道板上表面至軌面以上250mm 的積雪進行清除作業的專用除雪裝備，非除雪工況也可以作為牽引車使用。

1 軌道除雪車工況特點及動力配置

軌道除雪車作為高鐵專用除雪裝備，除雪作業工況的環境溫度一般在-35℃-0℃之間。作為保障型除雪作業時，除雪作業時間一般在凌晨1 點至6 點之間，不作業時單機高速自行離開作業區段，停靠于站線或專用線待命；作為搶險型除雪作業時，作業時間根據現場情況確定，需要作業時一般從停靠地點單機自行進入作業區段進行除雪作業，作業任務結束后根據調度命令自行離開作業區段。

根據軌道除雪車的作業特點和運行安全可靠性要求，動力系統的配置至少需要滿足以下三點要求：①軌道除雪車必須具備雙動力系統，以確保在單機自運行過程中任意一套動力系統出現故障時，另一套動力系統能夠確保軌道除雪車高速自行離開作業區段。②軌道除雪車動力系統必須具備良好的低溫冷啟動性能，特別是外部無法提供交流電源的情況下也能在-35℃的低溫條件下順利啟動。③軌道除雪車的動力系統需要在主發動機熄火的情況下，提供持續電源以滿足操作人員的保暖、檢修、照明等需求。軌道除雪車動力系統主要包括：2 臺額定功率為500kW 柴油發動機、1 臺額定功率為30kVA 的柴油發電機組、以及滿足安裝、啟動等需求的相關部件，其布局情況見圖1。

2 動力系統低溫冷啟動措施及啟動方案

2.1 影響軌道除雪車動力系統低溫啟動性能的主要因素

軌道除雪車作業環境最低的溫度要求為-35℃，非作業狀態柴油發動機和發電機組一般處于停機狀態且停機時間無法確定。停靠于站線和備用線，無法保證啟動前有外接電源可以提供。綜合以上情況，影響軌道除雪車低溫冷啟動性能的主要因素包括以下幾個方面：

圖1 動力系統布局圖

①吸氣溫度及氣缸內環境溫度過低（可能達到-35℃），導致壓縮終點溫度下降，著火性能差，滯燃期較長，導致冷啟動性能不好；②隨著環境溫度的減低，發動機潤滑油粘度增大，流動性變差，增加了曲軸的旋轉阻力，使發動機的啟動性能下降。③隨著環境溫度的下降，啟動蓄電池的容量和端電壓均下降，必然導致發動機的啟動力矩減小，從而直接影響發動機的啟動性能。④由于發動機輸出端與分動箱和液壓泵相連，隨著環境溫度的下降，液壓油粘度增加，驅動泵的啟動阻力增加，導致發動機啟動阻力也隨之增加，發動機啟動性能下降。

2.2 提高動力系統低溫啟動性能的措施

提高動力系統低溫冷啟動性能的措施主要包括如下幾個方面：

①柴油、防凍液、柴機油必須選擇適應低溫環境需求的型號，環境溫度低于-30℃時，柴油選擇-50#柴油，防凍液選擇FD-2 型長效防凍液，柴機油選用SAE0W/40 型CG 以上級潤滑油。

②發動機配置低溫冷啟動系統，此系統可以根據外界溫度的變化自動對進氣預熱，預熱過程中預熱等常亮，待預熱完成后預熱燈熄滅，發動機即可啟動，增加此套系統可以確保發動機在環境溫度高于-32℃時順利啟動。其控制原理圖2：

圖2 預熱系統控制原理圖

③柴油發電機組采用了交/直流水套水加熱系統，當外界可以提供220V 交流電時，通過外界電源對柴油發電機組的防凍液進行加熱，待防凍液溫度高于5℃后加熱指示發送信號，啟動柴油發電機組。當外界無法提供220V 交流電源時，通過除雪車自帶電瓶(為兩臺發動機配置的啟動電瓶)通過逆變器為柴油發電機組的防凍液進行加熱，待加熱指示燈發送信號后啟動柴油發電機組。一旦柴油發電機組啟動以后，發電機輸出電能對整車所有電瓶充電，柴油發電機組發動后利用柴油發電機組發動后產生的熱量對柴油機的動力間進行加熱。其控制原理如圖3。

圖3 柴油發電機組預熱控制原理圖

④選用符合軍用級別標準的的蓄電池作為軌道除雪車的啟動電源，確保冷啟動電流：-40℃時，≥680A；且連續啟動三次以后電池端電壓不低于20V。

2.3 低溫環境冷啟動方案

根據環境和外部條件的不同，軌道除雪車低溫冷啟動的啟動方案包括如下二種方式：①當環境溫度高于-30℃時，利用柴油發動機自帶的低溫冷啟動系統啟動發動機，待發動機啟動以后利用柴油發電機組的電瓶作為電源對柴油發電機組防凍液進行預熱，待防凍液溫度達到5℃以上后啟動柴油發電機組。②當環境溫度低于-35℃時，首先推薦選擇外部電源對柴油發電機組進行預熱，如果無法提供外部電源則選擇柴油發動機自帶電瓶作為電源對柴油發電機組的防凍液進行加熱，待防凍液溫度達到5℃以上后啟動柴油發單機組。柴油發電機組啟動以后對發動機間加熱和電瓶充電，待發動機間溫度達到-30℃以上且電瓶端電壓大于24V 以后，啟動柴油發動機。

3 相關系統低溫冷啟動配套措施

由于低溫環境對液壓系統和氣動系統都會有影響，液壓系統和氣動系統在低溫環境下啟動也需采取一定措施配合動力系統低溫冷啟動方案的實施。

3.1 液壓系統低溫冷啟動配套措施

液壓系統在低溫冷啟動柴油發動機之前需要手動將液壓系統裝換至溢流加熱模式，在發動機運轉之初液壓油不會直接進入液壓泵，而是通過溢流加熱系統對管路和液壓油箱內的液壓油進行溢流加熱。如果柴油發電機組處于啟動狀態，發電機組通過220V 電熱棒對液壓油箱內部的液壓油進行電加熱。待液壓油箱內的液壓油溫高于-5℃后液壓系統自動切換將進入正常工作模式。采用上述措施一方面可以減少發動機的啟動阻力，另一方面也能確保液壓泵和液壓馬達不會由于液壓油粘度過大造成損壞。

3.2 氣動系統低溫冷啟動配套措施

氣動系統中的空壓機與發動機同時啟動，為了防止空壓機與干燥器之間的管路由于低溫造成管路內部結冰堵塞，一方面需要在進入干燥器之前的管路加裝溢流閥防止空壓機過載，另一方面需要對干燥器之前的管路加裝加熱裝置，確保如果此段管路在正常運行過程中不會出現結冰現象。

4 結論

經鐵道部產品質量監督檢驗中心的檢驗報告表明：軌道除雪車低溫冷啟動系統能夠滿足軌道除雪車的作業和運行工況需求，環境溫度為-35℃的情況下，動力系統能在20 分鐘內順利啟動并進入正常工作模式，目前樣機已在哈爾濱鐵路局管內線路上使用并得到用戶的認可。

［1］李人憲.車用柴油機[M].2 版.北京：中國鐵道出版社，2010.