運用化驗分析 降低機車能耗

● 大秦鐵路股份有限公司太原機務段 王愛華

鐵路是我國國民經濟的大動脈，是國民經濟的支柱產業，而內燃機車是這條大動脈的原動力，柴油機則是原動力的“心臟”。維持這個“心臟”的正常工作，柴油機的潤滑及冷卻工作至關重要，如何深層次利用柴油機油（簡稱機油）的化驗數據，來評判柴油機冷卻系統的綜合性能，提高機車檢修工藝，降低能耗支出是當前的一個新課題。

柴油機冷卻系統的工作原理

柴油機工作時產生的高溫主要靠機油、冷卻水來冷卻，也就是說冷卻系統的核心介質是“機油”和“冷卻水”。

1.柴油機運行中產生熱量的分析

柴油機工作時，氣缸內所產生的高溫使氣缸套內燃燒室部分和排氣系統的零件強烈受熱，如果不及時冷卻，就會使零件因過熱降低機械強度、摩擦面的潤滑狀況惡化、活塞磨損、缸套結碳和拉傷甚至活塞卡死，所以柴油機依靠“機油”和“冷卻水”進行冷卻至關重要。

2.機油對柴油機的冷卻原理

機油對柴油機的冷卻是從兩個方面進行的：

（1）柴油機工作時，工作溫度可達到400℃~600℃，機油會在兩個摩擦面之間形成潤滑膜，變干摩擦為潤滑劑分子間的內摩擦，降低溫度，屬于“主動潤滑冷卻”，延長了柴油機的使用壽命。

（2）機油在工作時，會隨時吸收柴油機產生的熱量，通過熱交換器，將熱量傳遞給冷卻水，從而進行冷卻。

3.冷卻水對柴油機的冷卻原理

冷卻水對柴油機的冷卻也是從兩個方面進行的：

（1）冷卻機油攜帶的熱量

同上所述，在熱交換器內冷卻水與高溫機油發生熱量傳遞，冷卻水吸收了熱量后，被送至機車一側的散熱器組進行風冷，它是一個獨立的冷卻循環系統。需要注意的是，熱量如不及時被冷卻水帶走，機油的粘溫性能迅速下降，導致機油壓力降低，可引發柴油機卸載或停機。當乘務員反映機車機油壓力偏低，柴油機故障停機時，應首先考慮機油及冷卻系統的原因。

（2）冷卻氣缸套、廢氣箱、排氣管等處集聚的熱量

這些部件的冷卻水從熱水集流管流出，通過泵被送至機車另一側的散熱器組進行冷卻，并形成循環。

從上面分析可以看出，機油和冷卻水的品質對維護柴油機的正常工作起著至關重要的作用，但多年實踐中，筆者發現機車檢修工藝中存在兩個被忽視的現象，如果改進這些工藝可達到延長機油的換油周期，延長零部件的使用壽命，最終實現降低柴油機運行成本的目的。

兩個被忽視的現象

1.“同一臺機車在不同階段的換油周期不相同”的原因分析及工藝改進

（1）現象及原因分析

在實踐中，筆者發現同一機車在使用的不同時期，其換油周期逐年縮短，按照各種修程的安排，同一輛車經過各種小輔修后，機油作為潤滑和冷卻的功能不應當受太大的影響，必然存在一種被我們忽略的原因，詳見表1。

表1 修程與機油評定對照表

經過反復比對，發現DF4B-2379機車在中修和F11兩個修程時全部更換了新油，但中修時對油路和油底殼等進行過徹底的清洗，之后才更換的新油；而其他修程卻未對油管路和油底殼進行清洗，這樣易導致殘留的油泥膠質、瀝青質、金屬屑等雜質嚴重污染新加機油的品質，并加速新油變壞的速度，甚至影響機油對活塞、軸承等部件的冷卻效果。

（2）工藝改進

根據上述分析，我們應當增加以下工藝：凡是化驗結果顯示機油粘度不合格需更換機油時，在換油前增加清洗作業工序：在柴油機油溫較高時排空機油，將干凈的普通機油加20%的輕柴油或將較稀的機油注入發動機油箱（容量的60%~80%），輕載運行3~5分鐘，排空清洗機油，同時觀察排放的機油顏色，根據情況可重復清洗。

2.“同一批次的機油在同型號的不同機車上，其換油周期不一樣”的原因分析及工藝改進

（1）現象及原因分析

以DF4B-2262和DF4B-2379兩臺機車為例，從F01開始，對各修程中機油粘度的變化情況進行比較，詳見表2。

表2 機油粘度化驗對照表

從上表可以看出， DF4B-2262機車的機油連續使用了6個修程，機油仍然合格；而DF4B-2379機車的機油只連續使用了3個修程，機油就不合格了。為了分析原因，再看二者冷卻水的對照，詳見表3。

表3 機車冷卻水化驗對照表

通過上表我們發現：冷卻水的合格與機油的使用周期存在內在聯系。為什么呢？目前機用冷卻水使用的緩釋阻垢劑一般為3號或4號配方，其要求水硬度不超過2.0 mmoL/L，而北方通常自來水硬度在6.0 mmoL/L左右， 易導致冷卻系統結垢，而這一問題通常是一個容易被我們忽視的問題。水垢（碳酸鈣）的導熱系數與金屬相比最大相差近70倍，結垢越嚴重，冷卻水的冷卻能力越低，這就造成兩輛機車換油周期存在差異。

（2）工藝改進

筆者認為在機車的檢修過程中應采取以下措施：①機用冷卻水全部采用軟化水，硬度控制在2 mmoL/L以內，再結合緩釋阻垢劑；②增加冷卻系統酸洗作業，徹底清洗冷卻系統產生的水垢。

效益分析

1.安全效益

通過檢修工藝的改進，可以確保機油在更長的時間范圍內處于高品質狀態，從而確保了柴油機的安全運行；良好的冷卻工作，使柴油機的故障率大幅度降低。

2.經濟效益

（1）延長換油周期，降低機油的使用成本，效果顯著。以DF4B-2379機車和DF4B-2262機車在一個中修周期的機油使用情況進行對比分析：DF4B-2379更換了兩次機油，每次換油量1 t，按機油價格15 650元/t來計算，兩次更換機油花費31 300元。就該機車目前的運行情況來看，在進入F21、F22、X3到達下一個中修前，需要再換一次機油，所以兩個中修周期之間，該機車的機油費用就會達到近5萬元；相反DF4B-2262機車，由于良好的冷卻和潤滑，在兩個中修周期之間，是不需要更換機油的，所以一個中修周期就可節省機油成本支出近5萬元。以目前全國內燃機車的保有量約17 000臺計算，每臺機車在兩次中修之間如果減少更換機油一次，節約機油的成本支出將達到2.7億元。

（2）良好的潤滑系統，會延長柴油機的使用壽命，減少大部件的更換，同時使燃料（柴油）燃燒更加充分，降低能耗支出。據有關資料報道，良好的潤滑使美國在機械設備的運行中，節約的能耗占能源總耗量的11%。因此，研究改善潤滑技術，探索相關工藝、技術的改進和完善是非常必要的。

[1] 丁光宇等.鐵路機車用水處理[M].中國鐵道出版社，1987.

[2]王善璋等.鐵路機車車輛用潤滑油、脂[M].哈爾濱、沈陽鐵路局化驗所，1987.